CN102735410B - 车身刚度估算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车身刚度估算方法及装置，属于汽车制造领域。所述方法包括：预先获取初始车身刚度和n个钣金件与灵敏度系数之间的对应关系；获取车身设计方案中，所述n个钣金件的料厚变化量；根据预定公式估算所述车身设计方案中的车身刚度。本发明通过预先获得的钣金件与灵敏度之间的对应关系，可以对车身设计方案中的车身刚度进行估算，解决了现有技术中需要对非常多个设计方案一一进行仿真分析、判断和验证的技术问题，达到了可以只对估算结果符合条件的少数个设计方案进行仿真分析、判断和验证即可的效果。

Description

车身刚度估算方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车制造领域，特别涉及一种车身刚度估计方法及装置。

背景技术

车身刚度是指在施加不至于毁坏车身的一般外力时车身抵抗变形的能力,也就是车身恢复到原来形状的弹性变形能力。

车身静刚度一般包括弯曲刚度和扭转刚度，车身的弯曲刚度可由车身底板横梁前后的变形量来衡量；车身扭转刚度则可由前后窗和侧窗的对角线变化量、车身锁位及车身扭转角等指标来衡量。整车的车身刚度主要由白车身的车身刚度贡献(占60％左右)，其中，白车身又称车身本体，是指车身结构件及覆盖件的总成包括车顶盖、翼子板、发动机盖、行李箱盖和车门，但不包括附件及装饰件的未涂漆的车身。因此，在白车身的开发过程中，白车身的刚度是白车身性能考察的重要对象之一。现有技术中，在白车身开发的不同阶段(比如刚度提升阶段和车身减重阶段)，都需要对白车身刚度进行计算。通常采用的车身刚度计算方法是：第一，由设计部门向仿真分析部门提供白车身的各种设计方案；第二，仿真分析部门对各个设计方案进行刚度计算，以便判断和验证各个设计方案是否可行；第三，设计部门对可行度较差的设计方案重新设计，然后重复上述两个步骤，知道新的设计方案达到设计要求。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：由于现有技术中，设计人员与仿真分析人员都是根据自身的经验以及关注点来提出改进的设计方案，这样可能导致会存在非常多个设计方案需要一一进行仿真分析、判断和验证，效率较低，导致开发周期较长。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种车身刚度估算方法及装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种车身刚度估算方法，所述方法包括：

预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系；

获取车身设计方案中，所述n个钣金件的料厚变化量；

根据预定公式估算所述车身设计方案中的车身刚度，所述预定公式为：

$K_j=K_0+\mathrm{\μ}*{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\λ}}_i*\mathrm{\Δ}{t}_i$

其中，K_j为估算刚度，K₀为初始刚度，λ_i为第i个钣金件的灵敏度系数，△t_i是第i个钣金件的料厚变化量，μ为集成系数，其中n为大于等于1的整数，i为大于等于1，小于等于n的整数。

进一步地，所述预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系，具体包括：

根据常规白车身刚度分析获取所述初始车身刚度。

进一步地，所述预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系，具体包括：

将白车身上的全部或者部分钣金件定义为设计变量，并给定所述设计变量的取值范围；

将预定点的z向位移、刚度计算方程与所述预定点关联后的刚度、整车的重量分别定义为响应；

将车身刚度定义为约束，并给定所述车身刚度的取值范围；

将车身重量最小化定义为目标；

根据所述设计变量、响应、约束和目标进行灵敏度分析，获得每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系。

进一步地，所述预定点为约束点、加载点和考察点中的至少一种。

进一步地，所述车身刚度为车身弯曲刚度和车身扭转刚度中的任意一种。

另一方面，提供了一种车身刚度估算装置，所述装置包括：

初始获取模块，用于预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系；

变量获取模块，获取车身设计方案中，所述n个钣金件的料厚变化量；

刚度估算模块，用于根据预定公式估算所述车身设计方案中的车身刚度，所述预定公式为：

$K_j=K_0+\mathrm{\μ}*{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\λ}}_i*\mathrm{\Δ}{t}_i$

