一种含混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法，该方法通过概率模型和区间模型来描述不确定性变量，并建立了基于混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计问题；为了提升计算效率，基于径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题，同时利用Karush‑Kuhn‑Tucker最优化条件和基于最大熵原理的二次四阶矩方法将原始的三层嵌套近似可靠性优化设计问题转换为单层近似可靠性优化设计问题，并过遗传算法来求解满足设计要求的优化解，从而实现了可靠性优化设计问题的高效求解，并有效确保了汽车乘员的安全性；本发明专利技术不但能有效提高汽车乘员约束系统的防护性能，而且可从本质上提高优化的计算效率和求解质量，在汽车安全领域具有广泛的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种含混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法
本专利技术涉及车辆安全性领域，具体涉及一种含混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法。
技术介绍
当汽车发生碰撞时，由安全带、安全座椅、安全气囊等装置组成的汽车乘员约束系统不但能对乘员所受到的冲击载荷进行有效缓冲，还能避免乘员与车身内饰发生二次碰撞，从而起到汽车乘员防护作用。研究表明，汽车乘员约束系统的防护性能将直接决定乘员的损伤程度及死亡率。所以，汽车乘员约束系统是汽车安全技术研究的重中之重。针对汽车乘员约束系统的设计，现有的优化设计方法存在以下问题：1、现有的乘员约束系统优化设计方法通常将材料参数、载荷参数和设计参数考虑成确定性的参数。但是在实际的汽车碰撞过程中，许多参数如安全带初始应变、卷收器特性参数、座椅刚度系数等存在不确定性，将其全部作为确定性参数来考虑，就会造成真实的系统响应和期望的系统响应有所偏差。往往这种偏差有时在极端条件下会使乘员约束系统失效，导致乘员生命安全无法得到保障。2、针对乘员约束系统优化设计过程中的不确定性，人们多采用概率模型或非概率凸集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：建立汽车乘员约束系统数值仿真模型，并针对汽车乘员约束系统的防护性能，设定确定性设计变量、概率变量、区间变量、目标函数和约束函数，从而建立基于混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计问题，具体表达式如下：/nmin f

【技术特征摘要】
1.一种含混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立汽车乘员约束系统数值仿真模型，并针对汽车乘员约束系统的防护性能，设定确定性设计变量、概率变量、区间变量、目标函数和约束函数，从而建立基于混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计问题，具体表达式如下：
minfWIC(X,μP,μQ)公式(1)
s.t.βk(gk(X,P,Q)≥0)≥βkt,k＝1,2,...,m



Q∈QI＝[QL,QR]，z＝1,2,...,q
上式中，fWIC(X,μP,μQ)为目标函数，gk(X,P,Q)为极限状态函数，βk为待求可靠性指标，βkt为可靠性指标预设阈值，X为n维的确定性设计向量，其取值范围为P为l维的概率向量，其取值范围为Q为q维的区间向量，其取值区间为[QL,QR]，上标I表示区间，L表示区间下边界,R表示区间上边界，μP为概率向量P的期望值，μQ为区间向量Q的名义值；
步骤2：利用拉丁超立方采样方法在确定性设计向量、概率向量和区间向量混合空间上进行样本点采样，并设置允许误差值ε＞0，置迭代步数s＝1；
步骤3：将样本点带入汽车乘员约束系统仿真模型并计算乘员身体部位各项损伤值，从而获得目标函数和极限状态函数的样本；
步骤4：基于获得的样本点数据，结合径向基函数构建出如公式(2)所示的基于混合模型的汽车乘员约束系统近似可靠性优化设计问题：









Q∈QI＝[QL,QR]，z＝1,2,...,q
上式中，为近似目标函数，为近似极限状态函数；
步骤5：利用Karush-Kuhn-Tucker最优化条件和基于最大熵原理的二次四阶矩方法将公式(2)所示的三层嵌套近似可靠性优化设计问题转换为单层近似可靠性优化设计问题；
所述将公式(2)所示的三层嵌套近似可靠性优化设计问题转换为单层近似可靠性优化设计问题包括如下分步骤：
步骤51：利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优化条件将区间向量Q转换成服从区间[QL,QR]均匀分布的随机向量W,则公式(2)中包含极限状态函数的约束函数可以改写成如下形式：



则对应公式(3)求解可靠性指标βk时面临的可靠性分析问题如下式所示：



上式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，周振华，胡林，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43