CN106446423B - 车身结构优化设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种车身结构优化设计方法及装置，该方法包括：建立整备车身有限元模型；提取整备车身有限元模型的车身内表面网格建立声腔有限元网格；所述整备车身有限元模型选取车身关键点，从声腔有限元模型选取车内乘员室声腔响应点；根据整备车身有限元模型、声腔有限元网格、车内乘员室声腔响应点，确定各车身关键点的噪声传递函数；获取预设车身设计变量的当前设计参数值；将预设车身设计变量的当前设计参数值输入噪声传递函数，获得噪声传递函数的响应输出值；判断响应输出值是否在预设约束常数范围内；若是，将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构。本发明实施例方案可以快速、高效地设计出低噪声传递函数的车身结构。

Description

车身结构优化设计方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆设计优化技术领域，特别是涉及一种车身结构优化设计方法以及一种车身结构优化设计装置。

背景技术

整车振动噪声与舒适性(NVH)性能控制是一个重要的研究领域，目前控制汽车内噪声主要是从噪声源和噪声的传递路径两方面入手。噪声源主要来自于发动机燃烧噪声、路面噪声、电器噪声等，而噪声的传递路径就是车身结构，对于非承载式车身而言，噪声的传递路径还包括车架结构等。

车身作为乘用车的主要部件，直接或间接地受到动力总成系统、底盘传动系统、电气系统等的动态作用力的激励，从而产生振动，车身结构的振动再通过空气辐射从而引起车内噪声。因此，车身设计对车内结构的噪声传播十分重要，车外各种激励引起的结构振动和结构噪声的特性直接表明车身设计的优劣。优秀的车身设计对各个关键点的激励响应敏感度低，激励力引起的振动和噪声响应值低。

因此，如何能够设计出合理的低噪声传递函数的车身结构显得十分重要。

发明内容

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种车身结构优化设计方法以及一种车身结构优化设计装置，其可以高效地设计出低噪声传递函数的车身结构。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种车身结构优化设计方法，包括步骤：

建立整备车身有限元模型；

提取所述整备车身有限元模型的车身内表面网格，根据提取的车身内表面网格建立声腔有限元网格；

根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格，从所述整备车身有限元模型选取各车身关键点，从所述声腔有限元模型选取各车内乘员室声腔响应点；

根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格、各所述车内乘员室声腔响应点，确定各所述车身关键点分别与各所述车内乘员室声腔响应点的各噪声传递函数；

获取预设车身设计变量的当前设计参数值；

将所述预设车身设计变量的当前设计参数值分别输入各所述噪声传递函数，获得各所述噪声传递函数的响应输出值；

判断各所述噪声传递函数的响应输出值是否满足优化设计结束条件；

若是，将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构。

一种车身结构优化设计装置，包括：

有限元模型建立模块，用于建立整备车身有限元模型，并提取所述整备车身有限元模型的车身内表面网格，根据提取的车身内表面网格建立声腔有限元网格；

关键点提取模块，用于根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格，从所述整备车身有限元模型选取各车身关键点，从所述声腔有限元模型选取各车内乘员室声腔响应点；

噪声传递函数确定模块，用于根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格、各所述车内乘员室声腔响应点，确定各所述车身关键点分别与各所述车内乘员室声腔响应点的各噪声传递函数；

参数优化模块，用于获取预设车身设计变量的当前设计参数值，将所述预设车身设计变量的当前设计参数值分别输入各所述噪声传递函数，获得各所述噪声传递函数的响应输出值，并判断各所述噪声传递函数的响应输出值是否满足优化设计结束条件；

车身结构设计模块，用于在所述参数优化模块的判断结果为是时，将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构。

根据如上所述的本发明实施例的方案，基于整备车身有限元模型、声腔有限元网格，通过建立车身关键点的噪声传递函数，并在预设车身设计变量的当前设计参数值，使得噪声传递函数的响应输出值在预设约束常数范围内时，再将当前设计参数值作为车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构，其不但能够快速得到车辆乘员室内的噪声传递函数，还能够进行自动优化噪声传递函数值，将本发明方案应用到实际的车型研发中，能够形成一套系统高效的车身结构设计优化流程，可以快速、高效地设计出低噪声传递函数的车身结构。

