物理信息机器学习（PIML）在发动机性能预测上的应用

被动安全系统在碰撞事件中保护乘员及其他道路使用者，降低伤害程度。然而，设计此类系统是一项复杂的任务，需要综合考虑众多相互关联的变量。仿真是优化被动安全系统设计流程的关键，能够降低成本和缩短开发周期。但由于多学科特性及设计过程中需考虑的庞大变量数量，部分仿真仍面临挑战。这些变量包括不同的碰撞模式、碰撞测试假人尺寸与类型、多样化的车型变体等。不仅如此，主动安全措施也带来了额外挑战，因为被动安全系统还需在传统工况之外发挥作用。在本文中，ESTECO将阐述被动安全的多学科特性、设计此类系统时面临的问题，以及自动化和优化技术如何应对这些挑战。被动安全的多学科特性设计任何被动安全系统时，必须确保乘员以恰当的速率减速，通过能量耗散将伤害程度降至最低，同时满足行业严格的法规和消费者测试机构的要求。这一减速速率被称为ΔV（速度变化量）。最小化ΔV是核心目标，需通过被动安全系统及车身结构采取相应措施。然而，在分析车辆结构完整性和处理不同碰撞场景的变量时，挑战随之而来。这是因为车辆系统相互关联，导致仿真复杂度增加，难以实现仿真的首要目标——最小化ΔV。“碰撞时，车辆会发生连锁变形效应，必须模拟大量互相关联的系统和组件才能准确分析碰撞影响，”ESTECO业务发展经理Alexandre Mugnai表示，“为此，需要在输入与输出之间进行一系列复杂的权衡。”例如，可能需权衡材料刚度、车辆质量与最终性能，同时利用多种减速曲线模拟碰撞效果。模拟多种碰撞场景：1.全正面碰撞；2.偏置可变形壁障（ODB）碰撞；3.移动可变形壁障（MDB）碰撞；4.侧柱碰撞“另一项挑战在于，车辆部件在不同车型间共享，设计者无法自由调整所有参数以实现特定性能目标，”Mugnai补充道，“这种复杂性在跨多工程团队及利益相关方的碰撞仿真中尤为突出。”潜在输入变量的范围进一步加剧了复杂性，包括：不同载荷条件、碰撞条件、假人尺寸与类型（用于模拟人体受冲击时的行为）、碰撞类型（如壁障测试与行人碰撞测试）、车型变体、材料特性、乘员是否系安全带等。此外，不同地区对被动安全系统的法规要求各异，变量规模极为庞大。正因如此，需采用多学科方法，整合不同仿真工具与评估手段以优化设计流程，从而在安全性与其他车辆需求间找到最佳平衡。传统仿真工具中，工程师需在每个设计步骤手动权衡输入与输出。这种方法缺乏鲁棒性，工程团队难以全局把控设计空间，易导致错误。某些情况下，虽然碰撞条件可主导设计方向，但核心挑战在于以最低成本和有限开发周期满足安全要求（未必是最高标准）。解决这些挑战需要多学科方法，提供全局视角并实现工具间数据互通。通过自动化与优化设计多学科被动安全系统仿真是汽车行业的常用工具，帮助主机厂缩短开发周期并减少原型制作需求。modeFRONTIER作为多学科设计优化（MDO）软件，为工程设计流程提供自动化与优化支持。VOLTA协同网络解决方案则具备无缝访问与扩展性，适应产品开发流程中不断加入的设计团队。二者共同构成ESTECO技术的核心。在被动安全领域，ESTECO技术可优化并加速开发流程。工程师无需在每个设计步骤手动权衡输入输出，从而大幅节省时间并降低设计错误风险。关键技术特性包括：01模块化ESTECO技术提供基于配置文件的模块化访问，支持多目标与多学科优化。通过无缝集成第三方工程工具，实现设计仿真流程自动化，辅助分析决策。这一特性对多团队协作至关重要，可减少软件兼容性问题，确保各团队使用最佳工具。02自动化通过实验设计（DOE）与优化算法套件，工程师可快速识别关键设计方案，轻松权衡性能，全面评估车辆被动安全约束系统的表现。ESTECO智能DOE技术能以有限测试仿真系统探索设计空间，精准理解系统特性，从而更快找到更优方案。VOLTA的分布式执行功能可管理本地与远程计算资源，支持并行仿真流程。鉴于现代被动安全系统的多学科特性，通常需数百甚至数千次仿真才能确定理想设计，自动化能力显著缩短时间并降低IT投入。03全局视角modeFRONTIER与VOLTA将不同软件整合至自动化工作流，支持优化研究、DoE分析、鲁棒性评估与全面设计优化。工程师可平衡冲突目标并提升产品性能，针对不同工程问题选择合适技术。这对被动安全系统尤为重要，全局视角帮助团队评估每项设计决策对整车的影响。04协同保障ESTECO技术通过跨团队流程标准化和资源灵活分配促进协作。VOLTA平台为工程师提供在线协同设计空间，决策者可访问性能指标以快速比较优化策略效果。版本控制与无缝协作功能确保各团队能评估设计选择对被动安全系统及其他车辆系统的影响。自动化与优化的优势显而易见。ESTECO技术加速了整个开发流程，实现仿真间数据无缝传递与关键值提取。“自动化让工程师专注于部件决策，避免人工干预导致的错误，”Mugnai解释道，“工程师还能全面掌握部件在不同输入下的表现及其对成本的影响，从而减少错误并加快每次迭代的开发周期。”结论modeFRONTIER与VOLTA为工程师提供全面工具，在缩短开发周期的同时显著提升被动安全部件性能。输入输出的自动化优化管理解放了工程师的手动负担，加速设计周期并实现大规模协作——这对多学科特性的被动安全系统至关重要。modeFRONTIER作为综合性解决方案，支持工程团队覆盖开发全生命周期；VOLTA基于网络平台，促进团队间无缝协作与设计优化。ESTECO技术助力工程师轻松实现仿真流程自动化与优化，理解各类设计的潜力与局限，从而在多学科交叉的复杂环境中确定最优方案，为未来的被动安全系统铺平道路。ESTECO是一家专注于数值优化及仿真流程与数据管理的独立软件公司。凭借20年经验，ESTECO为福特、本田、洛克希德·马丁、丰田和惠而浦等300余家国际机构提供支持，加速决策流程并缩短开发时间。来源：艾迪捷