CN109492294A - 一种焊点设计方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于整车焊接技术领域，具体公开了一种焊点设计方法及设备。该设计方法可以包括：基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点以获得钣金及初始焊点设计数据；设置与钣金焊点相关联的至少一个产品性能目标；采用有限元法以至少一个产品性能目标作为边界条件，以焊点布置作为优化对象执行焊点拓扑优化计算以获得每个焊点的焊点密度，焊点密度指示相应焊点对达成至少一个产品性能目标的重要程度；以及将焊点密度小于阈值的焊点从钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。本发明能够解决难以确定合理焊点位置和焊点数量，以及后期验证费时费力的问题，可以很大程度地减少对设计人员的经验依赖，并有效降低整车开发周期。

Description

一种焊点设计方法及设备

技术领域

本发明涉及整车焊接技术领域，尤其涉及一种焊点设计方法，以及一种焊点设计设备。

背景技术

点焊连接方式具有工艺效率高，容易实现自动化等优点，目前在汽车的白车身生产中应用非常广泛，基本占据整车全部连接方式70％以上的比例。

在现有的汽车设计中，钣金焊点布置主要包括焊点位置和焊点数量这两个参数，往往通过采用参考对标车的方式进行。由于设计车型与对标车往往存在非常多结构不一致的地方，因此焊点布置并不能全部参考对标车。为了满足设计车型的各项性能目标值(例如NVH模态、刚度、强度等)，这种传统焊点布置设计方法需要反复通过CAE分析或实车试验对产品进行验证(图1)，费时费力。这种传统焊点布置设计方法的可靠性很大程度上取决于设计人员的经验，也对设计人员提出了很高的要求。

焊点布置过多过密，会延长生产节拍并导致成本增加。焊点布置过稀或布置不合理，则会导致产品刚度、强度等性能不足，严重影响汽车的各项性能。因此，合理布置钣金焊点显得尤为重要。

本发明的目的在于提供一种焊点设计方法及设备，用于解决现有的传统焊点设计方法中难以确定合理焊点位置和焊点数量，以及后期验证费时费力的技术问题，同时可以很大程度地减少对设计人员的经验依赖，并有效降低整车开发周期。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了解决现有的传统焊点设计方法中难以确定合理焊点位置和焊点数量，以及后期验证费时费力的技术问题，并减少对设计人员的经验依赖，有效降低整车开发周期，本发明提供了一种焊点设计方法，用于确定钣金上的焊点布置，上述焊点设计方法可以包括：

基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点以获得钣金及初始焊点设计数据；

设置与钣金焊点相关联的至少一个产品性能目标；

采用有限元法以上述至少一个产品性能目标作为边界条件，以焊点布置作为优化对象执行焊点拓扑优化计算以获得每个焊点的焊点密度，上述焊点密度指示相应焊点对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度；以及

将焊点密度小于阈值的焊点从上述钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。

优选的，在本发明提供的上述焊点设计方法中，上述基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点还可以包括：

在遵从电焊工艺对钣金焊点布置的位置要求和间距要求下，在上述钣金上布置最多的焊点。

优选的，在本发明提供的上述焊点设计方法中，上述位置要求还可以包括要求焊点所在面为平整面，和/或上述间距要求包括相邻两个焊点之间的间距不小于30mm。

可选的，在本发明提供的上述焊点设计方法中，上述至少一个性能目标还可以包括汽车车身的NVH模态目标、刚度目标和强度目标中的一者或多种。

可选的，在本发明提供的上述焊点设计方法中，还可以包括：

基于上述钣金及初始焊点设计数据和至少一个产品性能目标建立待拓扑优化计算的CAE计算模型，在上述CAE计算模型中将上述至少一个产品性能目标设为拓扑优化计算的边界条件，以及将每个焊点的焊点密度设为优化变量，

上述执行焊点拓扑优化计算包括通过Optistruct工具对上述CAE模型执行计算。

可选的，在本发明提供的上述焊点设计方法中，每个焊点的焊点密度的范围还可以介于0-1之间，上述阈值等于0.2。

根据本发明的另一方面，还提供了一种焊点设计设备，用于确定钣金上的焊点布置，上述焊点设计设备可以包括：

存储器；以及

处理器，耦接至上述存储器，上述处理器配置为：

基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点以获得钣金及初始焊点设计数据；

设置与钣金焊点相关联的至少一个产品性能目标；

采用有限元法以上述至少一个产品性能目标作为边界条件，以焊点布置作为优化对象执行焊点拓扑优化计算以获得每个焊点的焊点密度，上述焊点密度指示相应焊点对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度；以及

