将人体行为仿真时间从数天缩短至数小时

行人安全至关重要

爱达克集团为全世界的企业提供汽车、移动出行和工业解决方案。对于任何车辆而言，乘客和其他道路使用者，包括行人的安全都是关键所在。爱达克集团成立了名为 CAE 和安全部门的专家团队，旨在助力客户实现车辆的高级别安全性、满足法律要求并获得某个特定区域或企业客户的高度评价。

欧盟约有 20% 的道路死亡事故与行人有关，而头部受伤通常是导致死亡的原因。为了解决这一问题，相关法规要求汽车制造商能够展示他们已经在竭尽全力地降低这种严重损伤对于行人造成的风险。如今很多汽车发动机罩的内表面与发动机舱刚性零部件之间的空间较窄。这让汽车的线条更加简化，但却增加了对于行人的危险。如果汽车撞到行人，并且行人的头部撞到发动机罩，他们发生严重头部损伤的几率就更大，因为他们很可能会撞到发动机盖下面的坚硬零部件。

启用主动式发动机罩系统

抬高发动机罩并在其内表面与刚性零部件之间留有更大距离，可以显著降低头部伤害指标 (HIC)。但是，汽车制造商并不希望发动机罩一直那么高，因为这会影响设计的空气动力学和汽车的美观性。然而，主动式发动机罩系统可以开发用于在影响行人的情况下触发发动机罩的弹升。开发主动式发动机罩是一项复杂的过程，它需要传感器识别与行人的接触，并发送相关信号，以便在发生头部撞击之前强制发动机盖弹升。

爱达克集团项目经理斯特凡·亨德马克说：“Simcenter Madymo 真的能拯救生命。”从接触行人到头部撞击发动机罩，时间可能只有大约 40 到 50 毫秒。在这段时间内，传感器必须发送信号给 CPU，由其决定撞击物是否为行人，然后发送另一个信号给铰链，由其启动发动机罩的弹升。

“处理速度达到毫秒时，响应时间至关重要。Simcenter 解决方案将多体建模的强大功能与有限元和 CFD 详细功能融合到一个求解器中，从而实现快速响应时间。”

人体仿真

为了满足法规要求并收获令人满意的客户评价，制造商需要证明，发动机罩能在撞击行人头部之前完全弹起，形成足够的变形空间，以保护行人免受下面的发动机撞击。为了证明这种能力，制造商需要进行仿真来准确预测人体受到车辆撞击时的行为。撞击测试假体模型并不合适，因为这些模型需要大量原型汽车通过成本高昂的撞击测试来调整启动弹升的时间。借助人体仿真模型，许多快速虚拟测试却可以提前在设计周期中执行，实现更快的上市时间和更少的成本。

之前，爱达克集团对整个人体运动学进行了建模。“我们以前的软件也能用，但是仿真运行花费的时间很长，因为模型非常复杂，”亨德马克说道。爱达克集团希望采用一种高性能的解决方案，只对需要的部分，即运动学行为进行仿真，这样就能简化模型，加快处理时间。

调整仿真

爱达克集团使用 Simcenter™ Madymo™ 软件创建人体模型，此软件属于综合集成式软件、硬件和服务 Siemens Xcelerator 产品组合。

这些模型符合欧盟新车安全评鉴协会 (Euro NCAP) 协议列出的验证需求，能够预测碰撞过程中发生损伤的可能性。汽车制造商必须符合此性能评估协议，才能证明其车辆的安全性。Euro NCAP 比全世界其他同类协议要求更加严苛，严格定义了仿真中所用虚拟假体模型的规格。爱达克集团和 Siemens Digital Industries Software 工程师使用 Simcenter Madymo 紧密合作，确保这些模型符合相关协议，这样仿真结果就能为 Euro NCAP 所接受。

Simcenter Madymo 是乘客和行人安全仿真方面领先的软件，能够帮助企业通过准确、高效且多样化的仿真解决方案来减少原型测试。其中以同一个解算器集成了多体动力学、有限元方法 (FEM) 和计算流体力学 (CFD) 技术并融合了广泛的人体模型 (HBM) 数据库。Simcenter Madymo 解决方案包括主动人体模型，但更重要的是，它还包括完整人体模型系列（身材高大的男性、中等身材的男性、体型娇小的女性以及 6 岁大的儿童），专门设计用于行人仿真，满足所有 Euro NCAP 技术公告 (TB024) 规范。这也让爱达克集团的认证变得容易很多。

关于使用此解决方案如何显著改善开发时间，亨德马克这样解释道：“借助 Simcenter Madymo，我们可以仅对运动学建模，我们只要确认是否撞到行人，然后发送信号，从而及时启动发动机罩的弹升。使用 Simcenter Madymo 可以比有限元行人 HBM 更快运行分析。结果几个小时就能获得，而非需要几天的时间。”

节省时间和金钱

通过大幅缩短仿真时间，爱达克集团不仅节省了工程时间和成本，而且还助力客户更快将新产品推向市场，从而获得竞争优势。对于仿真准确性有了充分的信心之后，客户可以确保所有车辆的主动式发动机罩设计能够满足严苛的安全标准。

亨德马克还提到了软件的易用性：“假体模型的位置和不同的角度要求极为严格。采用 Simcenter Madymo，根据需要处理和调整假体模型变得容易许多。仿真速度还赋能我们更快处理更多迭代，这样我们实现理想设计的速度就能快很多。最终，这也帮助我们的客户以更低的成本生产出更好的产品，这对于他们而言是至关重要的。”

更多虚拟模型意味着严重损伤减少

尽管爱达克集团已经成功采用仿真进行这方面的行人安全研究，但很多制造商仍在采用物理假体模型进行绝大部分的其他安全测试。亨德马克认为，未来这一局面必将改变：“Euro NCAP 之类安全机构已经意识到这些虚拟模型的真实性比物理假体模型更高。更多的测试项目将从物理模型转变为虚拟仿真，因其给出的结果准确性更高。”

西门子工程师已经在提议行业联合发展蓝图，希望在虚拟仿真中使用更多人体模型，以便获得认证。这些计划已经提交给 Euro NCAP 和其他相关机构。在未来的几年里，行业将从物理模型转变为由 HBM 仿真执行的测试。所以，采用这些测试并将安全测试推向下一级别，只是时间问题而已。

亨德马克说，公司最终的目标是全球倡议的零伤亡愿景，旨在采取系统的道路安全方法，结束交通相关伤亡和严重损伤。随着全自动驾驶车辆的问世，事故数量理应下降。但是，全自动驾驶车辆与人类驾驶的车辆可能还要共用道路很多年，因此，想要消除事故，可谓任重道远。在任何一种驾驶情况下，都存在碰撞行人的可能性。

随着车辆的不断改变，行人和乘客保护系统也要改变。通过使用准确的全人体模型，西门子可以助力制造商尽可能地提高车辆安全性。自动驾驶车辆也许有一天可以预防所有事故，但在那之前，我们仍然需要竭尽全力地减少严重损伤和伤亡。