我國(guó)汽車(chē)行業(yè)當(dāng)前面臨著非常嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，各汽車(chē)廠家必須提高自己的研發(fā)能力，同時(shí)還要努力降低開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的成本。與此同時(shí)，我國(guó)已發(fā)布了正面碰撞法規(guī)，并且將于2006年7月1日起正式實(shí)施側(cè)面碰撞法規(guī)。這些強(qiáng)制性法規(guī)的出臺(tái)不僅對(duì)汽車(chē)的安全性提出了非常嚴(yán)格的要求，也不可避免地進(jìn)一步導(dǎo)致了生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)、制造成本的提高。
CAE是可以協(xié)調(diào)這些矛盾的有效工具。眾所周知，采用CAE分析可在尚未做出樣車(chē)之前模擬部件甚至整車(chē)的性能，避免了反復(fù)進(jìn)行“設(shè)計(jì)—試制—測(cè)試—改進(jìn)—再試制”的過(guò)程，因此大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低了開(kāi)發(fā)成本，VPG（Virtual Proving Ground,汽車(chē)虛擬試驗(yàn)場(chǎng)）就是其中一個(gè)廣受歡迎的仿真工具。
VPG——汽車(chē)虛擬試驗(yàn)場(chǎng)
汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的CAE分析主要包括：一般性結(jié)構(gòu)分析（剛度、強(qiáng)度等）；噪聲、振動(dòng)、平順性分析及操縱穩(wěn)定性分析；結(jié)構(gòu)耐久性分析；碰撞模擬分析；計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析；鈑金成形分析等。
VPG是ETA公司與各大汽車(chē)廠商(如FORD、GM、DAIMLER －CHRYSLER、KIA等)經(jīng)過(guò)近20年的合作，積累了豐富的汽車(chē)業(yè)CAE技術(shù)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)之后開(kāi)發(fā)出的整車(chē)仿真軟件（圖1），是專(zhuān)門(mén)針對(duì)整車(chē)分析而開(kāi)發(fā)的CAE仿真環(huán)境，可以進(jìn)行整車(chē)的防撞性、安全性、NVH和耐久性等分析。VPG提供的模型庫(kù)、工具庫(kù)及固化專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的自動(dòng)化技術(shù)可將整車(chē)仿真過(guò)程中的人員數(shù)量及其工作量降到最低。
目前最新版的VPG3.0分為三個(gè)模塊：VPG/PrePost、VPG/Structure、VPG/Safety。
VPG/PrePost擁有一套完整的網(wǎng)格劃分工具以及相應(yīng)的一些方便用戶建模的工具。VPG/PrePost 100%支持LS-DYNA、NASTRAN和RADIOSS，即所有的求解參數(shù)設(shè)置都可以在VPG界面中輸入，無(wú)需用戶額外手工編輯；提供了與多種主流CAD軟件的直接接口，用戶可以直接導(dǎo)入各種CAD數(shù)據(jù)文件；先進(jìn)的后處理工具可以直接讀取各種計(jì)算結(jié)果文件，并且能夠進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示或以X-Y曲線形式表示；自動(dòng)焊點(diǎn)生成功能允許用戶采用各種方法自動(dòng)創(chuàng)建車(chē)身的焊點(diǎn)，使用戶的工作效率得到進(jìn)一步提高。
VPG/Structure允許用戶創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)的多剛體動(dòng)力學(xué)模型，懸架模板使用戶能夠方便快速地創(chuàng)建當(dāng)今流行的懸架模型，可以方便地產(chǎn)生輪胎模型并且快速連接到系統(tǒng)模型中去，可以分析從簡(jiǎn)單的機(jī)械模型到整車(chē)的非剛體模型。
