CN103434585A - 客车车身结构减重方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车设计领域，尤其涉及一种轻量化汽车设计方法。一种客车车身结构减重方法，首先输入模块接收初始车身结构模型，选用变量参数，并设定客车结构的测试规范、测试条件和轻量化目标；然后处理模块进行求解，然后通过寻优找出最优化的轻量化车身结构模型；再将轻量化车身结构模型与客车结构测试规范对比，判断是否符合测试规范，如不符合测试规范则对变量参数进行调整并由处理模块重新进行求解，直到轻量化车身结构模型满足来客车结构测试规范；最后输出轻量化车身结构模型，得到减重后的车身结构模型。本发明可方便设计人员对于车身的优化设计，提高设计效率，节省设计产品所需时间、金钱，降低设计成本，而且还可确保产品安全性的规范。
Description
技术领域
本发明涉及汽车设计领域，尤其涉及一种轻量化汽车设计方法。
背景技术
近几年来，我国的客车技术和客车产品在使用性能和产品质量上有很大的提高。客车技术标准也在逐渐与国际先进水平接轨。但随着对能源利用率要求的不断提高，客车轻量化已成为各大厂商所关心的问题，在合理的轻量化设计下，既可提高燃油经济性，也可以节省材料降低生产成本。但目前客车轻量化技术还存在以下方面不足，一是没有一套科学的完整的体系进行轻量化设计，局限于人工经验及较窄范围内使用；二是客车轻量化设计缺乏一种实用有效的方法。
传统的设计方法有两种：
1.对一些工况结果进行评估，再根据人工经验，对可能过设计的结构部位进行优化，受限于工程师的经验并且可同时处理的设计变量参数数量非常少，很难满足客车结构轻量化设计要求，需花费较长时间进行分析，往往寻出的结果并非真正的最优解，同时对于人工经验依赖过高也使得难以形成完整的系统体系流程，无法适应客车结构开发流程；
2.参考其他相似车型的结构材料及厚度，进行客车结构进行减重优化，这种方法局限于需存在高度相似车型，并无法保证是最佳优化设计。
快速、准确的产品研发能力，才能缩短新产品的研发过程，领先市场地位。如何在整个产品的研发过程中，嵌入科学合理的轻量化设计流程，提高产品的能源经济性及降低生产成本，已是目前汽车厂商所迫切需要解决的技术重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种客车车身结构减重方法，该方法利用最佳化设计流程配合计算机辅助工程软件，节省设计产品所需的时间、金钱，降低设计成本，而且还可确保产品安全性的规范，实现对车辆科学合理的减重，提高车辆的性能。
本发明是这样实现的：一种客车车身结构减重方法，包括以下步骤：首先输入模块接收初始车身结构模型，初始车身结构模型中包含各个部件的厚度参数、形状参数、尺寸参数与使用的材料参数，选用以上参数的1项或多项作为变量参数，并设定客车结构的测试规范、测试条件和轻量化目标；然后处理模块进行求解，求解过程为处理模块根据轻量化目标、参数变量范围及数量按照正交试验规律形成具有一定数量样本点的DOE矩阵表，输入模块将DOE矩阵表投入到求解器进行计算求解，将计算结果反馈给DOE矩阵表中再进行参数变量灵敏度分析及响应面模型分析，然后通过寻优找出最优化的轻量化车身结构模型；再将轻量化车身结构模型与客车结构测试规范和轻量化目标对比，判断是否符合测试规范和轻量化目标，如不符合则对变量参数进行调整并由处理模块重新进行求解，直到轻量化车身结构模型满足来客车结构测试规范和轻量化目标；最后输出轻量化车身结构模型，得到减重后的车身结构模型。
所述的处理模块利用优化工程软件DEP Meshworks/Morpher,ANSA进行求解。
所述的初始车身结构模型为利用3D软件产生车辆轮廓，车辆轮廓包括焊点及结构联接信息，再将车辆轮廓生成为元素网格，然后将元素网格通过Hypermesh软件输出转换成含有节点、元素坐标相关位置的文字文件。
所述初始车身结构模型中的参数通过DEP MeshWorks/Morpher软件进行设置，形成带有参数变量的初始车身结构模型。
本发明客车车身结构减重方法利用最佳化设计流程配合计算机辅助工程软件，仿真分析不同设计，并找出实现零组件最佳化的设计，如此便可大幅方便设计人员对于车身的优化设计，提高设计的效率，节省设计产品所需的时间、金钱，降低设计成本，而且还可确保产品安全性的规范，实现对车辆科学合理的减重，提高车辆的性能。
附图说明
图1为本发明客车车身结构减重方法的流程示意框图；
图2为本发明实施例中车辆轮廓元素网格图；
图3为本发明实施例中整车结构部件的参数变量标注图；
