小型汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)研究

呂俊成，莫易敏，袁智軍，何 慶，王 峰

(1.武漢理工大學機電工程學院，湖北武漢430070;2.上汽通用五菱汽車股份有限公司 CAE中心，廣西柳州540057)

近年來，我國汽車工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，截至2012年末，我國民用汽車保有量達到約11 000萬輛，未來我國民用汽車的數(shù)量將越來越多。隨著汽車數(shù)量的增加和行駛速度的不斷提高，行車安全越來越重要，而在所有汽車事故中，與碰撞有關的事故占90%以上［1］，目前汽車安全碰撞研究已經(jīng)成為汽車研究中的一個重要項目。

汽車安全碰撞結構吸能技術是其中的核心技術之一，它主要包含了碰撞CAE(computer aided engineering)分析、零部件性能控制、流程建設、規(guī)范建立、試驗開發(fā)及優(yōu)化等全方位的開發(fā)能力［2-3］。為了提高汽車碰撞安全結構吸能件的設計質量，減少設計成本，縮短設計周期，實現(xiàn)設計人員之間的信息共享，需要充分利用計算機技術、通信技術及網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)汽車碰撞結構吸能件的高效開發(fā)。筆者對某公司現(xiàn)有的前置后驅車型平臺下各種車型(或對標車型)的結構吸能相關參數(shù)進行總結，建立基礎數(shù)據(jù)庫，并在此基礎上比較現(xiàn)有車型設計的優(yōu)劣勢，固化優(yōu)勢車型的設計經(jīng)驗，為碰撞安全目標設定和具體開發(fā)提供了有力的決策支持。因此，汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)建設具有重要的現(xiàn)實意義［4］。

1 系統(tǒng)整體設計

1.1 系統(tǒng)軟件建立的理論基礎

系統(tǒng)軟件的設計采用模塊化的設計思想，同時滿足以下兩個度量原則:

(1)低耦合性。耦合性是軟件系統(tǒng)結構中各模塊間相互聯(lián)系緊密程度的一種度量。模塊間耦合高低取決于接口的復雜性、調用的方式及傳遞的信息。

(2)高內聚性。內聚性是模塊功能強度的度量，即一個模塊內部各個元素彼此結合的緊密程度的度量。

一個完整的系統(tǒng)，模塊與模塊之間，盡可能地相互獨立，即讓每個模塊盡可能地獨立完成某個特定的子功能。模塊與模塊之間的接口盡量少而簡單。如果兩個模塊間的關系比較復雜，最好首先考慮進一步模塊劃分。這樣有利于修改和組合。

應用上述模塊化的度量原則，對某公司的FR平臺下的多個車型特別是對優(yōu)秀車型的解析和研究，對數(shù)據(jù)進行分類處理，最終選定了車型的基本信息、車身結構耐撞性分析數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)3大類車型信息，這3大類車型信息是碰撞安全性能開發(fā)的必備工具和重要基礎平臺［5］。通過對這3大類數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)錄入，從而建立一個信息齊全的龐大數(shù)據(jù)庫，以這個數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎，通過對數(shù)據(jù)信息進行篩選、對比和分析計算等操作來幫助汽車安全碰撞結構設計人員快速高效設計出符合法規(guī)、星級要求的汽車安全碰撞結構，為碰撞安全目標設定和具體開發(fā)提供有力的決策支持。

1.2 系統(tǒng)整體結構

汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)主要由安全碰撞信息庫、安全碰撞信息分析、縱梁概念開發(fā)、安全碰撞知識庫和系統(tǒng)管理5大板塊組成。其中安全碰撞信息庫主要包括原有/對標車輛基本信息模塊、車身結構耐撞性分析模塊、實驗數(shù)據(jù)模塊和安全碰撞信息分析模塊;安全碰撞信息分析主要由實驗/車身結構耐撞性分析模塊組成;縱梁概念開發(fā)主要由邊界條件搜尋模塊、經(jīng)驗計算模塊和結果輸出模塊組成;安全碰撞知識庫主要是對設計、實驗和仿真等過程中產(chǎn)生的文件進行管理，實現(xiàn)文件的共享，其主要由文件錄入模塊、文件管理模塊和文件下載模塊組成;系統(tǒng)管理主要由人員管理模塊、權限管理模塊和日志管理模塊組成，其中人員管理模塊主要是對用戶的信息進行管理;權限管理模塊分為選項管理和用戶操作權限管理;日志管理模塊主要是記錄用戶的操作情況，使管理員能了解數(shù)據(jù)的動態(tài)情況，保證數(shù)據(jù)安全。汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)結構圖如1所示。

圖1 汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)結構圖

1.3 系統(tǒng)設計思路

該系統(tǒng)采用B/S結構，將系統(tǒng)按功能劃分為數(shù)據(jù)層、功能層和表示層，分別放在數(shù)據(jù)服務器端、網(wǎng)絡應用服務器端和客戶端(如圖2所示)。3層結構可以將業(yè)務邏輯單獨剝離出來，使其置于應用服務器上，從而使整個系統(tǒng)的邏輯結構更加清晰。為了網(wǎng)絡安全，系統(tǒng)服務器和客戶端服務器都需要安裝防火墻。