附图说明

图1为一个实施例中的车身结构优化设计方法的流程示意图；

图2为另一个实施例中的车身结构优化设计方法的流程示意图；

图3是一个具体应用示例中的整备车身有限元模型的示意图；

图4是一个具体应用示例中的声腔有限元网格的示意图；

图5是一个具体应用示例中的新旧方案的噪声传递函数值的曲线示意图；

图6是一个实施例中的车身结构优化设计装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出了一个实施例中的车身结构优化设计方法的流程示意图。如图1所示，本实施例中的车身结构优化设计方法包括：

步骤S101：建立整备车身有限元模型，在一个具体示例中，该整备车身有限元模型可以包括车身、开闭件、内外饰以及电子电器等；

步骤S102：提取所述整备车身有限元模型的车身内表面网格，根据提取的车身内表面网格建立声腔有限元网格；

步骤S103：根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格，从所述整备车身有限元模型选取各车身关键点，从所述声腔有限元模型选取各车内乘员室声腔响应点；

步骤S104：根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格、各所述车内乘员室声腔响应点，确定各所述车身关键点分别与各所述车内乘员室声腔响应点的各噪声传递函数；

步骤S105：获取预设车身设计变量的当前设计参数值，其中，这里的预设车身设计变量，结合实际所要达到的效果，可以有所不同，在一个具体示例中，该预设车身设计变量包括作为车身框架支撑主体部分的车身钣金件；

步骤S106：将所述预设车身设计变量的当前设计参数值分别输入各所述噪声传递函数，获得各所述噪声传递函数的响应输出值；

步骤S107：判断各所述噪声传递函数的响应输出值是否满足优化设计结束条件；若满足，则进入步骤S108；

步骤S108：将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构。

根据如上所述的本发明实施例的方案，基于整备车身有限元模型、声腔有限元网格，通过建立车身关键点的噪声传递函数，并在预设车身设计变量的当前设计参数值，使得噪声传递函数的响应输出值在预设约束常数范围内时，再将当前设计参数值作为车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构，其不但能够快速得到车辆乘员室内的噪声传递函数，还能够进行自动优化噪声传递函数值，将本发明方案应用到实际的车型研发中，能够形成一套系统高效的车身结构设计优化流程，可以快速、高效地设计出低噪声传递函数的车身结构。

图2中示出了另一个实施例中的车身结构优化设计方法的流程示意图。如图2所述，在图1所示的实施例的方法的基础上，图2所示实施例的方法还包括步骤S109。

在上述步骤S107中的判定结果为不满足优化设计结束条件时，进入步骤S109：

步骤S109：以车身重量最小为目标，调整所述预设车身设计变量的当前设计参数值，返回将预设车身设计变量的当前设计参数值输入各所述噪声传递函数的步骤。

本领域技术人员可以理解，以车身重要最小的目标，在对预设车身设计变量的当前设计参数值进行调整时，可以采用任何可能的方式进行调整，在此不再对调整方式做展开赘述。

在上述两个实施例的方案中，车身关键点可以结合实际需要进行设定，例如包括悬置安装点、悬架安装点以及副车架安装点等车身关键点。上述车内乘员室声腔响应点，结合车型的不同，也可能有所区别。以普通的双排小汽车为例，上述车内乘员室声腔响应点可以包括主驾驶司机的声腔响应点、副驾驶乘客的声腔响应点、司机后侧座位的乘客的声腔响应点、副驾驶后侧座位的乘客的声腔响应点。对于其他的车型，结合该车型的乘客座位(即乘员室)，相关的车内乘员室声腔响应点也会有所不同。

上述优化设计结束条件，结合实际需要的不同，可以有不同的设定。在本发明的一个具体实施例中，可以是在各所述噪声传递函数的响应输出值均小于预设约束常数时，判定满足优化设计结束条件，否则不满足优化设计结束条件。

以下结合其中一个具体应用示例中的车身结构优化设计方法，就其具体的车身结构优化设计的过程进行举例说明。

在具体进行车身机构优化设计的方案中，首先需要根据基于车身数模(例如车身CAD数模)建立整备车身有限元模型。

一个具体的建立整备车身有限元模型的过程中，首先收集整车质量信息表，然后基于收集的整车质量信息表建立整备车身有限元模型，该整备车身有限元模型可以包括车身、开闭件、内外饰以及电子电器等附件，具体的建立整备车身有限元模型的方式可以采用目前已有以及以后可能出现的任何可能的方式进行，一个具体应用示例中的整备车身有限元模型如图3所示。