其中，K_j为估算刚度，K₀为初始刚度，λ_i为第i个钣金件的灵敏度系数，△t_i是第i个钣金件的料厚变化量，μ为集成系数，其中n为大于等于1的整数，i为大于等于1，小于等于n的整数。

进一步地，所述初始获取模块，具体包括：

刚度获取单元；

所述刚度获取单元，用于根据常规白车身刚度分析获取所述初始车身刚度。

进一步地，所述初始获取模块，具体包括：

变量定义单元、响应定义单元、约束定义单元、目标定义单元和灵敏度分析单元；

所述变量定义单元，用于将白车身上的全部或者部分钣金件定义为设计变量，并给定所述设计变量的取值范围；

所述响应定义单元，用于将预定点的z向位移、刚度计算方程与所述预定点关联后的刚度、整车的重量分别定义为响应；

所述约束定义单元，用于将车身刚度定义为约束，并给定所述车身刚度的取值范围；

所述目标定义单元，用于将车身重量最小化定义为目标；

所述灵敏度分析单元，用于根据所述设计变量、响应、约束和目标进行灵敏度分析，获得每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系。

进一步地，所述预定点为约束点、加载点和考察点中的至少一种。

进一步地，所述车身刚度为车身弯曲刚度和车身扭转刚度中的任意一种。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过预先获得的钣金件的料厚变化量与灵敏度之间的对应关系，可以对车身设计方案中的车身刚度进行估算，解决了现有技术中需要对非常多个设计方案一一进行仿真分析、判断和验证的技术问题，达到了可以只对估算结果符合条件的少数个设计方案进行仿真分析、判断和验证即可的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的车身刚度估算方法的方法流程图；

图2是本发明实施例二提供的车身刚度估算方法的方法流程图；

图3是本发明实施例二提供的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系图；

图4是本发明实施例三提供的车身刚度估算装置的结构示意图；

图5是本发明实施例四提供的车身刚度估算装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

请参考图1，其示出了本发明实施例一提供的车身刚度估算方法的方法流程图。该车身刚度估算方法可以包括：

步骤102，预先获取初始车身刚度和n个钣金件与灵敏度系数之间的对应关系；

为了对车身设计方案中的车身刚度进行估算，首先需要获取初始设计方案中的初始车身刚度、每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系。此处的“每个钣金件”可以是白车身上的全部或者部分钣金件，优选为全部钣金件。

步骤104，获取车身设计方案中，n个钣金件的料厚变化量；

当设计部门设计出一个、两个或者多个新的车身设计方案时，针对其中的某一车身设计方案，可以获得该车身设计方案中每个钣金件的料厚，进而获得每个钣金件相比于初始值的料厚变化量，该初始值是每个钣金件在初始设计方案中的取值。

步骤106，根据预定公式估算车身设计方案中的车身刚度，预定公式为：

$K_j=K_0+\mathrm{\μ}*{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\λ}}_i*\mathrm{\Δ}{t}_i$

其中，K_j为估算刚度，K₀为初始刚度，λ_i为第i个钣金件的灵敏度系数，△t_i是第i个钣金件的料厚变化量，μ为集成系数，其中n为大于等于1的整数，i为大于等于1，小于等于n的整数，μ通常为1。

综上所述，本实施例提供的车身刚度估算方法，通过预先获得的钣金件与灵敏度之间的对应关系，可以对车身设计方案中的车身刚度进行估算，解决了现有技术中需要对非常多个设计方案一一进行仿真分析、判断和验证的技术问题，达到了可以只对估算结果符合条件的少数个设计方案进行仿真分析、判断和验证即可的效果。

