CN102201017B

CN102201017B - 汽车车身的优化设计方法

Info

Publication number: CN102201017B
Application number: CN2010101311724A
Authority: CN
Inventors: 李广骏
Original assignee: DETROIT AUTOMOTIVE TECHNOLOGY (SHANGHAI) CO LTD
Current assignee: DETROIT AUTOMOTIVE TECHNOLOGY (SHANGHAI) CO LTD
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: CN102201017A

Abstract

本发明公开了一种汽车车身的优化设计方法，通过提取现有车型的特征线，再根据特征线生成控制模块，将控制模块与原有车型的数据相联接，对控制模块按照设计要求进行修改，从而对车型的特征线作出调整，以完成对汽车车身的优化设计。本发明能够大大的方便设计人员对于车身的优化设计，提高设计的效率，降低设计成本。

Description

汽车车身的优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种汽车车身的优化设计方法。

背景技术

为发展汽车，宇航，航空，船舶，重工机械等工程项目前期工程的同步研发能力，需要一种可以在基础数据(CAD，CAE，CAS，这三种数据都是在同一物理座标下用于描述同一设计产品物理特性的数据，CAD数据用于描述设计产品的几何特性；CAE数据是基于CAD数据基础上生成的网格数据，用于分析评估结构性能；CAS数据是造型设计中描述造型特征的曲线和面)基础上进行变形从而快速获得可用于CAE概念分析和CAD设计分析的软件。为达此目的，需要在某参考数据基础上根据新的造型CAS外表面，将参考数据快速投影、变形(网格变形或拓扑变形等任意的方式)到与外CAS面重合，焊点同时作相应变化。

传统的设计方法是在新型号在参考数据的基础上做重新设计，形成新的CAD数据。再由新的CAD数据建立新的各类CAE模型进行性能分析。传统的设计方法既费时又低效，而且存在以下问题：

(1)由设计到性能分析需串联进行，性能分析需等设计完成后才能进行，二者不能同步进行；

(2)重新设计没有同步的性能分析做参考，往往有很大的盲目性，不能体现产品性能的要求；

(3)性能分析结果很难直接生成概念设计，需要经过多次循环方能达标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车车身的优化设计方法，能够快速高效的对汽车车身基于原有的设计参数进行优化设计，从而节省设计周期和设计成本。

为解决上述技术问题，本发明汽车车身的优化设计方法的技术方案是，包括如下步骤：

第一步，读入优化设计前的车身形状参考数据；

第二步，捕捉优化设计前的车身形状参考数据中的特征线，所述特征线是指所述特征线是指围成汽车构造型面的曲线；

第三步，在特征线的基础上对优化设计前的车身形状参考数据变换形成控制模块，即通过特征线生成线网格，在视图平面内通过扫描或拖伸由线网格形成面网格，再将面网格向垂直于视图平面方向扫描或拖伸来生成一组套在现有CAD或CAE三维数模上的体网格单元，这组体网格单元就是控制模块；

第四步，联接控制模块和优化设计前的车身形状参考数据，即确定变形区和缓冲区，使参考数据和控制模块之间形成互相联动的关系，所述变形区是指在后续步骤中需要根据目标数据直接进行变化的区域，非变形区是指在后续步骤中不需要根据目标数据进行变化的区域，所述缓冲区是指连结变形区和非变形区，在变形区和非变形区之间过渡的区域；

第五步，读入目标数据，所述目标数据包括特定的CAS面或CAS线，硬点变化，变形说明和要求，所述硬点是汽车设计中关键点的几何位置和特性；

第六步，通过对控制模块的操作从而对优化设计前的车身形状参考数据根据目标数据的变形要求进行投影，拉伸，缩放，扭转变换，使其与新设计的目标相吻合；

第七步，对第六步变换后的车身形状参考数据进行分析和研究修改，得到达到设计要求的已经进行优化设计的车身形状参考数据。

本发明通过上述步骤，能够大大的方便设计人员对于车身的优化设计，提高设计的效率，降低设计成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1～图7为本发明汽车车身的优化设计方法各步骤的示意图；

图8为本发明汽车车身的优化设计方法总体流程的示意图；

图9为本发明汽车车身的优化设计方法CAE Morphing功能的示意图；

图10和图11为本发明汽车车身的优化设计方法CAD Morphing功能的示意图；

图12为本发明汽车车身的优化设计方法CAS Morphing功能的示意图；

图13和图14为本发明汽车车身的优化设计方法CAE参数模型功能的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种汽车车身的优化设计方法，包括如下步骤：

第一步，读入优化设计前的车身形状参考数据，如图1所示，例如读入原先车型的车身形状参考数据。

第二步，捕捉优化设计前的车身形状参考数据中的特征线，所述特征线是指所述特征线是指围成汽车构造型面的曲线，在图1所示的车身形状参考数据中，其特征线如图2所示。

第三步，在特征线的基础上对优化设计前的车身形状参考数据变换形成控制模块，即通过特征线生成线网格，在视图平面内通过扫描或拖伸由线网格形成面网格，再将面网格向垂直于视图平面方向扫描或拖伸来生成一组套在现有CAD或CAE三维数模上的体网格单元，这组体网格单元就是控制模块；图1所示车身形状参考数据生成的控制模块的过程如图3所示，生成的控制模块从立体角度看如图4所示。

第四步，联接控制模块和优化设计前的车身形状参考数据，即确定变形区和缓冲区，使参考数据和控制模块之间形成互相联动的关系，如图4所示，控制模块已经套在图1所示的车身参考数据中；其中，联接控制模块和优化设计前的车身形状参考数据时，可以只联接控制模块和变形区，缓冲区的三维数据；所述变形区是指在后续步骤中需要根据目标数据直接进行变化的区域，非变形区是指在后续步骤中不需要根据目标数据进行变化的区域，所述缓冲区是指连结变形区和非变形区，在变形区和非变形区之间过渡的区域。

