專利名稱：設計安全氣囊的系統及方法
技術領域：
本發明總地涉及安全氣囊的設計；安全氣囊是在汽車碰撞過程中增強乘員安全的車輛安全裝置。更具體地，本發明涉及由完全充氣配置下的安全氣囊的三維計算機化模型創建織物面板(fabric panel)的多個二維網格模型(例如，有限元分析模型)的方法及系統；其中，所述織物面板形成安全氣囊。
背景技術：
安全氣囊由縫合在一起的多個織物面板制成，其安裝在汽車內從而在汽車碰撞時提供乘員約束。安全氣囊包含設計為在撞車時迅速充氣的柔性包覆物(envelope)，以防止車輛乘員撞擊內部物體，例如撞擊方向盤或車窗。現代車輛可能在乘客就座位置的各個側面和正前方位置設有多個安全氣囊，各個傳感器基于碰撞類型和嚴重性、以可變速度在沖擊區配置一個或多個安全氣囊。隨著計算機技術的出現，兩組工程師/設計者共同協作、使用計算機輔助工程分析(例如有限元分析(finite element analysis,FEA))來設計安全氣囊。第一組負責當安全氣囊在汽車碰撞中完全充氣時來保護車輛乘員，第二組則負責安全氣囊的可制造性。為滿足這些設計目標，第一組使用安全氣囊完全充氣時的三維幾何形狀，而第二組使用面板的二維平坦幾何形狀。由于設計流程是從第一組到第二組，因此需要這樣的方法和系統:其由安全氣囊在完全充氣配置下的三維計算機化模型來數字創建、織物面板相應的二維模型。

發明內容
本發明公開了由完全充氣的安全氣囊的三維(3-D)計算機化模型數字創建多個織物面板的相應二維(2-D)網格模型的系統、方法及軟件產品；所述多個織物面板形成安全氣囊。根據本發明的一個示范性實施例，定義了完全充氣的安全氣囊的3-D計算機化模型(例如，有限元分析模型、柵格模型等)。3-D計算機化模型包括多個節點和多個殼有限元(shell finite element)。每個殼元指定給多個織物面板的其中一個,而多個織物面板形成屬于其的安全氣囊。每個織物面板占據安全氣囊的連續表面積。使各個三維拓撲結構或幾何形狀中的特定織物面板的殼有限元一次性(at a time)展開為織物面板的二維網格模型。將特定織物面板的總表面積與相應2-D網格模型的總面積進行比較。調節該2-D網格模型，直至其面積在預設公差的范圍內。進一步地，將最終的“總面積匹配的”2_D網格模型定位于經緯線的織物材料坐標系中，從而確定其可制造性。根據另一方面，使每個殼元的標識符(例如，元素號、元素標簽等)在3-D模型和2-D模型中保持不變，而使節點的標識符(例如，節點號、節點標簽等)在這兩個模型中相互區別開。根據另一方面，展開操作中原本包含了安全氣囊通風孔的面積，隨后從最終的2-D網格模型中去除安全氣囊通風孔的面積；其中，最終的2-D網格模型的面積與3-D模型的表面積相匹配。


結合以下描述、所附的權利要求和附圖將更好地理解本發明的各個特征、方面和優點。附圖如下所示:
圖1是根據本發明一實施例的由完全充氣的3-D計算機化模型創建安全氣囊的織物面板的2-D網格模型的示范性過程的流程 圖2是根據本發明一實施例的、安全氣囊在完全充氣配置下的3-D計算機化模型的透視 圖3是根據本發明一實施例的將3-D計算機化模型展開為2-D網格模型的方案的示意
圖4-5是由圖2的3-D計算機化模型展開得來的2-D網格模型的示意 圖6是根據本發明一實施例的在織物材料坐標系中使用的示范性經緯線定義的示意圖；以及
圖7是顯示示范性計算機的突出組件的功能圖，在所述示范性計算機中可實施本發明的一個實施例。
具體實施例方式圖1是根據本發明一實施例的設計安全氣囊的示范性過程100的流程圖；圖1尤其是由完全充氣配置下的安全氣囊的3-D計算機化模型創建安全氣囊的織物面板的2-D網格模型的示范性過程的流程圖；其中，安全氣囊在汽車碰撞時用作增強乘員安全的車輛安全裝置。優選地，結合前述各圖來理解過程100，過程100在軟件中得以實施。通過在步驟102中接收完全充氣配置下的安全氣囊的3-D計算機化模型(例如，有限元分析模型)來開始過程100。3-D計算機化模型包括多個節點和多個殼有限元(例如，四邊形元、三角形元等)。由于安全氣囊由多個織物面板制成，因此進一步將每個殼有限元指定給各個織物面板的其中一個。