将焊点密度小于阈值的焊点从上述钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。

优选的，在本发明提供的上述焊点设计设备中，上述处理器还可以进一步配置为：

在遵从电焊工艺对钣金焊点布置的位置要求和间距要求下，在上述钣金上布置最多的焊点。

优选的，在本发明提供的上述焊点设计设备中，上述位置要求还可以包括要求焊点所在面为平整面，和/或上述间距要求包括相邻两个焊点之间的间距不小于30mm。

可选的，在本发明提供的上述焊点设计设备中，上述至少一个性能目标还可以包括汽车车身的NVH模态目标、刚度目标和强度目标中的一者或多种。

可选的，在本发明提供的上述焊点设计设备中，上述处理器还可以配置为：

基于上述钣金及初始焊点设计数据和至少一个产品性能目标建立待拓扑优化计算的CAE计算模型，在上述CAE计算模型中将上述至少一个产品性能目标设为拓扑优化计算的边界条件，以及将每个焊点的焊点密度设为优化变量，以及

通过Optistruct工具对上述CAE模型执行计算。

可选的，在本发明提供的上述焊点设计设备中，每个焊点的焊点密度的范围还可以介于0-1之间，上述阈值等于0.2。

基于以上描述，本发明的有益效果在于：

(1)可以快速考察初始钣金及焊点设计数据中每一个焊点对于达成产品性能目标的重要程度；

(2)可以达成在焊点拓扑优化设计的基础上，同时满足产品性能目标要求,这种操作非常简单易行；

(3)极大降低对整车设计人员的经验要求和依赖；

(4)降低整车钣金焊点布置设计难度，有效缩短整车开发周期。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为传统的焊点布置设计方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例提供的焊点设计方法的流程示意图。

图3为本发明一实施例提供的焊点设计方法的流程示意图。

图4为本发明一实施例提供的汽车后尾门总成初始设计的结构示意图。

图5A为本发明一实施例提供的左侧焊点布置的示意图。

图5B为本发明一实施例提供的右侧焊点布置的示意图。

图6为本发明一实施例提供的汽车后尾门总成一阶扭转模态的示意图。

图7A为本发明一实施例提供的左侧钣金及初始焊点设计数据的局部示意图。

图7B为本发明一实施例提供的右侧钣金及初始焊点设计数据的局部示意图。

图8A为本发明一实施例提供的左侧初步CAE模型的局部示意图。

图8B为本发明一实施例提供的右侧初步CAE模型的局部示意图。

图9A为本发明一实施例提供的左侧铰链加强板与后尾门内板焊点密度结果的示意图。

图9B为本发明一实施例提供的右侧铰链加强板与后尾门内板焊点密度结果的示意图。

图10A为本发明一实施例提供的左侧铰链加强板与后尾门内板焊点优化布置结果的示意图。

图10B为本发明一实施例提供的右侧铰链加强板与后尾门内板焊点优化布置结果的示意图。

图11为本发明一实施例提供的焊点拓扑优化布置后模型的一阶扭转模态的示意图。

附图标记：

S1-S5 焊点设计方法的步骤；

S31-S33 焊点拓扑优化计算的步骤；

1 焊点；

21 左侧铰链加强板；

22 右侧铰链加强板；

3 尾门内板；

4 焊点密度≤0.2的焊点。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，不应理解为对本发明的限制。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

为了解决现有的传统焊点设计方法中难以确定合理焊点位置和焊点数量，以及后期验证费时费力的技术问题，并减少对设计人员的经验依赖，有效降低整车开发周期，本发明提供了一种焊点设计方法的实施例，以及一种焊点设计设备的实施例。

本实施例提供的上述焊点设计方法，可以用于确定钣金上的焊点布置。如图2所示，上述焊点设计方法可以包括步骤：

S1：基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点，以获得钣金及初始焊点设计数据；

S2：设置与钣金焊点相关联的至少一个产品性能目标；

S3：采用有限元法以上述至少一个产品性能目标作为边界条件，以焊点布置作为优化对象执行焊点拓扑优化计算以获得每个焊点的焊点密度，上述焊点密度指示相应焊点对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度；以及