第五步，读入目标数据，所述目标数据包括特定的CAS面或CAS线，硬点变化，变形说明和要求，所述硬点是汽车设计中关键点的几何位置和特性；如图5所示，图5中已经显示了新车型的外形轮廓。在目前的汽车车型的更新换代中，尤其是对于一些车型的小改款中，往往是保留车型原有的设计风格，而对局部内容，诸如轴距、部分车身尺寸或其他内容进行修改，或者采用新的发动机、变速箱等配置，要求新的车型对新的配置内容进行适应性调整。如果是更换发动机、变速箱等配置，就需要车身有合适的空间容纳这些新的配置，这在新的车型中就会包括特定的CAS面或CAS线；而如果轴距发生了变化，就会有相应的硬点变化，新的车型必须与这些硬点变化相匹配；在对车身进行变化的时候，设计者可以提出一些特定的变形说明和要求，例如在轴距加长之后，只增加车身的长度和宽度，而不增加车身的高度，或者同时增加车身的长度、宽度和高度。

第六步，通过对控制模块进行与第四步相对应的反变换，从而对优化设计前的车身形状参考数据根据变形要求进行投影，拉伸，缩放，扭转等变换，使其与新设计的目标相吻合；如图6所示，控制模块已经与新的车身外形轮廓相匹配。

第七步，对第六步变换后的车身形状参考数据进行分析和研究修改，得到达到设计要求的已经进行优化设计的车身形状参考数据，如图7所示。

本发明的总体流程还可参见图8所示。

本发明利用已经生成的有限元网格或CAD设计数据，在不需要重新设计的情况下，直接对参考CAD模型和CAE网格进行投影，拉伸，缩放，扭转等变换，使其直接生成新的变形模型的方法。

本发明的主要应用功能包括以下四大方面：

(1)CAE Morphing：是直接对CAE有限元网格进行投影，拉伸，缩放，扭转等变换，使其直接生成新的变形后的可直接用于有限元分析模型的方法，有限元模型可包括：碰撞，应力应变，刚度模态，噪声，流体和热场等，如图9所示。

(2)CAD Morphing：是直接对CAD三维数模进行投影，拉伸，缩放，扭转等变换，使其直接生成新的变形后的可直接用于设计的CAD模型的方法，如图10和图11所示；

(3)CAS Morphing：是直接对CAS面三维数模进行投影，拉伸，缩放，扭转等变换，使其直接生成新的可直接用于造型主题设计的方法，图12所示；

(4)CAE参数模型：是直接对CAE三维数模进行参数化设计，使其直接生成新的可用于优化设计的CAE模型的方法，如图13和图14所示。

由于不需要反复进行CAD到CAE的交互设计验证循环，所以可以大大缩短模型准备周期。除了网格变形功能以外，还有直接对CAD模型变形的功能，直接morphing产生的CAD数据，可直接用于设计。Morphing的CAD和CAE网格的变形可通过共用控制块实现同步，同量变化，实现同步设计，同步分析。

采用本发明的软件还可以具有表面插入特征，缝合网格、网格映射等功能，为CAE建模提供各种方便实用的工具。另外，参数化建模功能、同时设置多个变形变量、批处理等高级功能使得采用本发明的软件能与优化软件一起耦合求解各类优化问题。

本发明通过上述步骤，能够达到：

(1)大大加快工程项目研发速度，提升汽车的自主研发能力；例如现有汽车前期开发中，设计CAE分析的一个周期需要六个月，而以本发明所提供的方法，则可缩短到三个月。

(2)实现了设计与性能分析同步并联进行，传统设计过程是先形成新的CAD数据，再由新的CAD数据建立新的各类CAE模型进行性能分析，分析需等设计完成后才能开始；而本发明将参考车的CAE模型直接投影变化，而无需等设计完成，所以设计与性能分析同步并联进行的，对于提高产品质量，改进产品性能有重大贡献。

(3)车身形状参考数据的CAD和CAE网格的变形可通过共用控制块实现同步，同量变化，实现分析性能分析结果直接形成概念设计，避免了设计和分析的脱节。

(4)本发明的使用，将性能分析引入到最早的概念设计阶段。在早期概念设计阶段，往往新数据是不完整的，而性能分析是需要建立在完整的的CAE模型基础上的，而本发明基于参考车数模变化，参考车数模是完整和可靠的，可以帮助设计人员提早发现潜在的问题，避免后期返工。

(5)本发明还可与其它优化软件联用，在采用本发明的软件的界面下，对需要变化的部分，做一参数化定义，形成第一参数化模型；利用优化软件，例如Isight，Optimous等，自动调用该第一参数化模型，形成系列化模型，然后自动调用求解器求解，根据性能要求，生成输入输出矩阵，形成第二参数化模型，在节约成本，降低能耗方面，有着积极的作用。

Claims

1.一种汽车车身的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，读入优化设计前的车身形状参考数据；

第二步，捕捉优化设计前的车身形状参考数据中的特征线，所述特征线是指围成汽车构造型面的曲线；

2.根据权利要求1所述的汽车车身的优化设计方法，其特征在于，所述第四步中，联接控制模块和优化设计前的车身形状参考数据时，只要联接控制模块和变形区，缓冲区的三维数据。

3.根据权利要求1所述的汽车车身的优化设计方法，其特征在于，对需要变化的部分做参数化定义，形成第一参数化模型；利用优化软件，自动调用该第一参数化模型，形成系列化模型，然后自动调用求解器求解，根据性能要求，生成输入输出矩阵，形成第二参数化模型。