本發(fā)明涉及一種汽車技術(shù)領(lǐng)域的白車身早期概念開發(fā)的優(yōu)化方法，特別是一種主動搭建和修改模型的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

目前，汽車工業(yè)快速發(fā)展，研發(fā)是汽車工業(yè)的核心基礎(chǔ)，早期開發(fā)又是整個研發(fā)流程中的重中之重，在當(dāng)前的開發(fā)流程中，各大整車企業(yè)都在加大早期研發(fā)的投入，力爭在研發(fā)早期盡可能多的發(fā)現(xiàn)并解決問題，以此來提高整個研發(fā)流程的效率和質(zhì)量，從而有效降低整個研發(fā)流程的成本和風(fēng)險。而在早期研發(fā)中，白車身早期概念拓?fù)淇臻g優(yōu)化設(shè)計又是早期開發(fā)中的第一步，能為整車拓?fù)浼軜?gòu)設(shè)計起到重要的指引作用。目前，在早期研發(fā)過程中，針對白車身的設(shè)計，往往因?yàn)檩斎霔l件，時間節(jié)點(diǎn)及工具使用等各種因素限制的原因，不能進(jìn)行有效的白車身早期概念拓?fù)淇臻g優(yōu)化設(shè)計，從而導(dǎo)致整車在拓?fù)浼軜?gòu)層面上不能得到充分的論證，即結(jié)構(gòu)工程師在早期的開發(fā)設(shè)計中也無法得到相關(guān)的拓?fù)淇臻g的性能分析結(jié)果輸入，導(dǎo)致工作盲目性較大且設(shè)計周期較長。同樣，cae工程師在設(shè)計早期又無法獲得完整的cad空間及結(jié)構(gòu)模型，從而無法對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及優(yōu)化，使得在研發(fā)早期無法快速發(fā)現(xiàn)車身整體架構(gòu)層面的問題，進(jìn)而難以對該階段提出有效性的建議，無法有效保障后續(xù)的設(shè)計需求。在汽車白車身的早期設(shè)計中，往往需要考慮車身碰撞、頂壓、剛度等多種復(fù)雜工況的性能要求，使得設(shè)計者難以在較短時間內(nèi)設(shè)計出質(zhì)量小、性能優(yōu)的車身結(jié)構(gòu)，從而阻礙了“分析驅(qū)動設(shè)計”的產(chǎn)品正向開發(fā)設(shè)計策略的發(fā)展。

在白車身早期開發(fā)流程中，不同企業(yè)的開發(fā)流程及優(yōu)化算法各有差異，優(yōu)化效率也各有優(yōu)劣，而優(yōu)化結(jié)果有時難以及時有效的為工程實(shí)際項(xiàng)目提供有力支持。因此在實(shí)際車身早期開發(fā)中，需要一套完整成熟的開發(fā)優(yōu)化流程來提高設(shè)計效率，及時反饋優(yōu)化結(jié)果并轉(zhuǎn)化為車身結(jié)構(gòu)設(shè)計語言，從而能實(shí)際應(yīng)用到車身開發(fā)中。在白車身的早期概念設(shè)計階段，由于輸入數(shù)據(jù)較少，利用傳統(tǒng)開發(fā)流程中的手段，cad工程師無法搭建完整的白車身模型，進(jìn)而使得cae工程師不能及時地展開結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化工作，這樣便大大增加了研發(fā)周期以及開發(fā)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，本文結(jié)合等效靜態(tài)載荷的思想，提出一種基于參數(shù)化模型主動搭建和拓?fù)鋬?yōu)化的白車身早期概念拓?fù)淇臻g優(yōu)化設(shè)計分析及解析的方法。該方法以車身造型和總布置參數(shù)為輸入條件，利用參數(shù)化軟件建立車身參數(shù)化空間拓?fù)淠Ｐ秃蛥⒖架嚹Ｐ停谇疤幚碥浖羞M(jìn)行體網(wǎng)格劃分和工況加載，再利用拓?fù)鋬?yōu)化軟件對空間拓?fù)淠Ｐ秃蛥⒖架嚹Ｐ瓦M(jìn)行考慮多種碰撞工況、頂壓以及多種剛度等工況的多學(xué)科拓?fù)鋬?yōu)化，然后利用參數(shù)化軟件對拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行有效解析。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：第一，以車身造型和總布置參數(shù)為輸入條件，主動搭建拓?fù)淇臻g模型和參考車模型；第二，將優(yōu)化結(jié)果在參考車中解析并驗(yàn)證；第三，實(shí)時修改更新空間模型和參考車模型，并對其再次優(yōu)化；第四，可以利用參數(shù)化軟件對將空間模型和參考車模型進(jìn)行無數(shù)次修改，優(yōu)化迭代。

