CN109117532B - 汽车轻量化优化方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽车轻量化优化方法，包括：搭建多种车型的上车体的SFE模型，以得到多个上车体模型，并搭建与多个所述上车体模型适配的下车体的SFE模型，以得到一下车体模型；分别将多个所述上车体模型与所述下车体模型进行整车模型搭建，得到多个整车SFE模型；基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化，以确定所述下车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚，得到优化后的目标下车体模型；将所述目标下车体模型分别与多个所述上车体模型进行整车模型搭建，得到多个白车身SFE模型；基于isight平台以车身重量最小为目标，对每个所述白车身SFE模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚。

Description

汽车轻量化优化方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种汽车轻量化优化方法。
背景技术
随着国内汽车行业的迅猛发展，汽车的普及率越来越高，国内各大汽车企业的产品开发能力也取得了巨大进步。目前，如何在产品开发中提高效率和降低成本，成为各大汽车主机厂未来生存的关键因素。
平台化开发技术，即在满足性能带宽的前提下尽可能地实现通用化及轻量化，使得各种车型如SUV及MPV车型大量通用车身零部件，从而最大限度的降低研发成本、生产成本及管理成本。轻量化技术影响汽车的燃油经济型、动力性能、制动性能，如何实现轻量化提高产品竞争力是各个汽车企业迫在眉睫的一项紧迫任务。
但是，当前国内绝大部分主机厂仍然不具备有效的通用化化及轻量化开发技术，使得产品开发周期长、成本高、竞争能力不强。
发明内容
鉴于上述状况，有必要针对现有技术中汽车开发过程不具备通用化及轻量化的问题，提供一种汽车轻量化优化方法。
一种汽车轻量化优化方法，包括：
搭建多种车型的上车体的SFE模型，以得到多个上车体模型，并搭建与多个所述上车体模型适配的下车体的SFE模型，以得到一下车体模型；
分别将多个所述上车体模型与所述下车体模型进行整车模型搭建，得到多个整车SFE模型；
基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化，以确定所述下车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚，得到优化后的目标下车体模型；
将所述目标下车体模型分别与多个所述上车体模型进行整车模型搭建，得到多个白车身SFE模型；
基于isight平台以车身重量最小为目标，对每个所述白车身SFE模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚。
进一步的，上述汽车轻量化优化方法，其中，所述基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化，以确定所述下车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚的步骤包括：
对每个所述整车SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足属性目标条件的下车体模型，所述属性目标包括安全性能和NVH性能条件；
基于isight平台以车身重量最小为目标对所述下车体模型进行优化，以确定所述下车体模型中的加强件最优的截面和料厚。
进一步的，上述汽车轻量化优化方法，其中，所述基于isight平台以车身重量最小为目标，对每个所述白车身SFE模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚的步骤包括：
对每个所述白车身SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足属性目标条件的各个所述上车体模型，所述属性目标包括安全性能和NVH性能条件；
基于isight平台以车身重量最小为目标对各个所述上车体模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中的加强件最优的截面和料厚。
进一步的，上述汽车轻量化优化方法，其中，所述对每个所述整车SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足属性目标条件的下车体模型的步骤包括：
