直播預(yù)告-基于機(jī)器學(xué)習(xí)的車輛行人保護(hù)頭部仿真研究

精彩直播預(yù)告

汽車行業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)激烈性和用戶消費(fèi)理念的不斷升級(jí)驅(qū)使汽車產(chǎn)品需要快速迭代。用戶對(duì)安全及舒適性的高度需求、研發(fā)周期的壓縮、車輛造型、材料等各方面的不斷推陳出新，都給整車仿真工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

如何更好的進(jìn)行行人保護(hù)是整車仿真中需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題也是激烈市場(chǎng)環(huán)境中一個(gè)有力的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。針對(duì)汽車行業(yè)行人保護(hù)仿真分析問(wèn)題復(fù)雜、仿真時(shí)間長(zhǎng)等痛點(diǎn)，?？怂箍祹?lái)了智能實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)ODYSSEE，以助力汽車行人保護(hù)的設(shè)計(jì)開發(fā)流程。ODYSSEE是一款跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨專業(yè)的軟件產(chǎn)品，基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)秒級(jí)實(shí)時(shí)的CAE靜態(tài)、動(dòng)態(tài)仿真、圖像識(shí)別、智能預(yù)測(cè)等，顯著縮短計(jì)算分析周期，提高生產(chǎn)效率。ODYSSEE為工程、制造和質(zhì)量提供了實(shí)時(shí)解決方案。

本期?？怂箍抵辈ブv堂請(qǐng)到了嵐圖汽車科技有限公司整車輕量化仿真專家段文立，聯(lián)合?？怂箍导夹g(shù)專家常誠(chéng)為我們分享ODYSSEE基于機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于行人保護(hù)頭部碰撞仿真快速精確預(yù)測(cè)，通過(guò)實(shí)際案例從概念階段SFE-Concept參數(shù)化建模、機(jī)器學(xué)習(xí)快速預(yù)測(cè)行人保護(hù)頭碰加速度和HIC值、多學(xué)科優(yōu)化平衡各性能矛盾等方面，為我們?nèi)嬷v解如何應(yīng)用ODYSSEE應(yīng)對(duì)當(dāng)前挑戰(zhàn)。趕快預(yù)約報(bào)名吧！

2月28日 14:00 

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市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈和消費(fèi)理念升級(jí)決定著汽車產(chǎn)品需要快速迭代，各大主機(jī)廠都在盡量壓縮整車研發(fā)周期，以期在更短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。消費(fèi)端則隨著整體的消費(fèi)升級(jí)，汽車由增量市場(chǎng)向存量市場(chǎng)轉(zhuǎn)化。安全作為一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)，包括主動(dòng)安全和被動(dòng)安全兩個(gè)方面。據(jù)歐盟國(guó)家統(tǒng)計(jì)，交通事故中行人的死亡率是乘員的9倍。而目前常見的較激進(jìn)造型、貫穿式大燈、塑包鋼風(fēng)道等以及鋁合金材料的應(yīng)用，對(duì)行人保護(hù)的仿真和設(shè)計(jì)提出更多的挑戰(zhàn)。

無(wú)論是項(xiàng)目周期的壓縮還是法規(guī)更加嚴(yán)苛，亦或車輛造型、材料各方面的不斷推陳出新，都給整車仿真工作提出了更大的挑戰(zhàn)。這也促進(jìn)整車仿真行業(yè)方法更新?lián)Q代和效率的不斷提升。

概念階段SFE參數(shù)化建模

概念階段常用的分析手段為基于隱式參數(shù)化建模工具SFE Concept進(jìn)行參數(shù)化模型搭建和性能優(yōu)化。該方法基于主要斷面、發(fā)罩與車身分縫、造型及總布置數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)罩模型搭建。根據(jù)布置等需求，挑選內(nèi)板傾斜角度、加強(qiáng)筋間距、寬度等作為參數(shù)化研究的對(duì)象。其中內(nèi)板前后端腔體大小變化（傾斜角）創(chuàng)建2個(gè)變量；主筋高度為1個(gè)變量；主筋間距為2個(gè)變量；主筋寬度為2個(gè)變量（左右對(duì)稱）；共計(jì)9個(gè)形狀變量。

圖1. 發(fā)罩內(nèi)板參數(shù)示意模型

基于上述9個(gè)形狀設(shè)計(jì)變量，采用最優(yōu)拉丁超立方方法進(jìn)行DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）分析，共計(jì)劃分120組發(fā)動(dòng)機(jī)罩CAE模型，裝配后進(jìn)行行人保護(hù)頭碰分析。

SFE模型與CAE 模型仿真及對(duì)標(biāo)

行人保護(hù)頭部碰撞分析建模滿足整車CAE仿真網(wǎng)格建模規(guī)范和整車碰撞模型CAE搭建設(shè)計(jì)規(guī)范要求，包括：車身、外飾、動(dòng)力總成、電子電器。行人保護(hù)頭部碰撞點(diǎn)必須在行人保護(hù)頭部碰撞區(qū)域內(nèi)選擇，碰撞點(diǎn)為頭部模型與車體模型的接觸點(diǎn)。