VPG/Safety整合了17種不同的FMVSS和ECE汽車(chē)安全法規(guī)，獨(dú)到的“過(guò)程向?qū)Х椒ā笔菇⒂邢拊Ｐ托矢?，而且使?fù)雜的仿真分析更加簡(jiǎn)單化，碰撞工具庫(kù)中包括各種障礙物、假人模型、擺錘以及安全帶等模型。
VPG3.0可以在各主流工作站如HP、SGI、IBM、SUN、DEC、ALPHA等的UNIX操作系統(tǒng)以及各種PC的Windows98、Windows NT/2000及Linux等操作系統(tǒng)中運(yùn)行，并且VPG3.0在所有的平臺(tái)上（如PC、UNIX以及LINUX等）應(yīng)用的是同一軟件包，避免了各平臺(tái)之間的差異。
VPG在整車(chē)防撞性分析中的特色
與其他通用前處理軟件不同，VPG從開(kāi)發(fā)初期就定位為汽車(chē)行業(yè)專(zhuān)用的前處理軟件。VPG對(duì)于焊點(diǎn)、假人、安全帶、安全氣囊、各種壁障工具等有獨(dú)到的處理方法。這其中，有些是普通前處理軟件經(jīng)過(guò)很麻煩的過(guò)程才能創(chuàng)建、調(diào)整的，比如安全帶、安全氣囊、懸掛、輪胎、各種壁障工具的創(chuàng)建，有些甚至是通用的前處理軟件無(wú)法完成的，比如假人姿態(tài)的調(diào)整。
1. 網(wǎng)格劃分
整車(chē)分析的第一步是劃分有限元網(wǎng)格。VPG提供了先進(jìn)的Topology自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù)和基于焊接翻邊的網(wǎng)格劃分功能，且功能強(qiáng)大、快捷。對(duì)于有限元分析而言，網(wǎng)格劃分是最占時(shí)間的部分，這部分效率的提高可以大大減少完成整個(gè)分析所需的時(shí)間。
2. 焊點(diǎn)連接
各個(gè)部件的網(wǎng)格劃分完畢就可以開(kāi)始連接焊點(diǎn)了。在車(chē)身中各個(gè)部件相互連接的部位，比如門(mén)檻前部、A柱等，焊接關(guān)系復(fù)雜，很容易漏焊或者多焊。已有的一些有限元前處理軟件雖然可以通過(guò)手工操作完成連接焊點(diǎn)的任務(wù)，但是通常情況下，用手工連接焊點(diǎn)的方式需要一周的時(shí)間，而且即使在做了仔細(xì)檢查之后，也很難避免焊點(diǎn)遺漏。相比而言，VPG不僅能快速完成網(wǎng)格劃分，而且可以通過(guò)讀入工藝部門(mén)提供的焊點(diǎn)文件在半天內(nèi)完成整車(chē)的焊點(diǎn)連接，無(wú)一遺漏，保證焊點(diǎn)連接的準(zhǔn)確性。并且由于是根據(jù)焊點(diǎn)文件做的焊點(diǎn)，在工藝部門(mén)調(diào)整焊點(diǎn)位置時(shí)，工程師只需改動(dòng)焊點(diǎn)文件相應(yīng)的個(gè)別數(shù)據(jù)即可達(dá)到修改整車(chē)模型中焊點(diǎn)的目的。
3. 懸掛模型
如果用戶有懸掛的CAD模型，可以將其直接劃分網(wǎng)格得到三維的有限元懸掛。VPG中自帶10種前后懸掛可供用戶選擇。如果通過(guò)VPG自動(dòng)產(chǎn)生懸掛，用戶需要簡(jiǎn)單進(jìn)行懸掛硬點(diǎn)幾何位置的調(diào)整，將VPG懸掛各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的幾何坐標(biāo)調(diào)整為用戶所分析懸掛的幾何坐標(biāo)，之后就可以讓VPG懸掛和車(chē)身處于適當(dāng)?shù)南鄬?duì)位置，以便于懸掛和車(chē)身的連接。
4. 可變形輪胎模型
輪胎是車(chē)輛動(dòng)力學(xué)中的重要分析對(duì)象，也是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)分析對(duì)象。在VPG中，用戶不需要自己創(chuàng)建復(fù)雜的輪胎模型。VPG中有自帶的可變形輪胎模型，該模型采用氣囊模型，材料、剛度等各種數(shù)據(jù)都已經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證。做被動(dòng)安全性分析時(shí)，用戶可以直接使用VPG輪胎的各種默認(rèn)值。VPG中還提供了用戶自定義的輪胎，如果用戶希望分析自己的輪胎，也同樣可以在一個(gè)界面中完成。
