整车碰撞分析流程

整车碰撞分析是被动安全中必不可少的分析内容，根据工况的不同，可以分为正碰、偏置碰、侧碰、后碰、顶压、行李箱冲击和门侵入等分析项。看上去十分复杂，其实，只要深入了解正碰分析，在其基础上稍作修改，就可以轻松完成其他分析项。

本文就以C-NCUP2018版的正面碰撞为例，介绍整车碰撞的分析流程，细节部分不做过多介绍；同时，还会介绍整车碰撞分析，约束系统以及试验之间的关系。

分析流程可以分成前处理、计算和后处理3个部分。



1.前处理
前处理的软件很多，比如pre-post，ansa等等，本文以使用较为广泛的hypermesh为例进行介绍。

初速度
前处理部分包括划分网格、整车模型搭建等部分，这里不做详细说明，主要介绍如何创建工况。根据C-NCUP2018版的要求，车辆初速度为50Km/h（13.88毫米/毫秒）。

刚性墙
车辆和正前方的刚性壁障发生碰撞，一般通过刚性墙来模拟。关键字：RIGIDWALL_PLANAR。刚性墙可以视为一种特殊的接触，但是只有从接触面，没有主接触面（主接触面是刚性墙）。从接触面选择“all”，表示选择所有节点。刚性墙的摩擦系数一般是0.1.
除此之外，车辆还需要和地面接触（否则会因为自重而自由落体），同样通过刚性墙模拟地面。从接触面选择车轮即可。



自接触
在碰撞过程中，车辆自身各部件之间也会发生接触。因为无法知道哪些部件会接触，所以这里使用的接触类型是自接触，关键字：CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE。和刚性墙一样，自接触不需要设置主接触面，只设置从接触面即可。不同的是，在自接触中，所有的从接触面，同时又是主接触面，也就是说，部件a既可以和部件b接触，也可以和自己发生接触。自接触的动、静摩擦系数一般是0.5.

重力加速度
重力加速度的关键字是LOAD_BODY_Z，大小是9.8m/s^2。

控制卡片
整车碰撞的控制卡片虽然多达17、8项，但是一般不需要特别设置，直接导入已有的控制卡片即可。唯一需要注意的是时间。不同的工况，碰撞完成的时间是不一样的。比如，正碰的时间是0.1秒；偏置碰是0.14秒；侧碰是0.12秒。

2.计算
前处理完成后，接下来是计算。提交计算很简单，一般使用LS-dyna求解器。我常用的计算参数是CUP调用4个核（可根据电脑配置来调整），内存调用800M，正碰一般需要计算两天。



3.后处理
计算得到结果文件后，需要通过后处理来显示需要的数据。使用的软件有hyperview和hypergragh。
对于正碰来说，需要的数据主要有碰撞动画，加速度曲线，前围板侵入量，方向盘、踏脚板和A柱后退量等。
限于篇幅，这里不讲解具体的操作过程，主要介绍各个数据的意义。

碰撞动画
碰撞动画显示了碰撞的整个过程。通过动画，可以判断车辆各个部件的结构和位置等是否合理。比如，吸能盒和前纵梁是否压溃？如果没有，说明能量吸收不充分。

加速度曲线
加速度曲线决定了乘员的受伤情况。在整车碰撞的分析中，是不考虑乘员的；但是在约束系统的分析中，需要在整车中加入假人模型，模拟乘员的受伤情况，伤害值决定了车辆的评分。



4.整车碰撞分析，约束系统分析和试验的关系
下面来说说整车碰撞分析，约束系统分析和试验的关系。
整车碰撞分析和约束系统分析都属于模拟，而模拟的目的，是在试验中获得更多的得分。
约束系统分析，就是为了模拟试验过程，考察目前车辆能得多少分，能评几颗星。但是，如果直接进行约束系统的分析，变量就太多了，不仅要考虑车辆自身的结构，还要考虑座椅、气囊、安全带等部件，很难分析出是哪个部件导致伤害值过大。
所以，模拟分成了整车碰撞和约束系统两部分（这里暂不讨论行人保护）。首先进行整车碰撞，如果分析结果达到一定的标准，比如加速度峰值小于40g，再进行约束系统的分析。

除此之外，加速度曲线还可以和碰撞动画结合起来，通过对比来分析碰撞过程。比如，加速度曲线出现了一个小波峰，说明在这个时刻，车辆受力达到了一个峰值（F=m*a）。通过观察动画，可以知道出现峰值的原因。
前围板侵入量，方向盘、踏脚板和A柱后退量，这些分析项同样是为后面的约束系统分析做准备。因为在碰撞发生的过程中，前围板、方向盘、踏脚板等部件会与乘员产生接触，从而造成伤害。如果这些分析项符合预定标准，再进行约束系统的分析。

5.总结
和其他CAE分析一样，整车碰撞分析分成前处理，计算和后处理3个部分。前处理阶段，主要内容包括设置初速度，刚性墙，自接触，重力加速度和控制卡片等部分；计算阶段很简单，提交给LS-dyna即可，但是计算时间比较长，一般在2、3天左右；后处理阶段的主要内容包括碰撞动画，绘制加速度曲线，前围板侵入量，方向盘、踏脚板和A柱后退量等部分。
整车碰撞分析的目的，是让汽车结构达到初步标准；在符合该标准的基础上，再进行约束系统分析。通过模拟结果，预估试验中车辆的评分。