換言之，每個織物面板包含3-D計算機化模型的一部分殼元。圖2中顯示了完全充氣配置下的安全氣囊的示范性3-D計算機化模型200的透視圖。安全氣囊200由三個織物面板201、202、203制成(隱藏第三面板203)。接下來在步驟104，通過以下方式為每個織物面板創建2-D網格模型:使代表特定織物面板的那些殼有限元由完全充氣配置下的第一方位(orientation)展開為平坦幾何形狀的第二方位。在3-D計算機化模型中通過一組節點號定義第一方位，而通過另一組節點號定義2-D網格模型的第二方位。每個展開的有限元的元素標識符(例如，元素號、元素標簽)保持不變。作為將3-D物體展開為2-D物體的操作的示例，圖3示范性地顯示了將3-D計算機化模型302展開為2-D網格模型304。3-D計算機化模型302代表由一組節點312限定的一部分彎曲的穹隆結構(dome structure),其中該組節點312具有第一組節點號。2-D網格模型304代表平坦化的3-D計算機化模型302，并由具有第二組節點號的另一組節點314對2-D網格模型進行限定。圖4和圖5中分別顯示了織物面板201和202的2-D網格模型401和502。
過程100接著移至決定106 ;當將2-D網格模型的總面積與代表3_D計算機化模型的特定織物面板的那些殼元的總表面積進行比較時，在該步驟中確定2-D網格模型的總面積是否在公差范圍內。采用已知技術建立公差，例如由用戶定義的差值百分比。若否，過程100移至步驟108，在該步驟中調節2-D網格模型，以使其與總表面積相匹配。接下來在決定110中，如果在安全氣囊中存在更多待展開的面板，過程100移回步驟104，以對另一織物面板重復該過程。否則，過程100移至步驟112，將2-D網格模型分別定位在經緯線的織物材料坐標系中，以確定可制造性。最后，在步驟114中，在過程100結束如從相應的2-D網格模型去除安全氣囊通風孔占據的面積408 (圖4)。圖6顯示了示范性的經線602和緯線604的定義。根據一個方面，本發明涉及一個或多個能夠執行本文所描述的功能的計算機系統。圖7顯示了計算機系統700的一示例。計算機系統700包含一個或多個處理器，例如處理器704。處理器704與計算機系統內部的通信總線702連接。依據這一示范性計算機系統描述各個軟件實施例。在閱讀這一描述之后，非常明顯的是，本領域技術人員將了解如何使用其他計算機系統和/或計算機體系結構實現本發明。計算機系統700還包含主存儲器708 (優選為隨機存取存儲器(random accessmemory，RAM))，其也可包含輔助存儲器710。例如，輔助存儲器710可包含一個或多個硬盤驅動器712和/或一個或多個可移除存儲驅動器714，其代表為軟盤驅動器、磁帶驅動器、光盤驅動器等。可移除存儲驅動器714以公知方式讀取和/或寫入可移除存儲單元718。可移除存儲單元718的代表為由可移除存儲驅動器714讀取和寫入的軟盤、磁帶、光盤等。應該理解的是，可移除存儲單元718包含其上存儲有計算機軟件和/或數據的計算機可用存儲介質。在替代性實施例中，輔助存儲器710可包含其他相似裝置，從而允許將計算機程序或其他指令載入計算機系統700中。例如，這種裝置可能包含可移除存儲單元722和接口 720。上述裝置的示例可包含(例如在視頻游戲裝置中存在的)程序盒式存儲器和盒式接口、可移除存儲芯片(例如可擦可編程只讀存儲器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory, EPROM)、通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)閃存、或 PROM)和相關插口、和其他允許將軟件和數據由可移除存儲單元722傳遞到計算機系統700的可移除存儲單元722和接口 720。一般而言，由操作系統(operating system，OS)軟件來控制和協調計算機系統700，所述操作系統軟件執行諸如進程調度、內存管理、聯網和1/0服務的任務。還可能存在與總線702連接的通信接口 724。