S4：将焊点密度小于阈值的焊点从上述钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。

本实施例提供的上述焊点设计方法，可以优选地适用于汽车的整车发开周期中的白车身焊接工艺。上述汽车可以包括载客的乘用车，可以包括载货的货用车，也可以包括用于其他特殊用途的特种车辆。

上述白车身是指完成焊接但未涂装之前的车身，可以不包括四门两盖等运动件；可以不包括仪表板、座椅、风挡玻璃、地毯、内饰护板等内外饰；可以不包括音响、线束、开关等电子电器系统；可以不包括制动、悬架系统等底盘系统；也可以不包括发动机、变速箱等动力总成系统。

上述钣金指的是由钣金工艺加工出来的产品，常见的钣金材料可以包括：普通冷轧板SPCC、镀锌钢板SECC、热浸镀锌钢板SGCC、不锈钢SUS301，以及不锈钢SUS304。相应的，由上述钣金材料制成的上述钣金件可以具有有重量轻、强度高、导电、电磁屏蔽性好、成本低和/或大规模量产性能好等特点。

上述焊点布置可以包括：指示上述焊点1位置的参数，以及指示上述焊点1数量的参数。上述焊点位置可以是上述白车身表面的二维位置，也可以是空间中的三维位置。

在上述步骤S1中，上述电焊工艺要求可以包括：在实际生产过程中，现有的点焊工艺对钣金焊点布置的位置要求，和/或现有的点焊工艺对钣金焊点布置的间距要求。

本领域的技术人员可以理解，在本实施例中，上述电焊工艺可以进一步要求上述钣金焊点1布置的位置在一个平整的面上，和/或相邻两个上述钣金焊点1之间的间距不小于30mm。而在其他实施例中，上述电焊工艺也可以根据其他实际生产过程中的具体情况，对上述位置要求和上述间距要求有其他规定。

在本实施例提供的上述焊点设计方法中，基于上述电焊工艺的具体要求，可以优选地在上述钣金上布置最多的钣金焊点1，从而获得指示上述钣金焊点1位置与数量的上述钣金及初始焊点设计数据。

本领域的技术人员可以理解，基于本实施例提供的上述电焊工艺的具体要求，可以布置出大量上述钣金焊点1的布置方式，其中，可以有不同数量、不同位置的上述钣金焊点1的布置方式，也可以有相同数量、不同位置的钣金焊点1的布置方式。

通过优选在上述钣金上布置最多上述钣金焊点1的若干种布置方式，所获得的上述钣金及初始焊点设计数据，可以为后续步骤提供更多待剔除的备选数据点，从而更好地保证汽车的各项性能满足目标。

在上述步骤S2中，上述与钣金焊点1相关联的至少一个产品性能目标可以包括汽车车身的NVH模态目标、刚度目标和强度目标中的一者或多种。

在本实施例提供的上述焊点设计方法中，上述汽车车身的NVH模态目标可以更进一步地优选为上述白车身的一阶扭转模态不低于30Hz，以避免上述汽车在受到路面激励时产生共振，从而提升上述白车身的稳固程度。

上述刚度目标也可以进一步优选地限定为安装点刚度目标，要求侧门铰链在车身上的安装点刚度不低于1500N/mm，以避免侧门下垂变形。

上述强度目标也可以进一步根据上述白车身在转向时产生的应力值而确定，要求其应力值不高于上述白车身材料的屈服极限，以避免上述白车身在急转时产生塑性变形。

本领域的技术人员可以理解，上述三种产品性能目标只是本实施例的三种优选方案，分别解决了上述白车身在日常使用过程中可能发生的三种问题。而在其他实施例中，也可以将其中的一种产品性能目标作为唯一的评判标准，以解决对应的技术问题；或采用其中多种产品性能目标作为综合评判的标准，以解决对应的多个技术问题；或将上述三种产品性能目标中的若干种，与其他产品性能目标结合使用，以解决对应的技术问题。

在上述步骤S3中，上述焊点拓扑优化计算可以是指将记载在上述钣金及初始焊点设计数据中的焊点布置作为需要优化的对象，将上述至少一个产品性能目标作为需要满足的条件(即上述边界条件)，以有限元法计算获得上述每个焊点1的焊点密度。

上述计算获得的焊点密度指示了该焊点1对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度。上述焊点密度用于表示单位面积中需要设置的焊点数量，本领域的技术人员可以通过定义单位面积的大小，并以0-1之间的任意数来表示上述焊点密度的相对大小。