為高效的開展早期開發(fā)，快速解析概念拓?fù)淇臻g的優(yōu)化結(jié)果，使用參數(shù)化建模軟件進(jìn)行早期概念結(jié)構(gòu)模型搭建可很好地解決上述問題。參數(shù)化建模軟件采用分析驅(qū)動設(shè)計的理念，能在沒有cad模型的情況下，利用包括整車基本尺寸、總布置要求或者造型面等少量的抽象輸入數(shù)據(jù)，快速正向建立結(jié)構(gòu)模型。使得cae在產(chǎn)品研發(fā)流程中不僅僅是驗(yàn)證工具的角色，真正達(dá)到在設(shè)計早期階段開始就能對工程師起到指導(dǎo)作用，并利用早期設(shè)計階段設(shè)計空間較大的優(yōu)勢尋求更多更優(yōu)的設(shè)計解決方案。

基于總布置空間要求，結(jié)合車身設(shè)計部門提供的斷面數(shù)據(jù)、cas數(shù)據(jù)或其他參考數(shù)據(jù)等，利用參數(shù)化建模軟件參數(shù)化模塊化的特點(diǎn)，可以快速建立車身拓?fù)鋬?yōu)化的3d空間模型，早期概念階段主要以3d實(shí)體單元模擬，通過拓?fù)鋬?yōu)化尋找材料分配的最佳布局。

拓?fù)淇臻g優(yōu)化的特點(diǎn)是早期、宏觀、概念。建立拓?fù)淇臻g模型首先必須滿足總布置的各項(xiàng)要求(如整車尺寸、硬點(diǎn)位置等)，如該階段已有內(nèi)外cas面，則必須滿足內(nèi)外cas面的要求。其次根據(jù)并行搭建的參數(shù)化模型或者其它供參考的實(shí)際模型，3d空間模型必須完全“包絡(luò)”實(shí)際的2d網(wǎng)格單元模型。最后3d空間模型要求結(jié)構(gòu)簡單直觀，能進(jìn)行快速的調(diào)整修改。由于參數(shù)化軟件搭建的3d空間模型為參數(shù)化模型，靈活性高，當(dāng)總布置數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，3d空間模型能夠?qū)崿F(xiàn)快速參數(shù)化修改，大大減少了拓?fù)淇臻g模型的前處理時間。

根據(jù)整車早期開發(fā)的各項(xiàng)需求(如總布置要求等)，利用優(yōu)化軟件完成面向車身剛度、碰撞及減重等多工況的車體框架(載荷傳遞路徑)的早期概念拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計及解析工作。確定車身整體拓?fù)鋬?yōu)化的載荷輸入工況要求，包括但不限于車身扭轉(zhuǎn)、彎曲、前彎曲、后彎曲、后背門開口扭轉(zhuǎn)、全寬正碰、odb偏置碰撞、側(cè)面碰撞、側(cè)面柱撞、頂壓、后碰等。

本發(fā)明的有益效果是：基于該方法得到的車身早期概念拓?fù)淇臻g優(yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果不僅能夠很好地滿足工程設(shè)計要求，而且能夠大幅縮短開發(fā)設(shè)計周期，具有較高的工程實(shí)用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例

本發(fā)明的實(shí)施例如圖1所示。根據(jù)整車早期開發(fā)的各項(xiàng)需求(如總布置要求等)，利用拓?fù)鋬?yōu)化軟件完成面向車身剛度、碰撞及減重等多工況的車體框架(載荷傳遞路徑)的早期概念拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計及解析工作。在參數(shù)化建模軟件中建立模型，導(dǎo)入到前處理軟件中，利用優(yōu)化定義面板定義優(yōu)化變量、約束和目標(biāo)以及優(yōu)化參數(shù)；然后提交拓?fù)鋬?yōu)化軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化；最后利用參數(shù)化建模軟件對拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行有效解析。