实施例二

请参考图2，其示出了本发明实施例二提供的车身刚度估算方法的方法流程图。该车身刚度估算方法可以包括：

步骤202，根据常规白车身刚度分析获取初始车身刚度；

首先需要获取初始设计方案中白车身的初始车身刚度。具体地讲，此步骤中可以使用现有技术中的常规白车身刚度分析来获取初始设计方案中的白车身的初始车身刚度。

步骤204，获取初始设计方案中白车身中的n个钣金件与灵敏度系数之间的对应关系；

其次，还需要获取初始设计方案中每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系。具体地，本步骤可以包括：

第一，将白车身上的全部或者部分钣金件定义为设计变量，并给定设计变量的取值范围，比如取值范围为初始值上下浮动20％；

第二，将预定点的z向位移、刚度计算方程与预定点关联后的刚度、整车的重量这三个部分分别定义为响应；其中，预定点为约束点、加载点和考察点中的至少一种。

在具体使用美国Altair公司出品的Hypermesh软件做前期处理，以美国国家航空航天局出品的Nastran软件做求解器的实施例中，在将刚度计算方程与预定点关联后的刚度定义为响应时，可以将白车身刚度计算公式以equation形式定义为响应，然后与上述预定点的位移量进行关联。

第三，将车身刚度定义为约束，并给定车身刚度的取值范围；

第四，将车身重量最小化定义为目标；

第五，根据设计变量、响应、约束和目标进行灵敏度分析，获得每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系。

根据上述计算获得的灵敏度系数，可以获得每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的一一对应关系。

结合参考图3，其示出了一个具体实施例中计算得到的料厚变化量△t_i与灵敏度系数λ_i的对应关系表。其中，方框1为零件序号1、方框2为零件序号2、方框3为零件号1、方框4为零件号2、方框5为零件号1对应的扭转刚度灵敏度、方框6为零件号2对应的扭转刚度灵敏度、方框7为零件号1对应的弯曲刚度灵敏度、方框8为零件号2对应的弯曲刚度灵敏度。依次类推，对于n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间都存在一一对应关系。

步骤206，获取车身设计方案中，n个钣金件的料厚变化量；

当设计部门设计出一个、两个或者多个新的车身设计方案时，针对其中的某一车身设计方案，可以获得该车身设计方案中每个钣金件的料厚，进而获得每个钣金件相比于初始值的料厚变化量，该初始值是每个钣金件在初始设计方案中的取值。

假设需要对车身设计方案j中的弯曲刚度和扭转刚度进行估算，可以获得车身设计方案j中每个钣金件的料厚与初始设计方案中的对应料厚之间比较得到的料厚变化量，比如，在图3中，方框9为车身设计方案j中零件号1的钣金件的料厚变化量；方框10为车身设计方案j中零件号2的钣金件的料厚变化量。依次类推，可以获得n个钣金件的料厚变化量。

步骤208，根据预定公式估算车身设计方案中的车身刚度，预定公式为：

$K_j=K_0+\mathrm{\μ}*{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\λ}}_i*\mathrm{\Δ}{t}_i$

其中，K_j为估算刚度，K₀为初始刚度，λ_i为第i个钣金件的灵敏度系数，△t_i是第i个钣金件的料厚变化量，μ为集成系数，其中n为大于等于1的整数，i为大于等于1，小于等于n的整数，μ通常取值为1。

继续参考图3，可以在方框11中根据λ₁*△t₁计算得到零件号1的钣金件对应的扭转刚度变化量；方框12中根据λ₂*△t₂计算得到零件号2的钣金件对应的扭转刚度变化量；方框13中根据η₁*△t₁计算得到零件号1的钣金件对应的弯曲刚度变化量；方框14中根据η₂*△t₂计算得到零件号2的钣金件对应的弯曲刚度变化量；依此类推，方框15中可以累计所有钣金件的扭转刚度变化量Σt；方框16为可以累计所有钣金件的弯曲刚度变化量Σb。最后，结合方框17中白车身初始扭转刚度K_tor和方框18中白车身初始弯曲刚度K_bend，根据上述公式，计算得到方框19中的扭转刚度估值K_tor+μ*Σt和方框20中的弯曲刚度估值K_bend+μ*Σb。