相应的，当一个上述焊点位置上的焊点密度越接近1，就表示该焊点位置上需要的焊点1数量越多，该焊点1对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度越高，需要保留；反之，当一个上述焊点位置上的焊点密度越接近0，则表示该焊点1对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度越低，可以去除。

本领域的技术人员可以理解，上述有限元法指的是将求解上述焊点密度的微分方程的待解区域进行分割，从而将上述待解区域离散成有限个元素的集合；再通过编制程序，使用计算机建立一个线性插值函数以辅助求解的方法。在本实施例中，上述有限元法可以是通过使用Optistruct软件工具进行CAE模型建模实现的。而在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用其他具有相近功能的计算机程序对上述求解焊点密度的微分方程进行建模，采用有限元法以获得上述每个焊点1的焊点密度。

在上述步骤S4中，本领域的技术人员可以根据上述白车身的实际需求，对上述焊点密度设置确定的阈值。上述阈值指示了剔除该焊点位置的焊点1后，将不会影响上述至少一个产品性能目标的对应焊点密度的最大值，例如：0.2。

相应的，通过将上述焊点密度≤0.2的焊点4从上述钣金及初始焊点设计数据中剔除的方式，可以在确保汽车产品刚度、强度等各项性能可靠的前提下，减少焊点布置，从而缩短整车开发周期并降低成本；并使没有相关经验的设计人员也能确定合理的焊点位置和焊点数量，合理地完成上述焊点布置。

本领域的技术人员可以理解，上述焊点密度≤0.2的阈值标准只是本实施例中的一个具体案例。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以根据上述白车身的其他实际需求，通过有限的实验得到相应的其他阈值标准，以解决上述技术问题。

优选的，在本发明提供的上述焊点设计方法的另一个实施例中，上述焊点拓扑优化计算可以是通过Optistruct工具完成的。

如图3所示，上述焊点设计方法可以包括步骤：

S1：基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点1，以获得钣金及初始焊点设计数据；

S5：使用Optistruct工具，对上述钣金及初始焊点设计数据进行初步CAE模型建模；

S2：设置与钣金焊点1相关联的至少一个产品性能目标；

S31：在上述初步CAE模型的基础上，以上述焊点布置作为优化对象，以上述至少一个产品性能目标作为边界条件，建立待拓扑优化计算的CAE计算模型；

S32：将上述CAE计算模型提交上述Optistruct工具，以执行焊点拓扑优化计算；

S33：通过上述焊点拓扑优化计算，获得每个焊点1的焊点密度；以及

S4：将焊点密度≤0.2的焊点4从上述钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。

在上述实施例提供的上述焊点设计方法中，上述步骤S5中的上述Optistruct工具指的是一个有限元结构分析和优化软件，内含一个准确快速的有限元求解器，可以被用于进行概念设计和细化设计。

上述CAE模型指的是工程设计中的计算机辅助工程模型，用于借助计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能，把工程生产的各个环节有机地组织起来，可以用于静态结构分析和动态分析；研究线性、非线性问题；以及分析固体结构、流体和电磁的物理量。

上述初步CAE模型用于表征上述钣金及初始焊点设计数据，其中可以仅含有上述钣金及初始焊点设计信息，而不含有任何拓扑优化设置。

在上述步骤S31中，上述建立待拓扑优化计算的CAE计算模型主要可以包含以下内容：

(1)将上述焊点布置作为需要优化的对象

上述Optistruct工具中的焊点拓扑优化采用密度法进行，需要将上述CAE模型中的焊点密度(即单位面积中需要设置的焊点数量)，作为上述待拓扑优化计算的CAE计算模型的设计变量，从而实现将上述焊点布置作为需要优化的对象的目的。

(2)将上述至少一个产品性能目标要求作为需要满足的条件

上述Optistruct工具中的约束条件是对所设计的结构需要满足的性能目标的要求，需要将上述至少一个产品性能设置为上述焊点拓扑优化计算的约束条件。

本领域的技术人员可以理解，上述计算获得的焊点密度可以在0～1之间连续取值，如果优化求解后的某个焊点位置上的焊点密度为1或者靠近1，则表示该焊点1对于上述至少一个产品性能目标的达成很重要，需要保留；如果优化求解后的某个焊点位置上的焊点密度为0或者靠近0，则表示该焊点4对于上述至少一个产品性能目标的达成不重要，可以去除。以上述方法布置焊点1可以达到剔除多余焊点4的技术效果，高效率地利用材料，实现拓扑优化设计。