基于optistruct平台，以全局弯曲、扭转刚度及模态为约束，以车身重量最小为目标，进行拓扑优化，以确定满足属性目标条件的下车体模型。
进一步的，上述汽车轻量化优化方法，其中，所述基于isight平台以车身重量最小为目标对所述下车体模型进行优化，以确定所述下车体模型中的加强件最优的截面和料厚的步骤：
基于SFE平台，将加强件的截面尺寸、料厚尺寸设置为变量；
将SFE中定义的各个变量生成正交矩阵，得到不同的加强件的截面尺寸、料厚及长度的车身结构的有限元模型；
基于isight软件的遗传优化算法，确定满足安全、NVH性能条件下车身重量最小的加强件的截面尺寸及对应的料厚。
进一步的，上述汽车轻量化优化方法，其中，所述基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化的步骤之前好包括：
对每个所述整车SFE模型进行安全性能、NVH性能分析。
本发明实施例中，基于SFE平台对多个车型的上车体模型，以及初步建立与各个上车体模式匹配的下车体模型，采用isight平台技术，综合考虑不同上车体的性能(轻量化)差异对下车体模型进行优化，保证下车体的通用化率可以满足不同车型的上车体的需要。再在优化的下车体模型的基础上对各个车型的上车体进行轻量化优化，从而实现不同车型的整车轻量化的优化目的。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的汽车轻量化优化方法的流程图；
图2为本发明第二实施例中的汽车轻量化优化方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
请参阅图1，为本发明第一实施例中的汽车轻量化优化方法，包括步骤S11～S15。
步骤S11，搭建多种车型的上车体的SFE模型，以得到多个上车体模型，并搭建与多个所述上车体模型适配的下车体的SFE模型，以得到一下车体模型。
本实施例基于平台化开发技术，在满足性能带宽的前提下尽可能地实现通用化及轻量化。车身结构一般分为上车体和下车体，下车体一般用于承载发动机、底盘和空调等重要的质量模块，因此下车体的主要功能之一是为这些零件提供安装点。利用平台化对多款车型的上车体和下车体进行开发，保证下车体的性能带宽和通用化率可以满足不同车型的需要。
上述步骤中所指的多种车型可根据实际情况进行选择，例如可以选择SUV和MPV两种车型的上车体。通过SFE软件分别建立各个车型的上车体的SFE模型，得到多个上车体模型。其中，SFE软件即是采用隐式全参数化的描述车体的拓扑结构，将复杂的产品结构以断面、加强件、接头和自由曲面等形式模块化体现出来，并最终转化为方便后续面向装配或面向制造的CAD模型。具体的，在SFE软件中，根据车身结构中的关键点的坐标信息建立点，该关键点如汽车的连接柱(如A柱、B柱等)的上下接头位置点；根据所述点信息建立反映车身特征的曲线，如A柱的曲线；创建各个位置的截面(如A柱、B柱等)；基于建立的曲线和截面，拉伸搭建上车体的SFE模型。
根据多个上车体模型建立一个初步的通用性的下车体SFE模型，使其满足总布置的要求。其中，总布置要求主要考虑到下车体与上车体的连接点、位置关系，以及各个子系统(如发动机总成、地板总成等)在下车体中的位置和与下车体的间隙等因素。由于车身详细CAD结构的设计会基于SFE参数化模型优化后的方案为参考，所以SFE模型搭建及优化也要考虑生产的工艺要求。其中，工艺要求主要是指焊接工艺，涂装工艺，冲压工艺等条件的要求。
步骤S12，分别将多个所述上车体模型与所述下车体模型进行整车模型搭建，得到多个整车SFE模型。
将步骤S11中建立的多个上车体模型分别与建立的一个下车提模型进行整车模型搭建，其整车模型的搭建也基于SFE软件，可得到多个整车SFE模型。具体实施时，还可以对每个整车SFE模型进行初步的安全性能和NVH性能分析，以对每个整车SFE模型进行初步的调整。
步骤S13，基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化，以确定所述下车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚，得到优化后的目标下车体模型。
其中，isight是一中有限元(CAE)分析软件，通过isight进行模型的多学科优化分析，具体的，将优化目标值设为车身重量，将下车体的加强件的截面尺寸和料厚设置为变量，弯曲刚度、扭转刚度及模态为约束条件，以在满足安全、NVH性能的条件下，确定车身重量为最小时的加强件的截面尺寸和料厚，从而得到目标下车体模型。其中，加强件例如为前后防撞梁和翼子板内缘等。
步骤S14，将所述目标下车体模型分别与多个所述上车体模型进行整车模型搭建，得到多个白车身SFE模型。