当然，上述仅为示意性地示例，本领域技术人员可知，上述计算过程可以通过计算机来完成，只需要设计人员将各个参数录入到计算系统中即可。

上述估算车身刚度的过程，可以由设计人员在设计完成一个车身设计方案后进行。当存在多个车身设计方案，而且在估算到车身刚度之后，设计人员可以只对估算结果符合条件的少数个设计方案上交给仿真分析部门，以便后续进行仿真分析、判断和验证。

综上所述，本实施例提供的车身刚度估算方法，通过预先获得的钣金件与灵敏度之间的对应关系，可以对车身设计方案中的车身刚度进行估算，解决了现有技术中需要对非常多个设计方案一一进行仿真分析、判断和验证的技术问题，达到了可以只对估算结果符合条件的少数个设计方案进行仿真分析、判断和验证即可的效果。

实施例三

请参见图4，其示出了本发明实施例三提供的车身刚度估算装置的结构方框图，该车身刚度估算装置可以包括初始获取模块420、变量获取模块440和刚度估算模块460。

初始获取模块420用于预先获取初始车身刚度和n个钣金件与灵敏度系数之间的对应关系。

变量获取模块440获取车身设计方案中，n个钣金件的料厚变化量；

刚度估算模块460用于根据预定公式估算车身设计方案中的车身刚度，预定公式为：

$K_j=K_0+\mathrm{\μ}*{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\λ}}_i*\mathrm{\Δ}{t}_i$

其中，K_j为估算刚度，K₀为初始刚度，λ_i为第i个钣金件的灵敏度系数，△t_i是第i个钣金件的料厚变化量，μ为集成系数，其中n为大于等于1的整数，i为大于等于1，小于等于n的整数。

综上所述，本实施例提供的车身刚度估算装置，通过预先获得的钣金件与灵敏度之间的对应关系，可以对车身设计方案中的车身刚度进行估算，解决了现有技术中需要对非常多个设计方案一一进行仿真分析、判断和验证的技术问题，达到了可以只对估算结果符合条件的少数个设计方案进行仿真分析、判断和验证即可的效果。

实施例四

为了对实施例三中的车身刚度估算装置做更具体地说明，请参见图5，其示出了本发明实施例四提供的车身刚度估算装置的结构方框图，该车身刚度估算装置也可以包括初始获取模块420、变量获取模块440和刚度估算模块460。

一方面，初始获取模块420可以包括：刚度获取单元422。刚度获取单元422用于根据常规白车身刚度分析获取初始车身刚度。

另一方面，初始获取模块420还可以包括：变量定义单元424a、响应定义单元424b、约束定义单元424c、目标定义单元424d和灵敏度分析单元424e。其中：

变量定义单元424a用于将白车身上的全部或者部分钣金件定义为设计变量，并给定设计变量的取值范围。

响应定义单元424b用于将预定点的z向位移、刚度计算方程与预定点关联后的刚度、整车的重量分别定义为响应。其中，预定点为约束点、加载点和考察点中的至少一种。

约束定义单元424c用于将车身刚度定义为约束，并给定车身刚度的取值范围。

目标定义单元424d用于将车身重量最小化定义为目标。

灵敏度分析单元424e用于根据设计变量、响应、约束和目标进行灵敏度分析，获得每个钣金件与灵敏度系数之间的对应关系。

上述车身刚度为车身弯曲刚度和车身扭转刚度中的任意一种。

综上所述，本实施例提供的车身刚度估算装置，通过预先获得的钣金件与灵敏度之间的对应关系，可以对车身设计方案中的车身刚度进行估算，解决了现有技术中需要对非常多个设计方案一一进行仿真分析、判断和验证的技术问题，达到了可以只对估算结果符合条件的少数个设计方案进行仿真分析、判断和验证即可的效果。