为了更好地说明上述焊点设计方法的效果，本发明还提供了一组如下的对比实验的实施例。

首先可以将现有的焊点设计方法应用于图4所示的汽车后尾门总成设计中，要求尽量减少焊点1数量，并保证后尾门总成的一阶扭转模态不低于23Hz。

上述一阶扭转模态是在外力的激励频率与物体固有扭转频率相等时出现的，此时物体的振动形态叫做一阶扭转振型。

作为本领域资深技术人员的结构设计工程师使用传统设计方法尝试过多次优化并验证，最优只能如图5A和图5B所示地分别通过16个焊点1连接上述左侧铰链加强板21与尾门内板3，以及上述右侧铰链加强板22与尾门内板3。

如图6所示，上述连接方法的一阶扭转模态为20.5Hz，，始终无法满足上述一阶扭转模态的目标要求。

作为对比，再将上述焊点设计方法也应用于图4所示的汽车后尾门总成设计中，采用基于上述Optistruct软件拓扑优化的钣金焊点设计方法对以上案例进行优化。

上述焊点设计方法包括以下步骤：

S1：基于在实际生产过程中点焊工艺对钣金焊点布置的位置要求及间距要求，要求所有焊点1在一平整的面上，且相邻两个焊点1之间的间距不小于30mm，并在钣金设计数据上尽量多地布置焊点1。

如图7A和图7B所示，本领域的技术人员可以根据上述要求，分别以22个焊点1连接上述左侧铰链加强板21与尾门内板3，以及上述右侧铰链加强板22与尾门内板3，作为钣金及初始焊点设计数据。

S5：如图8A(23个焊点？)和图8B所示，在上述Optistruct软件中对上述钣金及初始焊点设计数据进行初步CAE模型建模。上述初步CAE模型中可以仅含有上述钣金及初始焊点设计信息，而不含有任何拓扑优化设置。

S2：确定产品性能目标要求为后尾门总成一阶扭转模态不低于23Hz。

S31：在如图8A和图8B所示的上述初步CAE模型基础上，将上述焊点布置作为需要优化的对象，即在上述Optistruct工具中，将焊点密度作为焊点拓扑优化计算的优化变量；将后尾门总成一阶扭转模态不低于23Hz作为需要满足的条件，即在上述Optistruct工具中，将后尾门总成一阶扭转模态不低于23Hz设置为焊点拓扑优化计算的约束条件，建立待拓扑优化计算的CAE计算模型。

S32：将上述待拓扑优化计算的CAE计算模型提交上述Optistruct软件，以进行焊点拓扑优化计算。

S33：如图9A(23个焊点？)和图9B(23个焊点？)所示，经过上述焊点拓扑优化计算后，可以得到上述钣金及初始焊点设计数据中每一个焊点1的焊点密度结果，该焊点密度结果表征每一个焊点1对于产品性能目标的达成的重要程度。

S4：将图9A和图9B中焊点密度≤0.2的焊点4，从上述钣金及初始焊点设计数据中去除，其他焊点1则保留。

如图10A(15个焊点？)和10B(15个焊点？)所示，此时得到的钣金及焊点设计数据为焊点拓扑优化后的设计数据，可以分别通过14个焊点1连接上述左侧铰链加强板21与尾门内板3，以及上述右侧铰链加强板22与尾门内板3，使后尾门总成的一阶扭转模态达到23.2Hz(如图11所示)，满足后尾门总成的一阶扭转模态不低于23Hz的目标要求。

根据本发明的另一方面，还提供了一种焊点设计设备的实施例，用于确定钣金上的焊点布置，上述焊点设计设备可以包括：

存储器5；以及

处理器6，耦接至上述存储器5，上述处理器5可以配置为：

基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点1以获得钣金及初始焊点设计数据；

设置与钣金焊点1相关联的至少一个产品性能目标；

采用有限元法以上述至少一个产品性能目标作为边界条件，以焊点布置作为优化对象执行焊点拓扑优化计算以获得每个焊点1的焊点密度，上述焊点密度指示相应焊点对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度；以及

将焊点密度小于阈值的焊点4从上述钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。

本实施例提供的上述焊点设计设备，可以优选地适用于汽车的整车发开周期中的白车身焊接工艺。上述汽车可以包括载客的乘用车，可以包括载货的货用车，也可以包括用于其他特殊用途的特种车辆。