5. 假人及安全帶模型
在國(guó)家發(fā)布的正面碰撞法規(guī)中規(guī)定了假人的各種性能指標(biāo)，因此假人的安置在正面碰撞仿真中是必需的。用戶可能可以通過(guò)各種渠道得到某種假人模型，但是由于假人的各個(gè)關(guān)節(jié)連接非常復(fù)雜，通用的前處理軟件根本無(wú)法對(duì)復(fù)雜的假人進(jìn)行坐姿調(diào)整。假人的放置對(duì)指標(biāo)的計(jì)算值影響很大，不合理的放置得到的必然是不準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。
VPG中內(nèi)置有FTSS假人、LSTC假人和VPG假人。在VPG中調(diào)整假人的坐姿非常方便，而且考慮到人體實(shí)際情況，對(duì)各種關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行了內(nèi)部限制，無(wú)需用戶干預(yù)就可以避免發(fā)生不實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
假人中內(nèi)置有測(cè)量點(diǎn)，如果通過(guò)通用的前處理軟件導(dǎo)入假人模型，假人的節(jié)點(diǎn)和單元編號(hào)將重新排序，這會(huì)導(dǎo)致內(nèi)置測(cè)量點(diǎn)的丟失。沒(méi)有測(cè)量點(diǎn)提供測(cè)量數(shù)據(jù)，那么假人的安置也就毫無(wú)意義了。利用VPG內(nèi)置假人則無(wú)需考慮假人測(cè)量點(diǎn)的丟失，這也是VPG在整車(chē)碰撞分析中不可替代的原因之一。
利用VPG放置假人的同時(shí)，可以給假人加安全帶。對(duì)于內(nèi)置的假人，VPG有對(duì)應(yīng)的安全帶模型，只需用戶指定安全帶與車(chē)身連接的四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)就可以創(chuàng)建好安全帶，并且與假人沒(méi)有穿透，安全帶與假人之間的接觸定義也同時(shí)自動(dòng)完成。
6. 法規(guī)及測(cè)試工具
我國(guó)目前已發(fā)布的正面碰撞法規(guī)和2006年將要發(fā)布的側(cè)面碰撞法規(guī)都是根據(jù)歐共體標(biāo)準(zhǔn)制訂的。VPG內(nèi)置了所有美國(guó)(FMVSS, Federal Motor Vehicle Safety Standards)和歐共體(ECE, Economic Commission for Europe Regulations) 被動(dòng)安全性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及其相應(yīng)的測(cè)試工具。VPG用戶可以免費(fèi)使用其中的所有測(cè)試工具，包括正面40%偏置撞用可變形固定壁障和側(cè)面碰撞用運(yùn)動(dòng)壁障小車(chē)（見(jiàn)圖6），這就大大減少了用戶建模的工作量，并且不必測(cè)試、調(diào)整壁障的各種性能，使用戶可以快速建立完全適合法規(guī)的模擬環(huán)境。
總之，安全性（主動(dòng)安全和被動(dòng)安全）已成為當(dāng)今汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的主旋律，汽車(chē)碰撞模擬分析的目的是為了提高汽車(chē)的被動(dòng)安全性。VPG集成化的程序組件滿足了汽車(chē)被動(dòng)安全的要求，通過(guò)車(chē)體變形，吸收能量，緩和沖擊，且在保證車(chē)內(nèi)乘員生存空間的同時(shí)，保證發(fā)生碰撞后乘員自行脫險(xiǎn)的可能性和易于車(chē)外救助的開(kāi)展，為汽車(chē)安全性設(shè)計(jì)提供助力。
（轉(zhuǎn)載）