通信接口 724允許將軟件和數據在計算機系統700和外部裝置間進行傳遞。通信接口 724的示例可包含調制解調器、網絡接口(例如以太網卡)、通信端口、個人計算機存儲卡國際協會(Personal Computer MemoryCard International Association,PCMCIA)插槽和卡等。計算機700通過數據網絡、基于一組特殊規則(即協議)與其他計算裝置通信。其中一種常見協議是在因特網中普遍使用的TCP/IP (傳輸控制協議/互聯網協議)。一般而言，通信接口 724對于以下過程實施管理:將數據文件組裝為在數據網絡上傳輸的較小數據包、以及將接收的數據包重組為原始數據文件。另外，通信接口 724處理每個數據包的地址碼(address part)，以便其到達正確目標或攔截目標是計算機700的數據包。在這一文件中，術語“計算機程序介質”和“計算機可用介質”通常用于指以下媒介:例如，可移除存儲驅動器714和/或安裝在硬盤驅動器712中的硬盤。這些計算機程序產品是為計算機系統700提供軟件的裝置。本發明涉及這些計算機程序產品。計算機系統700還可包含輸入/輸出(I/O)接口 730，其為計算機系統700提供存取監控器、鍵盤、鼠標、打印機、掃描儀、繪圖儀和類似物。在主存儲器708和/或輔助存儲器710中，計算機程序(也稱為計算機控制邏輯)存儲為應用模塊706。還可通過通信接口 724接收計算機程序。當執行時，這些計算機程序使得計算機系統700能夠執行本文所討論的本發明的特征。尤其地，當執行時，計算機程序使得處理器704執行本發明的特征。因此，上述計算機程序代表計算機系統700的控制器。在使用軟件實現本發明的實施例中，軟件可存儲在計算機程序產品中，并使用可移除存儲驅動器714、硬驅動器712或通信接口 724將其載入計算機系統700中。當處理器704執行應用模塊706時，應用模塊706使處理器704執行本文所描述的本發明的各功能。主存儲器708可載有一個或多個應用模塊706，在有或沒有通過I/O接口 730的用戶輸入的情況下，一個或多個處理器704可執行一個或多個應用模塊，從而實現希望實現的任務。在操作中，當至少一個處理器704執行其中一個應用模塊706時，結果得到計算并保存在輔助存儲器710中(即硬盤驅動器712)。以文本或圖形表征的方式、通過I/O接口730向用戶報導有限元分析的狀態。在一個實施例中，應用模塊706用于促進由完全充氣的安全氣囊的3-D計算機化模型創建2-D網格模型。應用模塊706進一步允許采用織物材料坐標系定位2-D網格模型。在另一實施例中，應用模塊706用于促進將安全氣囊通風孔的面積從2-D網格模型中去除。盡管結合其特定實施例對本發明進行描述，但這些實施例僅僅是對本發明的闡釋而非限制。本文向本領域技術人員暗示了對特別公開的示范性實施例的各個調整或變化。例如，雖然為實現本發明的一個實施例顯示和描述了特定類型的安全氣囊，但其他類型的安全氣囊也可用于實現相同目的。進一步地，雖然已顯示和描述用三個織物面板形成安全氣囊，但其他數量的面板也可用于實現相同目的。最終，3-D計算機化模型和2-D網格模型已經顯示和描述為示例，而具有其他網格密度或網格形狀的模型可用于實現本發明的目標。總之,本發明的范圍不應受限于本文所公開的特定示范性實施例,所有已提示過本領域技術人員的、容易做出的所有調整均應包含在這一申請的精神和追求的范圍內，并且也包含在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種設計安全氣囊的方法，所述安全氣囊用作汽車碰撞時增強乘員安全的車輛安全裝置，其特征在于，所述方法包括: 接收代表完全充氣配置下的安全氣囊的三維(3-D)計算機化模型，所述3-D計算機化模型包含多個殼有限元，其中，將每個所述殼有限元指定給形成所述安全氣囊的多個織物面板的其中一個； 通過使每個所述那些殼有限元從完全充氣配置下的第一方位展開為二維(2-D)網格模型的平坦幾何形狀的第二方位，通過使用指定給所述每個織物面板的那些殼有限元創建2-D網格模型； 當將所述2-D網格模型的總面積與指定給所述每個織物面板的所述那些殼元的總表面積進行比較時，調節所述2-D網格模型，以便所述2-D網格模型的總面積在公差范圍內；以及 采用經緯線的織物材料坐標系定位所述2-D網格模型，所述經緯線的織物材料坐標系適合于確定可制造性。