圖2. 行人保護(hù)頭部碰撞點(diǎn)模型及對(duì)標(biāo)點(diǎn)示意

考慮對(duì)稱性及撞擊點(diǎn)位于發(fā)罩上，選擇位于發(fā)罩上的左側(cè)76個(gè)點(diǎn)進(jìn)行仿真分析。為了加強(qiáng)對(duì)比性，選擇位于內(nèi)板加強(qiáng)筋部位的57號(hào)點(diǎn)和76號(hào)點(diǎn)對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明，SFE參數(shù)化模型與傳統(tǒng)CAE網(wǎng)格模型的加速度曲線對(duì)比精度滿足仿真需求，達(dá)到90%以上。因此可以利用該SFE參數(shù)化模型進(jìn)行頭部碰撞分析。

圖3. SFE 參數(shù)化模型與傳統(tǒng)CAE 模型加速度精度對(duì)標(biāo)

機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和驗(yàn)證

SFE參數(shù)化模型搭建的頭碰模型精度達(dá)標(biāo)后，可以使用其對(duì)DOE分出的120組模型分別計(jì)算，作為機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本。選擇其中110組作為訓(xùn)練集樣本點(diǎn)，5組作為驗(yàn)證集樣本點(diǎn)，剩余5組為預(yù)測(cè)集樣本點(diǎn)。使用ODYSSEE 軟件，可以在一分鐘的時(shí)間內(nèi)完成上述76組、每組110條曲線的訓(xùn)練。

選擇兩個(gè)不同位置（35號(hào)點(diǎn)和47號(hào)點(diǎn)）的曲線進(jìn)行精度驗(yàn)證：其中35號(hào)點(diǎn)位于內(nèi)板加強(qiáng)筋位置，訓(xùn)練加速度曲線分布較為發(fā)散；47號(hào)點(diǎn)位于發(fā)罩邊緣處，訓(xùn)練加速度曲線分布相對(duì)收斂。隨機(jī)選擇35號(hào)點(diǎn)的113組驗(yàn)證組數(shù)據(jù)和47號(hào)點(diǎn)的114組驗(yàn)證組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖4. 35和47號(hào)點(diǎn)驗(yàn)證集加速度曲線精度驗(yàn)證

結(jié)果表明：ODYSSEE 預(yù)測(cè)加速度精度很高；訓(xùn)練數(shù)據(jù)越發(fā)散，其預(yù)測(cè)精度越低。

加速度曲線預(yù)測(cè)

隨機(jī)選擇35號(hào)點(diǎn)的119組參數(shù)和47號(hào)點(diǎn)的117組參數(shù)對(duì)應(yīng)的加速度曲線預(yù)測(cè)，并與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明：預(yù)測(cè)集加速度曲線預(yù)測(cè)結(jié)果和驗(yàn)證集精度一致。碰撞分析作為高度非線性的分析工況，其預(yù)測(cè)精度可以達(dá)到90%以上。其對(duì)比優(yōu)化軟件的近似模型的精度要高很多。同時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)能夠在極短的時(shí)間內(nèi)（秒級(jí)）對(duì)加速度曲線預(yù)測(cè)并達(dá)到相當(dāng)高的精度。

圖5.  35和47號(hào)點(diǎn)預(yù)測(cè)加速度曲線精度對(duì)比

應(yīng)用價(jià)值

整車開發(fā)項(xiàng)目中采用ODYSSEE 軟件的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，在仿真效率的提升方面效果非常明顯，對(duì)項(xiàng)目開發(fā)周期和性能平衡具有很好的促進(jìn)作用。

對(duì)于碰撞安全、約束系統(tǒng)和行人保護(hù)作為高度非線性的工況，目前面臨仿真精度相對(duì)低和計(jì)算量大等現(xiàn)實(shí)困難。借助ODYSSEE 軟件的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，不僅可以提高仿真效率；同時(shí)其可以對(duì)曲線、后處理動(dòng)畫等進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于快速直觀地了解碰撞狀態(tài)具有非常大的意義。

段文立

嵐圖汽車科技有限公司整車輕量化仿真專家

2021年加入嵐圖汽車，主要負(fù)責(zé)整車及平臺(tái)的概念階段性能開發(fā)，車身輕量化數(shù)值優(yōu)化以及輕量化，同時(shí)負(fù)責(zé)新仿真和優(yōu)化技術(shù)的研究及應(yīng)用。

常誠(chéng)

?？怂箍?a style='color: blue;display:inline;border:none;' target='_blank' onclick="HitLog('工業(yè)軟件','http://www.gongkong.com/soft/')">工業(yè)軟件技術(shù)專家

畢業(yè)于清華大學(xué)工程力學(xué)系，在汽車零部件、航天航空、能源建筑等領(lǐng)域有豐富的仿真分析經(jīng)驗(yàn)。目前關(guān)注于集成材料計(jì)算工程的應(yīng)用，包括材料數(shù)據(jù)的管理、復(fù)合材料多尺度仿真分析、人工智能加速新材料研發(fā)和應(yīng)用等方面，為客戶提供各種材料應(yīng)用及CAE解決方案。