将步骤S13中得到的目标下车体模型分别与多个上车体模型进行整车模型的搭建，整车模型的搭建可采用SFE软件，从而得到多个白车身SFE模型。
步骤S15，基于isight平台以车身重量最小为目标，对每个所述白车身SFE模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚。
加强件的截面尺寸和对应的料厚影响车体的重量，为了实现车体轻量化，可对车体的加强件的截面尺寸和料厚进行优化。本实施例采用isight优化平台，分别对建立的多个白车身SFE模型进行优化，以在满足各学科目标基础上，对各个模型中的上车体的加强件的截面尺寸和料厚进行优化，得到最优的截面尺寸和料厚，从而得到车身重量最小的上车体模型。
本实施例中，基于SFE平台对多个车型的上车体模型，以及初步建立与各个上车体模式匹配的下车体模型，采用isight平台技术，综合考虑不同上车体的性能(轻量化)差异对下车体模型进行优化，保证下车体的通用化率可以满足不同车型的上车体的需要。再在优化的下车体模型的基础上对各个车型的上车体进行轻量化优化，从而实现不同车型的整车轻量化的优化目的。
请参阅图2，为本发明第二实施例中的汽车轻量化优化方法，本实施例中基于平台开放技术以SUV(运动型多用途汽车)和MPV(多用途汽车)两种车型为例进行说明汽车轻量化优化的具体实现方式。该方法包括步骤S21～S27。
步骤S21，搭建SUV和MPV车型的上车体的SFE模型，以得到两个上车体模型，搭建与两个所述上车体模型适配的SFE模型，以得到一下车体模型。
SUV和MPV是目前比较常见的两款较大的车型，其重量较一般的小车较重，因此对这两款车型的轻量化要求更高。并且，这两款车型的下车体结构具有一定的相似性，可利用平台化开发技术进行通用化设计，使下车体同时满足SUV和MPV的结构要求以及轻量化要求。
具体实施时，可采用SFE软件分别对SUV和MPV车型的上车体进行SFE建模，得到两个上车体模型。同时考虑到上下车体的装配关系、以及总布置和生产工艺的要求，确定初步的下车体模型。
步骤S22，分别将两个所述上车体模型与所述下车体模型进行整车模型搭建，得到两个整车SFE模型。
将SUV和MPV车型的上车体模型分别和初步建立下车体模型进行整车模型搭建，得到两个整车的SFE模型。
步骤S23，对每个所述整车SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足属性目标条件的下车体模型，所述属性目标包括安全性能和NVH性能条件。
具体的，可采用optistruct软件进行模型的拓扑结构优化分析，其中optistruct软件也是一种有限元结构分析和优化软件。具体实施时，采用optistruct软件，在上车身设计空间内，搭建基于实体单元的有限元模型；并以弯曲刚度、扭转刚度及模态为约束条件，以车身重量最小为目标，进行拓扑优化，在满足安全性能和NVH性能条件下，找到满足整车布置和生产工艺的最优的下车体的拓扑结构。可以理解的，上述提到的属性目标条件仅作为本发明中的一示例，其还可以根据用户需要设置其他的条件。
步骤S24，基于isight平台以车身重量最小为目标对所述下车体模型进行优化，以确定所述下车体模型中的加强件最优的截面和料厚，得到优化后的目标下车体模型。
具体实施时，步骤S24包括：
步骤S241，基于SFE平台，将加强件的截面尺寸、料厚尺寸设置为变量；
步骤S242，将SFE中定义的各个变量生成正交矩阵，得到不同的加强件的截面尺寸、料厚及长度的车身结构的有限元模型；
步骤S243，基于isight软件的遗传优化算法，确定满足安全、NVH性能条件下车身重量最小的加强件的截面尺寸及对应的料厚。
在SFE软件中将加强件的截面尺寸、料厚尺寸设置为变量，并将SFE中定义的各个变量生成正交矩阵，得到不同的加强件的截面尺寸、料厚及长度的车身结构方案的有限元模型。基于isight软件的遗传优化算法对得到的各种方案的有限元模型进行安全性能、NVH性能分析，找出满足安全、NVH性能目标的轻量化的梁的截面尺寸及对应的料厚。
步骤S25，将所述目标下车体模型分别与两个所述上车体模型进行整车模型搭建，得到两个白车身SFE模型。
将经过结构优化得到的目标下车体模型，分别与SUV和MPV上车体模型搭建新的SUV及MPV模型。将两种车型的上车体拟合到各自的CAS面(项目确定的造型面)，获得不同车型新的白车身SFE模型。
步骤S26，对每个所述白车身SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足所述属性目标条件的各个所述上车体模型。
分别对每个白车身SFE模型进行拓扑优化分析，分别得到满足安全性能和NVH性能条件的两个上车体模型。其中，通过拓扑优化分析的方法确定满足属性目标条件的上车体模型的步骤和原理与确定满足属性目标条件的下车体模型的基本相同，此处不予赘述。