確定車身整體拓?fù)鋬?yōu)化的載荷輸入工況要求，包括但不限于車身扭轉(zhuǎn)、彎曲、前彎曲、后彎曲、后背門開口扭轉(zhuǎn)、全寬正碰、odb偏置碰撞、側(cè)面碰撞、側(cè)面柱撞、頂壓、后碰等。

拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的流程包括：1)模型處理；2)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化；3)優(yōu)化結(jié)果分析篩選和驗(yàn)證。

1、模型處理

根據(jù)車身設(shè)計空間搭建初始模型。根據(jù)開發(fā)車型的標(biāo)桿車或以前同一平臺車型，在對其進(jìn)行各種碰撞仿真分析的基礎(chǔ)上，提取等效靜載荷，通過添加等效靜載荷與慣性釋放技術(shù)實(shí)現(xiàn)碰撞工況的等效。

為了更好地模擬實(shí)車模型，可將實(shí)車中的相關(guān)質(zhì)量集成以質(zhì)量點(diǎn)的形式進(jìn)行定義設(shè)置，定義的質(zhì)量點(diǎn)包括副車架質(zhì)量集成、發(fā)動機(jī)質(zhì)量集成、電池質(zhì)量集成、駕駛員及其他乘員質(zhì)量、前后輪胎及備胎質(zhì)量、前后門質(zhì)量等，根據(jù)輸入的質(zhì)心坐標(biāo)確定質(zhì)量點(diǎn)位置，利用rbe3技術(shù)建立質(zhì)量點(diǎn)與安裝點(diǎn)之間的柔性連接，完成質(zhì)量點(diǎn)的定義設(shè)置。

2、多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化

由于前期拓?fù)潆A段幾乎無法直接定義剛度值，故以各分析工況下的應(yīng)變能最小化為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮多種剛度和碰撞工況等學(xué)科，形成多學(xué)科多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化模型。選擇質(zhì)量比作為約束函數(shù)，所有拓?fù)淇臻g內(nèi)的實(shí)體單元為設(shè)計變量，兼顧左右兩側(cè)車體結(jié)構(gòu)的對稱性，添加必要的工藝約束條件，利用拓?fù)鋬?yōu)化軟件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。

3、優(yōu)化結(jié)果分析篩選

由于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果與約束函數(shù)(質(zhì)量比)有直接關(guān)系，為確保拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果穩(wěn)健性，建議計算不同質(zhì)量比下的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，并綜合參考所有拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行載荷路徑解讀。

對結(jié)果進(jìn)行分析篩選，識別重要載荷路徑，解析結(jié)果可形成方案，輸出給各相關(guān)部門確認(rèn)，最終應(yīng)用到模型的更新中。

4、優(yōu)化結(jié)果解析驗(yàn)證

結(jié)果解析是整個拓?fù)淇臻g優(yōu)化的“點(diǎn)睛”階段。沒有正確的解析結(jié)構(gòu)，整個優(yōu)化過程沒有價值。所以需要全面評估概念拓?fù)淇臻g模型的優(yōu)化結(jié)果，選擇符合各項(xiàng)要求的概念拓?fù)浞桨附馕龅絽?shù)化模型中。方案解析是將抽象的3d計算結(jié)果設(shè)計成符合各項(xiàng)原則(工藝，制造等)的實(shí)際車身結(jié)構(gòu)，并加以分析驗(yàn)證。

對于拓?fù)淇臻g模型優(yōu)化結(jié)果的解析，主要分為整車傳力路徑解析和重點(diǎn)區(qū)域解析，經(jīng)過對整車拓?fù)淇臻g模型在不同工況作用下的優(yōu)化結(jié)果的解析，可以根據(jù)材料分布清晰地找出每個工況下整車的傳力路徑，由此便可以更有針對性地設(shè)計整車框架，合理地布置整車模型中的橫梁和縱梁；確定整車框架后，便根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，即根據(jù)重點(diǎn)區(qū)域的材料分布情況，合理地設(shè)計加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過拓?fù)浣馕龅慕Y(jié)構(gòu)方案，要盡量符合工程實(shí)際需求，因此在項(xiàng)目實(shí)施中須及時將拓?fù)浣馕鼋Y(jié)果反饋給相關(guān)部門，優(yōu)選拓?fù)浣馕龇桨?，并輸出?yōu)化后的結(jié)果模型。