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端到端、AI驱动的仿真推动安全气囊开发
ESI VPS如何为安全气囊仿真提供全面的开发方法，确保其精度与产品力
随着汽车行业迈向更加智能互联与自动化，制造商必须在应对严格安全法规的同时，不断创新、降低成本并加快上市速度。传统上，工程师依赖实物测试，但这种方法在技术上与经济上都难以为继，尤其在评估各种潜在碰撞场景和乘员位置方面存在不足。这使得虚拟仿真成为优化车辆性能、提升生产效率及满足严格安全标准的关键途径。
安全气囊在汽车安全中的关键作用
为了确保在法规测试与消费者碰撞测试中都能有效展开并保护乘员，安全气囊需要经过严谨且具预测性的测试。由于碰撞场景多样，乘员体型和性别也各不相同，单靠实物测试难以全面覆盖。因此，越来越多的安全性评估在设计阶段就通过数值仿真完成。虚拟样机软件在其中发挥关键作用，准确预测和快速获取仿真结果是有效利用安全气囊仿真的前提。
安全气囊开发与测试中使用虚拟仿真的优势:
- 成本效益高: 大幅减少物理样机需求，节约成本
- 更快开发: 早期虚拟仿真加快设计周期，提升效率
- 更高精度: 深入评估流体与结构相互作用，更好理解材料、气体行为和冲击响应
- 提升安全性: 可测试复杂仿真场景，增强乘员保护能力
VPS虚拟性能解决方案：在精度与速度上实现突破
VPS 被公认为行业内最精确的仿真软件。它帮助整车厂提升车辆质量、安全性和可靠性，同时缩短开发周期、降低成本。VPS通过集成安全气囊折叠、展开功能、先进的流-固耦合技术和AI驱动的生产力工具，提供完整的开发套件，从而提升效率、加速创新并提高设计的精度与可靠性。
全数字化工作流程功能与折叠仿真相结合，为安全气囊供应商和原始设备制造商 (OEM) 提供了端到端的开发解决方案。这种独特的组合使工程师能够全面准确地模拟安全气囊从折叠到展开的各个环节。丰田合成就是一个很好的例子。
通过使用ESI VPS的安全气囊模块进行气囊折叠与缝合，我们在开发复杂膝部气囊（KnAB）方面的精度和周期得到了显著提升。
Alexander Diederich,丰田合成欧洲CAE组负责人
第一阶段 | 气囊折叠
VPS SimFolder中的安全气囊折叠模拟, (C) ESI 2025
SimFolder 模块能精准模拟最复杂的气囊折叠工艺，重现物理过程，确保高度精确的折叠几何形态，为后续展开仿真提供坚实基础。
第二阶段 | 安全气囊展开
VPS 安全气囊模拟部署, (C) ESI 2025
VPS 采用有限点集方法 (FPM) 来模拟安全气囊的展开。该方法可确保高度精确的结果，尤其是在关键的最初几毫秒内。这对于错位场景以及侧面和窗帘式安全气囊至关重要。FPM 用于气体流动模拟，而有限元分析 (FEA) 则用于结构分析。即使在复杂场景下，该方法也能预测安全气囊如何展开以及如何与乘员和车辆相互作用。
此外，软件还优化了计算资源，加快了仿真速度并提高了生产率。在初始展开过程中，使用 FPM 进行非均匀压力仿真可以捕捉气囊内部的压力变化。之后，模型将切换到均匀压力，模拟完全充气的气囊，以节省 CPU 时间。
ESI 的 VPS 软件在汽车行业拥有四十年的丰富经验，通过独特先进的流体结构耦合功能，提供精确的安全气囊展开运动学，即使在非定位和侧面碰撞场景下也能确保精确模拟。从快速折叠到展开模拟，我们的软件不断提升安全气囊开发项目的准确性。
第三阶段| 整车碰撞模型集成
此外，仿真结果可以集成到完整的汽车碰撞模型中，所有安全气囊同时展开。这在合理的CPU时间内实现，并在高保真度和性能之间取得平衡。最新的FPM技术提高了侧帘式安全气囊展开的准确性，而精确的顺序对于在碰撞过程中保护乘员头部至关重要，从而提高了安全性并推动了更高效的设计流程。
VPS 中的整车虚拟测试， (C) ESI 2025
利用人工智能加速安全气囊模型校准
基于降阶建模 (ROM) 技术的快速参数化设计探索流程，(C) ESI，是德科技旗下公司，2025 年
安全气囊模型参数（例如流出流量系数、气体发生器热损失）的校准是一项特殊的应用，需要进行大量且耗时的迭代，而这些参数可能无法通过测试精确测量。这会影响用于综合车辆碰撞模拟的安全气囊模型的验证质量和交付时间。用于验证的相关安全气囊模型参数探索范围的选择基于经验和反复试验方法。高保真CFD耦合有限元模拟运行的计算成本限制了其可行性
人工智能和降阶建模 (ROM)技术可以显著提高生产效率：基于 ROM 的方法可以在几天（而非几周）的时间内测试数千个参数组合，从而缩短安全气囊验证时间。因此，与有限元标准方法相比，使用降阶建模可以测试更多组合，从而提高模型质量。
在超过1000种组合中寻找最佳参数集的过程完全自动化，耗时不到一小时。这些批量探索和自动校准功能可以大幅缩短项目时间，一些ESI客户报告称，所需时间从三周缩短至三天。
是时候改变你的安全气囊开发方式了
想知道 ROM 如何助力实现这一目标吗？ESI 正与大众汽车及全球安全气囊供应商合作开展一项工业安全气囊校准研究。欢迎参加我们即将举办的两场活动，届时我们将讲解可用的 ROM 方法，包括固有广义分解 (PGD)，并深入探讨实验设计 (DOE) 的选择以及训练 ROM 模型所需的有限元模拟次数。切勿错过！
Visit ESI at CAE Grand Challenge 2025
See us as NAFEMS World Congress 2025
Author
Alain Trameçon
Product Manager
Alain Trameçon has more than 30 years of experience in the development, research, innovative industrial projects, and software solution management of numerical simulation. He is a technical expert in Fluid-Structure Interaction and Composite Crash for ESI Virtual Performance Solution (VPS) Virtual Prototyping software. Together with his team, he developed and validated industrial solutions for simulating complex phenomena such as airbag deployment and automobile water crossing. Today, he leads the Pre-Certification & Validation outcome solution team for crash, NVH, and acoustics.
领域: Automotive