步骤S27，基于isight平台以车身重量最小为目标对各个所述上车体模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中的加强件最优的截面和料厚。
其中，确定各个上车体的加强件最优的截面和料厚的方法和原理与下车体的确定方式基本相同，此处不予赘述。
本实施例基于SFE软件，结合传统的CAE仿真技术，如安全CAE分析、NVH CAE仿真分析技术、拓扑优化分析技术以及基于Isight软件的多学科优化技术，对SUV及MPV车型进行了平台化及轻量化开发，使得研发成本极大降低、研发周期大大缩短、产品竞争力得到巨大提升。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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本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 (6)

1.一种汽车轻量化优化方法，其特征在于，包括：
搭建多种车型的上车体的SFE模型，以得到多个上车体模型，并搭建与多个所述上车体模型适配的下车体的SFE模型，以得到一下车体模型；
分别将多个所述上车体模型与所述下车体模型进行整车模型搭建，得到多个整车SFE模型；
基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化，以确定所述下车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚，得到优化后的目标下车体模型；
将所述目标下车体模型分别与多个所述上车体模型进行整车模型搭建，得到多个白车身SFE模型；
基于isight平台以车身重量最小为目标，对每个所述白车身SFE模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚。
2.如权利要求1所述的汽车轻量化优化方法，其特征在于，所述基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化，以确定所述下车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚的步骤包括：
对每个所述整车SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足属性目标条件的下车体模型，所述属性目标包括安全性能和NVH性能条件；
基于isight平台以车身重量最小为目标对所述下车体模型进行优化，以确定所述下车体模型中的加强件最优的截面和料厚。
3.如权利要求1所述的汽车轻量化优化方法，其特征在于，所述基于isight平台以车身重量最小为目标，对每个所述白车身SFE模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中加强件最优的截面尺寸和料厚的步骤包括：
对每个所述白车身SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足属性目标条件的各个所述上车体模型，所述属性目标包括安全性能和NVH性能条件；
基于isight平台以车身重量最小为目标对各个所述上车体模型进行优化，以确定每个所述上车体模型中的加强件最优的截面和料厚。
4.如权利要求2所述的汽车轻量化优化方法，其特征在于，所述对每个所述整车SFE模型进行拓扑优化分析，以确定满足属性目标条件的下车体模型的步骤包括：
基于optistruct平台，以全局弯曲、扭转刚度及模态为约束，以车身重量最小为目标，进行拓扑优化，以确定满足属性目标条件的下车体模型。
5.如权利要求2所述的汽车轻量化优化方法，其特征在于，所述基于isight平台以车身重量最小为目标对所述下车体模型进行优化，以确定所述下车体模型中的加强件最优的截面和料厚的步骤：
基于SFE平台，将加强件的截面尺寸、料厚尺寸设置为变量；
将SFE中定义的各个变量生成正交矩阵，得到不同的加强件的截面尺寸、料厚及长度的车身结构的有限元模型；
基于isight软件的遗传优化算法，确定满足安全、NVH性能条件下车身重量最小的加强件的截面尺寸及对应的料厚。
6.如权利要求1所述的汽车轻量化优化方法，其特征在于，所述基于isight平台以车身重量最小为目标对每个所述整车SFE模型进行优化的步骤之前还 包括：
对每个所述整车SFE模型进行安全性能、NVH性能分析。
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