需要说明的是：上述实施例提供的车身刚度估算在估算车身刚度时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的车身刚度估算装置与车身刚度估算方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车身刚度估算方法，其特征在于，所述方法包括：

预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系；

获取车身设计方案中，所述n个钣金件的料厚变化量，所述料厚变化量是指在所述车身设计方案中每个钣金件的料厚相比于初始值的料厚变化量，所述初始值是每个钣金件在初始设计方案中的取值；

根据预定公式估算所述车身设计方案中的车身刚度，所述预定公式为：

$K_j=K_0+\mathrm{\μ}*{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\λ}}_i*\mathrm{\Δ}{t}_i$

其中，K_j为估算刚度，K₀为初始刚度，λ_i为第i个钣金件的灵敏度系数，△t_i是第i个钣金件的料厚变化量，μ为集成系数，其中n为大于等于1的整数，i为大于等于1，小于等于n的整数。

2.根据权利要求1所述的车身刚度估算方法，其特征在于，所述预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系，具体包括：

根据常规白车身刚度分析获取所述初始车身刚度。

3.根据权利要求1所述的车身刚度估算方法，其特征在于，所述预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系，具体包括：

将白车身上的全部或者部分钣金件定义为设计变量，并给定所述设计变量的取值范围；

将预定点的z向位移、刚度计算方程与所述预定点关联后的刚度、整车的重量分别定义为响应，所述预定点为约束点、加载点和考察点中的至少一种；

将车身刚度定义为约束，并给定所述车身刚度的取值范围；

将车身重量最小化定义为目标；

根据所述设计变量、响应、约束和目标进行灵敏度分析，获得每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系。

4.根据权利要求1所述的车身刚度估算方法，其特征在于，所述车身刚度为车身弯曲刚度和车身扭转刚度中的任意一种。

5.一种车身刚度估算装置，其特征在于，所述装置包括：

初始获取模块，用于预先获取初始车身刚度和n个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系；

变量获取模块，获取车身设计方案中，所述n个钣金件的料厚变化量，所述料厚变化量是指在所述车身设计方案中每个钣金件的料厚相比于初始值的料厚变化量，所述初始值是每个钣金件在初始设计方案中的取值；

刚度估算模块，用于根据预定公式估算所述车身设计方案中的车身刚度，所述预定公式为：

$K_j=K_0+\mathrm{\μ}*{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\λ}}_i*\mathrm{\Δ}{t}_i$

其中，K_j为估算刚度，K₀为初始刚度，λ_i为第i个钣金件的灵敏度系数，△t_i是第i个钣金件的料厚变化量，μ为集成系数，其中n为大于等于1的整数，i为大于等于1，小于等于n的整数。

6.根据权利要求5所述的车身刚度估算装置，其特征在于，所述初始获取模块，具体包括：

刚度获取单元；

所述刚度获取单元，用于根据常规白车身刚度分析获取所述初始车身刚度。

7.根据权利要求5所述的车身刚度估算装置，其特征在于，所述初始获取模块，具体包括：

变量定义单元、响应定义单元、约束定义单元、目标定义单元和灵敏度分析单元；

所述变量定义单元，用于将白车身上的全部或者部分钣金件定义为设计变量，并给定所述设计变量的取值范围；

所述响应定义单元，用于将预定点的z向位移、刚度计算方程与所述预定点关联后的刚度、整车的重量分别定义为响应，所述预定点为约束点、加载点和考察点中的至少一种；

所述约束定义单元，用于将车身刚度定义为约束，并给定所述车身刚度的取值范围；

所述目标定义单元，用于将车身重量最小化定义为目标；

所述灵敏度分析单元，用于根据所述设计变量、响应、约束和目标进行灵敏度分析，获得每个钣金件的料厚变化量与灵敏度系数之间的对应关系。

8.根据权利要求5所述的车身刚度估算装置，其特征在于，所述车身刚度为车身弯曲刚度和车身扭转刚度中的任意一种。