1.汽車被動(dòng)安全性的研究方法
汽車被動(dòng)安全性的研究較早是通過(guò)上述的試驗(yàn)方法進(jìn)行的。不論是模擬碰撞試驗(yàn)(滑車沖擊試驗(yàn))還是實(shí)車碰撞試驗(yàn)，都要涉及到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理。通常采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電測(cè)量和光測(cè)量相結(jié)合的系統(tǒng)。試驗(yàn)中要用到大量的傳感器和數(shù)臺(tái)高速攝像機(jī)，這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及試驗(yàn)中采用的假人在試驗(yàn)前都要進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)定，因此其試驗(yàn)準(zhǔn)備工作十分費(fèi)時(shí)；被動(dòng)安全性試驗(yàn)，特別是整車試驗(yàn)是破壞性試驗(yàn)，其試驗(yàn)費(fèi)用十分昂貴；并且，由于試驗(yàn)中一些隨機(jī)因素的影響，使試驗(yàn)結(jié)果往往不夠穩(wěn)定，可重復(fù)性差。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在計(jì)算速度、內(nèi)存容量以及圖形功能等方面的發(fā)展，以及有限元和多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法的發(fā)展，使得采用計(jì)算機(jī)仿真方法來(lái)進(jìn)行汽車被動(dòng)安全性研究成為可能。計(jì)算機(jī)仿真研究具有以下優(yōu)越性：
(1)所需周期短。計(jì)算機(jī)仿真與CAD／CAM相結(jié)合，使得新產(chǎn)品的被動(dòng)安全性能在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中就可以得到控制，減少產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制周期。
(2)所需費(fèi)用低。由于不需大量傳感器、高速攝像機(jī)、強(qiáng)光源、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置等硬件設(shè)備，同時(shí)在進(jìn)行整車被動(dòng)安全性仿真時(shí)，不需要進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，因此可以節(jié)約大量的人力和物力。




(3)具有可重復(fù)性。由于試驗(yàn)過(guò)程受很多隨機(jī)因素的影響，因此在研究不同的系統(tǒng)參數(shù)對(duì)安全性能的影響時(shí)，不易得到明確的結(jié)果，而計(jì)算機(jī)仿真依賴于計(jì)算機(jī)硬件本身，所以，當(dāng)改變某一參數(shù)時(shí)，可以很容易地得到該參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
(4)可以獲得任意所需數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中要獲得較多的數(shù)據(jù)，就必須增加傳感器和高速攝像機(jī)的數(shù)量，而且，由于傳感器的安裝位置要求以及不可攝像點(diǎn)的存在，有些數(shù)據(jù)是不可獲得的。而計(jì)算機(jī)仿真在數(shù)據(jù)獲得方面是不受限制的，只要在所關(guān)心的點(diǎn)上建立一個(gè)描述坐標(biāo)即可。
(5)不受時(shí)間、空間、氣候等條件的限制，可以隨時(shí)進(jìn)行。
需要指出的是，并不是說(shuō)計(jì)算機(jī)仿真可以完全脫離試驗(yàn)和完全代替試驗(yàn)。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)仿真方法中所建立的汽車整車或人體模型，本身有很多局限性，不可能完全反映真實(shí)的碰撞過(guò)程，因此，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果的正確與否最終需要試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證；同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)性能和模擬方法的限制，特別是在進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)的抗撞性研究方面，計(jì)算機(jī)仿真的周期也是很長(zhǎng)的。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，特別是并行計(jì)算機(jī)技術(shù)和建模理論的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真方法會(huì)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于被動(dòng)安全性的研究中。盡管計(jì)算機(jī)碰撞仿真不能完全取代昂貴的碰撞試驗(yàn)，但在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，可以使樣車試制、碰撞試驗(yàn)的次數(shù)減少到限度，從而節(jié)省開(kāi)發(fā)費(fèi)用、縮短開(kāi)發(fā)周期。隨著計(jì)算機(jī)碰撞仿真技術(shù)可靠性的不斷提高，預(yù)計(jì)計(jì)算機(jī)碰撞仿真將來(lái)能部分地替代汽車碰撞試驗(yàn)。