根据上述建立的整备车身有限元模型，提取车身内表面网格，建立声腔有限元网格，具体基于整备车身有限元模型建立声腔有限元网格的方式可以采用目前已有的任何可能的方式进行，一个具体应用示例中得到的声腔有限元网格如图4所示。

随后，基于上述得到的整备车身有限元模型和声腔有限元网格，从整备车身有限元模型中选取各车身关键点，从声腔有限元模型选取各车内乘员室声腔响应点。

车身关键点可以结合实际需要进行设定，例如包括悬置安装点、悬架安装点以及副车架安装点等车身关键点。

结合车型的不同，车内乘员室声腔响应点也可能有所区别。以普通的双排小汽车为例，上述车内乘员室声腔响应点可以包括主驾驶司机的声腔响应点、副驾驶乘客的声腔响应点、司机后侧座位的乘客的声腔响应点、副驾驶后侧座位的乘客的声腔响应点。对于其他的车型，结合该车型的乘客座位(即乘员室)，相关的车内乘员室声腔响应点也会有所不同。

上述选取了各车身关键点和声腔响应点后，还可以对各车身关键点和声腔响应点进行编号，得到各车身关键点和各声腔响应点的编号信息。

基于上述确定的整备车身有限元模型、声腔有限元网络、各所述车内乘员室声腔响应点，可以确定各所述车身关键点分别与各所述车内乘员室声腔响应点的各噪声传递函数。如上所述，由于车身关键点有多个，车内乘员室声腔响应点基于车辆类型的不同也可能有多个，从而上述得到的噪声传递函数也可能有多个。在一个具体示例中，任意一个车身关键点与任意一个车内乘员室声腔响应点有一个噪声传递函数。

以上述车身关键点包括悬置安装点、悬架安装点以及副车架安装点，上述车内乘员室声腔响应点包括主驾驶司机的声腔响应点、副驾驶乘客的声腔响应点为例，则上述得到的各噪声传递函数可以包括：悬置安装点相对于主驾驶司机的声腔响应点的噪声传递函数Z11、悬架安装点相对于主驾驶司机的声腔响应点的噪声传递函数Z21、副车架安装点相对于主驾驶司机的声腔响应点的噪声传递函数Z31、悬置安装点相对于副驾驶乘客的声腔响应点的噪声传递函数Z12、悬架安装点相对于主驾驶司机的声腔响应点的噪声传递函数Z22、副车架安装点相对于副驾驶乘客的声腔响应点的噪声传递函数Z32。即假设车内关键点的数目为m个，车内乘员室声腔响应点的数目为n个，则总共会有m*n个噪声传递函数。

其中，具体的确定噪声传递函数的方式，可以采用任何可能的方式进行。在其中一个具体示例中，可以运用有限元法得到各噪声传递函数，本发明实施例不对噪声传递函数的确定过程展开赘述。

此外，在确定噪声传递函数之前，还可以建立并计算车身(包括白车身和/或整备车身)的一阶弯曲、扭转模态以及关键点动刚度，并计算声腔模态，以便于方案过程这个进行准确性等的验证。本领域技术人员知晓具体如何基于声腔模态、车身(包括白车身和/或整备车身)的一阶弯曲、扭转模态以及关键点动刚度进行准确性等的验证，在此不再展开说明。具体的计算确定声腔模态、车身的一阶弯曲、扭转模态以及关键点动刚度的方式，可以采用任何可能的方式进行，例如运用有限元法，本实施例不再展开赘述。

然后，获取预设车身设计变量的当前设计参数值。其中，这里的预设车身设计变量，结合实际所要达到的效果，可以有所不同。在一个具体示例中，该预设车身设计变量包括作为车身框架支撑主体部分的车身钣金件。

然后，将所述预设车身设计变量的当前设计参数值分别输入各所述噪声传递函数，获得各所述噪声传递函数的响应输出值，并判断各所述传递函数的响应输出值是否满足优化设计结束条件。若不满足，则以车身重量最小为目标，调整所述预设车身设计变量的当前设计参数值，返回将预设车身设计变量的当前设计参数值输入各所述噪声传递函数的步骤；若满足，则将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构。

上述优化设计结束条件，结合实际需要的不同，可以有不同的设定。在本发明的一个具体实施例中，可以是在各所述噪声传递函数的响应输出值均小于预设约束常数时，判定满足优化设计结束条件，否则不满足优化设计结束条件。

