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基于ODYSSEE 的機(jī)器學(xué)習(xí)方法在汽車約束系統(tǒng)魯棒性分析中的應(yīng)用
汽車約束系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計，常以法規(guī)中高速碰撞工況下整車加速度波形為輸入，通過開展約束系統(tǒng)分析、試驗標(biāo)定和優(yōu)化，對關(guān)鍵零部件設(shè)計參數(shù)和ECU點(diǎn)火時刻進(jìn)行標(biāo)定，確保假人傷害滿足法規(guī)要求，假人得分滿足車輛星級開發(fā)策略要求。受限于制造工藝因素和真實碰撞場景的多樣化，真實的交通事故中，乘員傷害嚴(yán)重程度，與理想狀態(tài)存在偏差。
以往研究中，多采用標(biāo)量法代理模型開展穩(wěn)健性分析和優(yōu)化。標(biāo)量法代理模型無法對曲線進(jìn)行預(yù)測，精度提升對設(shè)計試驗（DOE）樣本規(guī)模依賴較大，DOE樣本制作過程中軟硬件資源的巨大消耗，制約該技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)流程中的普及。
本文使用?？怂箍倒I(yè)軟件旗下ODYSSEE軟件，可以利用少量DOE樣本點(diǎn)構(gòu)建高精度的降階模型(ROM)，從而加速了汽車約束系統(tǒng)魯棒性的分析和研究。
有限元模型構(gòu)建某乘用車駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)模型如圖1所示，包含車身、轉(zhuǎn)向管柱、方向盤、地毯、儀表板、踏板、座椅、假人、氣囊、安全帶等總成。
圖1. 某乘用車駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)模型
基于CNCAP管理規(guī)則（2021 版）中正面100%重疊剛性壁障碰撞物理試驗的車體加速度波形，對上述模型加載，提取碰撞仿真后假人頭、頸、胸、大腿、小腿各性能指標(biāo)曲線庫作為輸出響應(yīng)，指導(dǎo)約束系統(tǒng)關(guān)鍵零部件設(shè)計參數(shù)優(yōu)化與標(biāo)定。
設(shè)計試驗（DOE）本文研究的設(shè)計變量為氣囊泄氣孔面積A，安全帶預(yù)緊時刻TTF-1和氣囊點(diǎn)爆時刻TTF-2。在ODYSSEE中通過拉丁超立方采樣方法進(jìn)行DOE樣本點(diǎn)生成，并通過軟件特有算法提升樣本點(diǎn)在設(shè)計空間的均勻度。生成的25個DOE樣本點(diǎn)空間分布如圖2所示。
圖2. 25個DOE樣本點(diǎn)空間分布
機(jī)器學(xué)習(xí)模型搭建基于上述DOE樣本點(diǎn)進(jìn)行的碰撞仿真，采用機(jī)器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建設(shè)計變量與各個響應(yīng)曲線的關(guān)系。基于R2精度評價標(biāo)準(zhǔn)，采用交叉驗證法對駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)碰撞仿真結(jié)果進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)算法尋優(yōu)。結(jié)果表明，本征正交分解（POD）+Kriging方法在所有算法中精度最高。
圖3 (a) 機(jī)器學(xué)習(xí)模型搭建；(b) 機(jī)器學(xué)習(xí)模型精度對比
假人傷害魯棒性分析假人傷害魯棒性分析需要大量碰撞仿真，利用上述訓(xùn)練的高精度機(jī)器學(xué)習(xí)模型，能夠快速計算不同輸入?yún)?shù)下系統(tǒng)的各個響應(yīng)曲線，大大提高工作效率。
使用蒙特卡洛方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣，假定3個設(shè)計變量滿足均值為設(shè)計值，均方差為設(shè)計值3.3%的正態(tài)分布。
從圖4統(tǒng)計結(jié)果來看，在魯棒性分析中，假人總得分均值略高于設(shè)計值，如考慮可靠性優(yōu)化設(shè)計（如6σ設(shè)計要求），約束系統(tǒng)關(guān)鍵零部件設(shè)計參數(shù)仍需進(jìn)一步優(yōu)化，以確保假人在物理試驗中得分滿足預(yù)設(shè)的星級開發(fā)目標(biāo)。
圖4. 假人總得分分布圖
應(yīng)用價值基于ODYSSEE的POD降階算法，使用少量的樣本點(diǎn)，就能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車約束系統(tǒng)中假人傷害曲線的高精度預(yù)測，可以有效提高仿真工程師的工作效率。
通過POD降階模型，與蒙特卡洛采樣方法的結(jié)合，能有效評估假人得分魯棒性，為性能開發(fā)人員快速提供參數(shù)調(diào)整依據(jù)。
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