2.計(jì)算機(jī)仿真研究
20世紀(jì)60年代中期國(guó)外就開(kāi)始了計(jì)算機(jī)碰撞仿真技術(shù)的研究工作。尤其在最近20年來(lái)，計(jì)算機(jī)碰撞仿真技術(shù)發(fā)展十分迅速。這一方面是由于計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)性能提高，應(yīng)用日益普及；另一方面，汽車市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，要求提高新車型開(kāi)發(fā)的成功率，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短開(kāi)發(fā)周期，為了適應(yīng)需求，在汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中必須采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助手段。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，在市場(chǎng)需求的激勵(lì)下，有很多碰撞仿真的商業(yè)化軟件包，有名的有美國(guó)LSTC公司的LS-DYNA、法國(guó)ESI公司的PAM-CRASH及PAM-SAFE、荷蘭TNO開(kāi)發(fā)的MADYMD等。這些功能強(qiáng)大的軟件包使碰撞仿真不再只是算法本身的學(xué)術(shù)研究，在安全車身開(kāi)發(fā)，碰撞試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)假人開(kāi)發(fā)等工作中發(fā)揮了很大的作用。
在汽車碰撞模擬方面，主要有下列四類模型：
(1)模擬汽車事故的模型。
(2)模擬碰撞中結(jié)構(gòu)大變形的模型。
(3)模擬人體整體動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的模型。
(4)模擬人體局部結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)模型。


用于上述四類模型的建模方法可以分為：集總參數(shù)模型、多體系統(tǒng)模型和有限元模型。
集總參數(shù)模型將系統(tǒng)簡(jiǎn)化成質(zhì)量、彈簧、阻尼器等力學(xué)元件，這類簡(jiǎn)單模型多用于預(yù)測(cè)交通事故中汽車的運(yùn)動(dòng)，在事故再現(xiàn)研究中大量使用。這種模型也可以用于建立正面碰撞中汽車結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單模型，用于新車概念設(shè)計(jì)階段及參數(shù)辨識(shí)、性能優(yōu)化等工作。
多體系統(tǒng)模型適合于人體動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的模擬。在汽車碰撞中也稱為碰撞受害者模擬。
有限元方法的優(yōu)點(diǎn)在于能真實(shí)地描述結(jié)構(gòu)變形，適用于建立汽車結(jié)構(gòu)模型及人體結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)分析模型。瞬態(tài)有限元的直接積分有隱式算法和顯式算法兩類?，F(xiàn)在碰撞仿真的有限元軟件都使用顯式算法。
計(jì)算機(jī)碰撞仿真的工程應(yīng)用包括：(1)碰撞中人體傷害及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究；(2)碰撞試驗(yàn)方法的研究；(3)汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。汽車被動(dòng)安全性是通過(guò)政府強(qiáng)制執(zhí)行法規(guī)而不斷提高的，汽車碰撞計(jì)算機(jī)仿真的工程應(yīng)用與汽車安全法規(guī)的制訂密切相關(guān)。20世紀(jì)80年代，歐美國(guó)家主要開(kāi)展正面碰撞模擬。近幾年隨著側(cè)面碰撞法規(guī)的制定、頒布及歐、美側(cè)面碰撞法規(guī)協(xié)調(diào)等工作的開(kāi)展，碰撞仿真應(yīng)用轉(zhuǎn)向了對(duì)側(cè)面碰撞的仿真上。汽車碰撞過(guò)程數(shù)字仿真方法如本書(shū)4.2.3中內(nèi)容。
我國(guó)對(duì)汽車被動(dòng)安全性進(jìn)行系統(tǒng)研究始于20世紀(jì)80年代后期，雖起步較晚，但已建成了幾個(gè)臺(tái)車碰撞和實(shí)車碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)，初步具備了汽車被動(dòng)安全性的試驗(yàn)研究條件；并且已對(duì)安全帶等汽車乘員保護(hù)裝置、汽車車身結(jié)構(gòu)抗撞性等進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真研究。http://www.dgzhenghang.cn