从而，上述处理过程可以理解为：以各噪声传递函数为响应，同时约束其最大值范围，以最小化质量M_j为目标函数，选取作为车身框架支撑主体部分的钣金件作为优化变量进行优化设计。具体可以表示为：

以各噪声传递函数作为响应，并约束其最大值小于C_i；

定义合适的设计变量(即上述预设车身设计变量)，由于车身上的钣金件数量很多，如果每个都作为设计变量，优化设计的计算量就太大。因此，考虑到零件的结构特性，主要选择一些大面板和构成车身梁结构的主要钣金件作为设计变量；

考虑到动力性以及经济性，车身的重量要尽量轻，因此优化目标是使车身重量M_j最小。

然后判断各噪声传递函数是否均在约束常数C_i曲线以下，一个具体应用示例中的新旧方案的噪声传递函数值的曲线如图5所示。如果当前方案的各噪声传递函数的响应值没有均在约束常数C_i曲线以下，如图5所示的后排响应优化前的曲线，则调整上述定义的车身设计变量的当前设计参数值，重新优化。如果当前方案或者优化后的方案的各噪声传递函数的响应值均在约束常数C_i曲线以下，如图5所示的后排响应优化后的曲线，则输出优化后各个设计变量的参数。在一个具体示例中，可以是输出车身钣金厚度分布，然后即可根据钣金厚度分布设置车身结构。

从而，在一个具体应用示例中，上述噪声传递函数可以表示为：f(P₁,P₂,…,P_n)＝P(t₁,t₂,…,t_n)≤C_i。

上述噪声传递函数的约束条件为min:M_j(t₁,t₂,…,t_n)。

其中，f(P_j)为噪声传递函数，P_j为噪声函数响应，C_i为所述预设约束常数，M_j为由预设车身设计变量确定的车身重量，t_j为预设车身设计变量的厚度，i、j表示正整数。

基于与上述方法相同的思想，本发明实施例还提供一种车身结构优化设计装置。图6中示出了一个实施例中的车身结构优化装置的结构示意图。

如图6所示，本实施例中的车身结构优化装置包括：

有限元模型建立模块301，用于建立整备车身有限元模型，并提取所述整备车身有限元模型的车身内表面网格，根据提取的车身内表面网格建立声腔有限元网格；在一个具体示例中，该整备车身有限元模型可以包括车身、开闭件、内外饰以及电子电器等；

关键点提取模块302，用于根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格，从所述整备车身有限元模型选取各车身关键点，从所述声腔有限元模型选取各车内乘员室声腔响应点；

噪声传递函数确定模块303，用于根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格、各所述车内乘员室声腔响应点，确定各所述车身关键点分别与各所述车内乘员室声腔响应点的各噪声传递函数；

参数优化模块304，用于获取预设车身设计变量的当前设计参数值，将所述预设车身设计变量的当前设计参数值分别输入各所述噪声传递函数，获得各所述噪声传递函数的响应输出值，并判断各所述噪声传递函数的响应输出值是否满足优化设计结束条件；其中，这里的预设车身设计变量，结合实际所要达到的效果，可以有所不同，在一个具体示例中，该预设车身设计变量包括作为车身框架支撑主体部分的车身钣金件；

车身结构设计模块305，用于在所述参数优化模块的判断结果为是时，将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其是在试验车还不存在的概念设计阶段，基于整备车身有限元模型、声腔有限元网格，通过建立车身关键点的噪声传递函数，并在预设车身设计变量的当前设计参数值，使得噪声传递函数的响应输出值在预设约束常数范围内时，再将当前设计参数值作为车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构，其不但能够快速得到车辆乘员舱内的噪声传递函数，还能够进行自动优化噪声传递函数值，将本发明方案应用到实际的车型研发中，能够形成一套系统高效的车身结构设计优化流程，可以快速、高效地设计出低噪声传递函数的车身结构。

在另一个实施例中，上述参数优化模块304，还用于在判断结果为否时，以车身重量最小为目标，调整所述预设车身设计变量的当前设计参数值，并进入将预设车身设计变量的当前设计参数值输入各所述噪声传递函数的过程。