2 系統(tǒng)開發(fā)技術

2.1 系統(tǒng)開發(fā)技術的選擇

PAC(presentation abstraction control)、FR(forward receiver)、PS(publisher subscriber)、MVC(model view controller)等是目前使用比較多的應用程序開發(fā)設計思路。其中MVC是一種非常先進的設計思想，能適用于各種語言，并且可以開發(fā)出各種難度的程序。筆者根據(jù)MVC軟件工程思想對汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)提出了新的設計思想模式［6－7］。

圖2 B/S結構

2.2 MVC 模型

安全碰撞管理系統(tǒng)采用MVC架構，MVC將視圖層和業(yè)務層分離，這樣會使結構更加清晰，當需要更改視圖層代碼時，不需要重新編譯模型和控制器代碼;同理也可以單獨修改模型和控制器代碼而不需要更改其他代碼，這使得程序具有低耦合性，給代碼的修改提供了很大的便利。MVC模式下多個視圖可以共用一個模型，從而減少了程序員編寫代碼的工作量。MVC模式的開發(fā)使程序員(Java開發(fā)人員)集中精力于業(yè)務邏輯，界面程序員(HTML和JSP開發(fā)人員)集中精力于表現(xiàn)形式上，從而大大縮減了開發(fā)時間，節(jié)約了開發(fā)成本。MVC模式結構如圖3所示。

圖3 MVC模式結構

3 基于MVC思想的系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)架構設計

圖4 Servlet、JSP、JavaBean實現(xiàn)的 MVC模型圖

基于MVC的汽車碰撞安全信息管理系統(tǒng)的整體架構設計如圖4所示。該系統(tǒng)由客戶端層、表示層、業(yè)務層、持久層和數(shù)據(jù)庫層組成。在MVC模型中，視圖(View)對象由JSP文件實現(xiàn)，用戶圖形界面(GUI)由JSP構成，模型(Model)對象由JavaBean實現(xiàn)，JavaBean從后臺數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)庫作相應處理，再將處理的結果返回給JSP，實現(xiàn)用戶界面內容的動態(tài)變化。而Servlet充當控制者的角色，負責管理對用戶請求的處理，調用相應的JavaBean方法完成用戶的任務，也可以創(chuàng)建JSP頁需要使用的JavaBean對象，并根據(jù)用戶的動作決定把哪個JSP頁面?zhèn)鹘o請求者［8］;而控制(controller)對象可由 Servlet實現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)功能分析

汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)導出4大功能。數(shù)據(jù)收集功能主要包括現(xiàn)有/對標車型基礎數(shù)據(jù)的錄入、安全碰撞分析數(shù)據(jù)的錄入、實驗數(shù)據(jù)的錄入和數(shù)據(jù)文件的錄入與修改。數(shù)據(jù)顯示功能主要顯示單個車型基礎數(shù)據(jù)信息報表、某個車型某個工況下的安全碰撞分析數(shù)據(jù)報表、某個車型某個工況下的實驗數(shù)據(jù)報表、多個車型多個階段下的數(shù)據(jù)對比報表、多個車型某個工況下的數(shù)據(jù)對比報表和通過邊界條件搜索后得出的符合條件的數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)處理功能主要是對經(jīng)數(shù)據(jù)篩選所得符合條件的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)計算處理。數(shù)據(jù)導出功能主要是導出各種數(shù)據(jù)報表和數(shù)據(jù)文件［9］。

3.3 基于MVC的基本模型

首先建立一個信息管理數(shù)據(jù)庫crashinfo用于存放汽車碰撞信息;然后建立諸多JavaBean和JSP等操作文件，如表1所示?；贛VC模式的信息系統(tǒng)管理示意圖如圖5所示。

3.4 汽車安全碰撞結構系統(tǒng)的實現(xiàn)

圖6為基礎數(shù)據(jù)中分析數(shù)據(jù)的錄入界面。汽車的基礎數(shù)據(jù)主要是記錄不同車型的基本信息，為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)對比等提供最基本的、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。該界面可以通過切換導航條實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)中其他數(shù)據(jù)的錄入。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在某公司運行，效果良好，達到了預期目的。

4 結論

(1)安全碰撞管理系統(tǒng)采用MVC架構，通過對復雜度的簡化，使應用程序的結構更加清晰、直觀，實現(xiàn)了業(yè)務代碼與視圖代碼分離，增強了代碼的穩(wěn)定性。

(2)汽車安全碰撞結構信息系統(tǒng)是以CAE仿真分析、試驗和零部件性能控制等經(jīng)驗，以及各類材料性能、碰撞結構和碰撞性能等核心數(shù)據(jù)來建立碰撞安全數(shù)據(jù)庫，并在此基

表1 信息管理數(shù)據(jù)庫相關文件類型

圖5 基于MVC模式的信息系統(tǒng)管理示意圖

礎上實現(xiàn)車型的數(shù)據(jù)查詢及錄入等功能。同時，該信息系統(tǒng)可對新產(chǎn)品車型的概念設計參數(shù)范圍進行確定，并可實現(xiàn)相關概念設計的模型輸出。

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