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:在所述2-D網格模型中保持所述3-D計算機化模型的每個所述那些殼元的元素標識符。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述3-D計算機化模型中通過第一組節點定義每個所述那些殼元，在所述2-D網格化模型中通過第二組節點號定義每個所述那些殼兀。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，采用所述第一組節點號定義所述第一方位，而采用所述第二組節點號定義所述第二方位。
5.根據權利要求 1所述的方法，其特征在于，所述殼有限元包含四邊形元。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述殼有限元包含三角形元。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述2-D網格模型去除安全氣囊通風孔占據的面積。
8.一種設計安全氣囊的系統，所述安全氣囊用作汽車碰撞時增強乘員安全的車輛安全裝置，其特征在于，所述系統包括: 主存儲器，用于為應用模塊存儲計算機可讀代碼； 與所述主存儲器連接的至少一個處理器，所述至少一個處理器執行所述主存儲器中的計算機可讀代碼，以使得所述應用模塊通過以下方法執行各操作: 接收代表完全充氣配置下的安全氣囊的三維(3-D)計算機化模型，所述3-D計算機化模型包含多個殼有限元，其中，將每個所述殼有限元指定給形成所述安全氣囊的多個織物面板的其中一個； 通過使每個所述那些殼有限元從完全充氣配置下的第一方位展開為二維(2-D)網格模型的平坦幾何形狀的第二方位，通過使用指定給所述每個織物面板的那些殼有限元創建2-D網格模型， 當將所述2-D網格模型的總面積與指定給所述每個織物面板的所述那些殼元的總表面積進行比較時，調節所述2-D網格模型，以便所述2-D網格模型的總面積在公差范圍內；以及 采用經緯線的織物材料坐標系定位所述2-D網格模型，所述經緯線的織物材料坐標系適合于確定可制造性。
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述系統還包括:在所述2-D網格模型中保持所述3-D計算機化模型的每個所述那些殼元的元素標識符。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在所述3-D計算機化模型中通過第一組節點號定義每個所述那些殼元，在所述2-D網格化模型中通過第二組節點號定義每個所述那些殼元。
11.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述系統還包括從所述2-D網格模型去除安全氣囊通風孔占據的面積。
全文摘要
本發明公開了由完全充氣的安全氣囊的3-D計算機化模型數字創建多個安全氣囊織物面板的相應2-D網格模型的系統及方法。3-D計算機化模型包括多個節點和多個殼有限元。每個殼元分給多個織物面板的其中一個，而多個織物面板形成屬于其的安全氣囊。每個織物面板占據安全氣囊的連續表面積。使特定織物面板的殼有限元一次性展開為織物面板的2-D網格模型。將特定織物面板的總表面積與相應2-D模型的總面積進行比較。調節該2-D網格模型，直至其面積在預設公差的范圍內。進一步地，將最終的“總面積匹配的”2-D網格模型定位于經緯線的織物材料坐標系中，從而確定其可制造性。
文檔編號G06F17/50GK103177148SQ20121036595
公開日2013年6月26日 申請日期2012年9月27日 優先權日2011年12月21日
發明者迪利普·穆吉·巴哈索德 申請人:利弗莫爾軟件技術公司