本领域技术人员可以理解，以车身重要最小的目标，在对预设车身设计变量的当前设计参数值进行调整时，可以采用任何可能的方式进行调整，在此不再对调整方式做展开赘述。

在上述两个实施例的方案中，车身关键点可以结合实际需要进行设定，例如包括悬置安装点、悬架安装点以及副车架安装点等车身关键点。上述车内乘员室声腔响应点，结合车型的不同，也可能有所区别。以普通的双排小汽车为例，上述车内乘员室声腔响应点可以包括主驾驶司机的声腔响应点、副驾驶乘客的声腔响应点、司机后侧乘客的声腔响应点、副驾驶后侧乘客的声腔响应点。对于其他的车型，结合该车型的乘客座位，相关的乘客车内侧耳边也会有所不同。

上述优化设计结束条件，结合实际需要的不同，可以有不同的设定。在本发明的一个具体实施例中，参数优化模块304可以是在各所述噪声传递函数的响应输出值均小于预设约束常数时，判定满足优化设计结束条件，否则不满足优化设计结束条件。

本发明实施例装置中的其他技术特征，可以与上述方法中的相同，在此不再展开赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种车身结构优化设计方法，其特征在于，包括步骤：

建立整备车身有限元模型；

提取所述整备车身有限元模型的车身内表面网格，根据提取的车身内表面网格建立声腔有限元网格；

根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格，从所述整备车身有限元模型选取各车身关键点，从所述声腔有限元模型选取各车内乘员室声腔响应点；

根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格、各所述车内乘员室声腔响应点，确定各所述车身关键点分别与各所述车内乘员室声腔响应点的各噪声传递函数；

获取预设车身设计变量的当前设计参数值；

将所述预设车身设计变量的当前设计参数值分别输入各所述噪声传递函数，获得各所述噪声传递函数的响应输出值；

判断各所述噪声传递函数的响应输出值是否满足优化设计结束条件；

若是，将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构；

在各所述噪声传递函数的响应输出值不满足优化设计结束条件时，以车身重量最小为目标，调整所述预设车身设计变量的当前设计参数值，返回将预设车身设计变量的当前设计参数值输入各所述噪声传递函数的步骤。

2.根据权利要求1所述的车身结构优化设计方法，其特征在于：在各所述噪声传递函数的响应输出值均小于预设约束常数时，判定满足优化设计结束条件，否则不满足优化设计结束条件。

3.根据权利要求1所述的车身结构优化设计方法，其特征在于，包括下述两项中的至少一项：

所述车身关键点包括悬置安装点、悬架安装点以及副车架安装点；

所述整备车身有限元模型包括车身、开闭件、内外饰以及电子电器。

4.根据权利要求1所述的车身结构优化设计方法，其特征在于，所述车身设计变量包括车身钣金件。

5.一种车身结构优化设计装置，其特征在于，包括：

有限元模型建立模块，用于建立整备车身有限元模型，并提取所述整备车身有限元模型的车身内表面网格，根据提取的车身内表面网格建立声腔有限元网格；

关键点提取模块，用于根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格，从所述整备车身有限元模型选取各车身关键点，从所述声腔有限元模型选取各车内乘员室声腔响应点；

噪声传递函数确定模块，用于根据所述整备车身有限元模型、所述声腔有限元网格、各所述车内乘员室声腔响应点，确定各所述车身关键点分别与各所述车内乘员室声腔响应点的各噪声传递函数；

参数优化模块，用于获取预设车身设计变量的当前设计参数值，将所述预设车身设计变量的当前设计参数值分别输入各所述噪声传递函数，获得各所述噪声传递函数的响应输出值，并判断各所述噪声传递函数的响应输出值是否满足优化设计结束条件；

车身结构设计模块，用于在所述参数优化模块的判断结果为是时，将所述当前设计参数值作为所述车身设计变量的实际设计参数值，设置车身结构；

所述参数优化模块，还用于在判断结果为否时，以车身重量最小为目标，调整所述预设车身设计变量的当前设计参数值，并进入将预设车身设计变量的当前设计参数值输入各所述噪声传递函数的过程。

6.根据权利要求5所述的车身结构优化设计装置，其特征在于：所述参数优化模块在各所述噪声传递函数的响应输出值均小于预设约束常数时，判定满足优化设计结束条件，否则不满足优化设计结束条件。

7.根据权利要求5所述的车身结构优化设计装置，其特征在于，包括下述两项中的至少一项：

所述车身关键点包括悬置安装点、悬架安装点以及副车架安装点；

所述整备车身有限元模型包括车身、开闭件、内外饰以及电子电器。

8.根据权利要求5所述的车身结构优化设计装置，其特征在于，所述车身设计变量包括车身钣金件。