我國汽車行業(yè)當前面臨著非常嚴峻的競爭形勢，各汽車廠家必須提高自己的研發(fā)能力，同時還要努力降低開發(fā)和生產(chǎn)的成本。與此同時，我國已發(fā)布了正面碰撞法規(guī)，并且將于2006年7月1日起正式實施側面碰撞法規(guī)。這些強制性法規(guī)的出臺不僅對汽車的安全性提出了非常嚴格的要求，也不可避免地進一步導致了生產(chǎn)廠家開發(fā)、制造成本的提高。
CAE是可以協(xié)調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之前模擬部件甚至整車的性能，避免了反復進行“設計—試制—測試—改進—再試制”的過程，因此大大縮短了開發(fā)周期，提高了設計質量，降低了開發(fā)成本，VPG（Virtual Proving Ground,汽車虛擬試驗場）就是其中一個廣受歡迎的仿真工具。
VPG——汽車虛擬試驗場
汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中的CAE分析主要包括：一般性結構分析（剛度、強度等）；噪聲、振動、平順性分析及操縱穩(wěn)定性分析；結構耐久性分析；碰撞模擬分析；計算流體動力學分析；鈑金成形分析等。
VPG是ETA公司與各大汽車廠商(如FORD、GM、DAIMLER －CHRYSLER、KIA等)經(jīng)過近20年的合作，積累了豐富的汽車業(yè)CAE技術服務經(jīng)驗之后開發(fā)出的整車仿真軟件（圖1），是專門針對整車分析而開發(fā)的CAE仿真環(huán)境，可以進行整車的防撞性、安全性、NVH和耐久性等分析。VPG提供的模型庫、工具庫及固化專家經(jīng)驗的自動化技術可將整車仿真過程中的人員數(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)設置都可以在VPG界面中輸入，無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，用戶可以直接導入各種CAD數(shù)據(jù)文件；先進的后處理工具可以直接讀取各種計算結果文件，并且能夠進行動畫演示或以X-Y曲線形式表示；自動焊點生成功能允許用戶采用各種方法自動創(chuàng)建車身的焊點，使用戶的工作效率得到進一步提高。
VPG/Structure允許用戶創(chuàng)建機械系統(tǒng)的多剛體動力學模型，懸架模板使用戶能夠方便快速地創(chuàng)建當今流行的懸架模型，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，可以分析從簡單的機械模型到整車的非剛體模型。
VPG/Safety整合了17種不同的FMVSS和ECE汽車安全法規(guī)，獨到的“過程向導方法”使建立有限元模型效率更高，而且使復雜的仿真分析更加簡單化，碰撞工具庫中包括各種障礙物、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)中運行，并且VPG3.0在所有的平臺上（如PC、UNIX以及LINUX等）應用的是同一軟件包，避免了各平臺之間的差異。
VPG在整車防撞性分析中的特色
與其他通用前處理軟件不同，VPG從開發(fā)初期就定位為汽車行業(yè)專用的前處理軟件。VPG對于焊點、假人、安全帶、安全氣囊、各種壁障工具等有獨到的處理方法。這其中，有些是普通前處理軟件經(jīng)過很麻煩的過程才能創(chuàng)建、調整的，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法完成的，比如假人姿態(tài)的調整。
1. 網(wǎng)格劃分
整車分析的第一步是劃分有限元網(wǎng)格。VPG提供了先進的Topology自動網(wǎng)格劃分技術和基于焊接翻邊的網(wǎng)格劃分功能，且功能強大、快捷。對于有限元分析而言，網(wǎng)格劃分是最占時間的部分，這部分效率的提高可以大大減少完成整個分析所需的時間。
2. 焊點連接
各個部件的網(wǎng)格劃分完畢就可以開始連接焊點了。在車身中各個部件相互連接的部位，比如門檻前部、A柱等，焊接關系復雜，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手工操作完成連接焊點的任務，但是通常情況下，用手工連接焊點的方式需要一周的時間，而且即使在做了仔細檢查之后，也很難避免焊點遺漏。相比而言，VPG不僅能快速完成網(wǎng)格劃分，而且可以通過讀入工藝部門提供的焊點文件在半天內完成整車的焊點連接，無一遺漏，保證焊點連接的準確性。并且由于是根據(jù)焊點文件做的焊點，在工藝部門調整焊點位置時，工程師只需改動焊點文件相應的個別數(shù)據(jù)即可達到修改整車模型中焊點的目的。
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VPG自動產(chǎn)生懸掛，用戶需要簡單進行懸掛硬點幾何位置的調整，將VPG懸掛各個關鍵點的幾何坐標調整為用戶所分析懸掛的幾何坐標，之后就可以讓VPG懸掛和車身處于適當?shù)南鄬ξ恢?，以便于懸掛和車身的連接。
4. 可變形輪胎模型
輪胎是車輛動力學中的重要分析對象，也是一個非常復雜的動力學分析對象。在VPG中，用戶不需要自己創(chuàng)建復雜的輪胎模型。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)過多次試驗驗證。做被動安全性分析時，用戶可以直接使用VPG輪胎的各種默認值。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，也同樣可以在一個界面中完成。
5. 假人及安全帶模型
在國家發(fā)布的正面碰撞法規(guī)中規(guī)定了假人的各種性能指標，因此假人的安置在正面碰撞仿真中是必需的。用戶可能可以通過各種渠道得到某種假人模型，但是由于假人的各個關節(jié)連接非常復雜，通用的前處理軟件根本無法對復雜的假人進行坐姿調整。假人的放置對指標的計算值影響很大，不合理的放置得到的必然是不準確的計算結果。
VPG中內置有FTSS假人、LSTC假人和VPG假人。在VPG中調整假人的坐姿非常方便，而且考慮到人體實際情況，對各種關節(jié)的轉動角度進行了內部限制，無需用戶干預就可以避免發(fā)生不實際的轉動角度。
假人中內置有測量點，如果通過通用的前處理軟件導入假人模型，假人的節(jié)點和單元編號將重新排序，這會導致內置測量點的丟失。沒有測量點提供測量數(shù)據(jù)，那么假人的安置也就毫無意義了。利用VPG內置假人則無需考慮假人測量點的丟失，這也是VPG在整車碰撞分析中不可替代的原因之一。
利用VPG放置假人的同時，可以給假人加安全帶。對于內置的假人，VPG有對應的安全帶模型，只需用戶指定安全帶與車身連接的四個點的坐標就可以創(chuàng)建好安全帶，并且與假人沒有穿透，安全帶與假人之間的接觸定義也同時自動完成。
6. 法規(guī)及測試工具
我國目前已發(fā)布的正面碰撞法規(guī)和2006年將要發(fā)布的側面碰撞法規(guī)都是根據(jù)歐共體標準制訂的。VPG內置了所有美國(FMVSS, Federal Motor Vehicle Safety Standards)和歐共體(ECE, Economic Commission for Europe Regulations) 被動安全性測試標準及其相應的測試工具。VPG用戶可以免費使用其中的所有測試工具，包括正面40%偏置撞用可變形固定壁障和側面碰撞用運動壁障小車（見圖6），這就大大減少了用戶建模的工作量，并且不必測試、調整壁障的各種性能，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（主動安全和被動安全）已成為當今汽車技術發(fā)展的主旋律，汽車碰撞模擬分析的目的是為了提高汽車的被動安全性。VPG集成化的程序組件滿足了汽車被動安全的要求，通過車體變形，吸收能量，緩和沖擊，且在保證車內乘員生存空間的同時，保證發(fā)生碰撞后乘員自行脫險的可能性和易于車外救助的開展，為汽車安全性設計提供助力。
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