图4为本发明实施例中各个参数变量的灵敏度图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，一种客车车身结构减重方法，包括以下步骤：首先输入模块接收初始车身结构模型，初始车身结构模型中包含各个部件的厚度参数、形状参数、尺寸参数与使用的材料参数，选用以上参数的1项或多项作为变量参数，所述初始车身结构模型中的参数通过DEP MeshWorks/Morpher软件进行设置，形成带有参数变量的初始车身结构模型，并设定客车结构的测试规范、测试条件和轻量化目标；然后处理模块利用优化工程软件DEP Meshworks/Morpher,ANSA进行求解，求解过程为处理模块根据轻量化目标、变量参数的变化范围及数量按照正交试验规律形成具有一定数量样本点的DOE矩阵表，输入模块将DOE矩阵表投入到求解器进行求解计算，将计算结果反馈给DOE矩阵表中再进行参数变量灵敏度分析及响应面模型分析，然后通过寻优找出最优化的轻量化车身结构模型；再将轻量化车身结构模型与客车结构测试规范和轻量化目标对比，根据储存于内存模块中设定好的客车结构的测试规范和轻量化目标，来分析轻量化车身结构模型与各项变量参数，计算出是否在客车结构的测试规范限制条件下和轻量化目标的范围内，如不符合则对变量参数进行调整并由处理模块重新进行求解，在本发明中对变量参数进行调整包括删除原有变量参数、选择新的变量参数、调整变量参数的变化范围，直到轻量化车身结构模型满足来客车结构测试规范和轻量化目标；最后输出轻量化车身结构模型，得到减重后的车身结构模型。
在本发明中，所述的初始车身结构模型为利用3D软件产生车辆轮廓，车辆轮廓包括焊点及结构联接信息，再将车辆轮廓生成为元素网格，然后将元素网格通过Hypermesh软件输出转换成含有节点、元素坐标相关位置的文字文件。
在本发明中，所述的轻量化车身结构模型与客车结构测试规范和轻量化目标对比，是根据储存于内存模块中的测试规范与限制条件的设定，来分析输入模块所输入的产品设计模型与各项参数，计算出是否在测试规范与限制条件下的范围内；例如GBT6792-2009客车骨架的应力和形变测试方法中定义了实验的设置和测量要求，根据该方法，企业根据工程经验定义性能，如车身门窗对角线的最大变形量及车身骨架最大应力不高于阈值作为评价车身骨架设计的规范。
以某一客车的轻量化仿真为例，首先进行轻量化目标的设置，目标为减轻4%的重量，通过产品设计模型，利用CAE产生如图2所示的车辆轮廓元素网格图，然后，如图3所示，将整车结构部件进行参数变量命名并确定参数变量的变化范围，生成如表1所示的参数变量范围表；
表1参数变量范围
通过专业优化软件Isignt或Optimus生成DOE矩阵样本点模型，结果如表2所示，共有10个样本点，每个样本点中都有与10个参数变量对应的数值，表中数值单位为毫米。
表2DOE矩阵表
将这具有10个样本点的DOE矩阵表投入到DEP Meshworks/Morpher或ANSA工程优化软件中进行求解计算，得到各样本点模型的质量信息和性能结果，然后将这些结果反馈到DOE矩阵表中进行参数变量灵敏度分析，结果如图4所示，其中X坐标为灵敏度贡献量，Y坐标为参数变量，表示每一个参数变量的厚度变化后对整体模型的贡献量参考，分析各参数变量的影响权重系数，为后几轮优化增减参数变量提供参考。同时构建响应面模型，建立参数变量与性能结果的函数关系，根据灵敏度分析结果及响应面模型进行寻优找出最优化的轻量化车身结构模型，然后可根据预先设定的轻量化目标、测试规范和测试条件，进行轻量化设计校核，第一轮寻优没有达到预期效果，通过增加新的参数变量，经过反复几轮的迭代寻优，最终得到符合测试规范如表3所示的刚度结果汇总表，并满足轻量化目标要求的结果，实现性能基本保持不变而车架质量减重4.5%的轻量化目标。
表3刚度结果汇总表 。
Claims (4)
1.一种客车车身结构减重方法，其特征是，包括以下步骤：首先输入模块接收初始车身结构模型，初始车身结构模型中包含各个部件的厚度参数、形状参数、尺寸参数与使用的材料参数，选用以上参数的1项或多项作为变量参数，并设定客车结构的测试规范、测试条件和轻量化目标；然后处理模块进行求解，求解过程为处理模块根据轻量化目标、参数变量范围及数量按照正交试验规律形成具有一定数量样本点的DOE矩阵表，输入模块将DOE矩阵表投入到求解器进行求解计算，将计算结果反馈给DOE矩阵表中再进行参数变量灵敏度分析及响应面模型分析，然后通过寻优找出最优化的轻量化车身结构模型；再将轻量化车身结构模型与客车结构测试规范和轻量化目标对比，判断是否符合测试规范和轻量化目标，如不符合则对变量参数进行调整并由处理模块重新进行求解，直到轻量化车身结构模型满足来客车结构测试规范和轻量化目标；最后输出轻量化车身结构模型，得到减重后的车身结构模型。
2.如权利要求1所述的客车车身结构减重方法，其特征是：所述的处理模块利用优化工程软件DEP Meshworks/Morpher,ANSA进行求解。
3.如权利要求1所述的客车车身结构减重方法，其特征是：所述的初始车身结构模型为利用3D软件产生车辆轮廓，车辆轮廓包括焊点及结构联接信息，再将车辆轮廓生成为元素网格，然后将元素网格通过Hypermesh软件输出转换成含有节点、元素坐标相关位置的文字文件。
4.如权利要求1所述的客车车身结构减重方法，其特征是：所述初始车身结构模型中的参数通过DEP MeshWorks/Morpher软件进行设置，形成带有参数变量的初始车身结构模型。
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