上述白车身是指完成焊接但未涂装之前的车身，可以不包括四门两盖等运动件；可以不包括仪表板、座椅、风挡玻璃、地毯、内饰护板等内外饰；可以不包括音响、线束、开关等电子电器系统；可以不包括制动、悬架系统等底盘系统；也可以不包括发动机、变速箱等动力总成系统。

上述钣金指的是由钣金工艺加工出来的产品，常见的钣金材料可以包括：普通冷轧板SPCC、镀锌钢板SECC、热浸镀锌钢板SGCC、不锈钢SUS301，以及不锈钢SUS304。相应的，由上述钣金材料制成的上述钣金件可以具有有重量轻、强度高、导电、电磁屏蔽性好、成本低和/或大规模量产性能好等特点。

上述焊点布置可以包括：指示上述焊点1位置的参数，以及指示上述焊点1数量的参数。上述焊点位置可以是上述白车身表面的二维位置，也可以是空间中的三维位置。

上述电焊工艺要求可以包括：在实际生产过程中，现有的点焊工艺对钣金焊点布置的位置要求，和/或现有的点焊工艺对钣金焊点布置的间距要求。

本领域的技术人员可以理解，在本实施例中，上述电焊工艺可以进一步要求上述钣金焊点1布置的位置在一个平整的面上，和/或相邻两个上述钣金焊点1之间的间距不小于30mm。而在其他实施例中，上述电焊工艺也可以根据其他实际生产过程中的具体情况，对上述位置要求和上述间距要求有其他规定。

在本实施例提供的上述焊点设计设备中，基于上述电焊工艺的具体要求，可以优选地在上述钣金上布置最多的钣金焊点1，从而获得指示上述钣金焊点1位置与数量的上述钣金及初始焊点设计数据。

本领域的技术人员可以理解，基于本实施例提供的上述电焊工艺的具体要求，可以布置出大量上述钣金焊点1的布置方式，其中，可以有不同数量、不同位置的上述钣金焊点1的布置方式，也可以有相同数量、不同位置的钣金焊点1的布置方式。

通过优选在上述钣金上布置最多上述钣金焊点1的若干种布置方式，所获得的上述钣金及初始焊点设计数据，可以为后续步骤提供更多待剔除的备选数据点，从而更好地保证汽车的各项性能满足目标。

上述与钣金焊点1相关联的至少一个产品性能目标可以包括汽车车身的NVH模态目标、刚度目标和强度目标中的一者或多种。

在本实施例提供的上述焊点设计方法中，上述汽车车身的NVH模态目标可以更进一步地优选为上述白车身的一阶扭转模态不低于30Hz，以避免上述汽车在受到路面激励时产生共振，从而提升上述白车身的稳固程度。

上述刚度目标也可以进一步优选地限定为安装点刚度目标，要求侧门铰链在车身上的安装点刚度不低于1500N/mm，以避免侧门下垂变形。

上述强度目标也可以进一步根据上述白车身在转向时产生的应力值而确定，要求其应力值不高于上述白车身材料的屈服极限，以避免上述白车身在急转时产生塑性变形。

本领域的技术人员可以理解，上述三种产品性能目标只是本实施例的三种优选方案，分别解决了上述白车身在日常使用过程中可能发生的三种问题。而在其他实施例中，也可以将其中的一种产品性能目标作为唯一的评判标准，以解决对应的技术问题；或采用其中多种产品性能目标作为综合评判的标准，以解决对应的多个技术问题；或将上述三种产品性能目标中的若干种，与其他产品性能目标结合使用，以解决对应的技术问题。

上述焊点拓扑优化计算可以是指将记载在上述钣金及初始焊点设计数据中的焊点布置作为需要优化的对象，将上述至少一个产品性能目标作为需要满足的条件(即上述边界条件)，以有限元法计算获得上述每个焊点1的焊点密度。

上述计算获得的焊点密度指示了该焊点1对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度。上述焊点密度用于表示单位面积中需要设置的焊点数量，本领域的技术人员可以通过定义单位面积的大小，并以0-1之间的任意数来表示上述焊点密度的相对大小。

相应的，当一个上述焊点位置上的焊点密度越接近1，就表示该焊点位置上需要的焊点1数量越多，该焊点1对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度越高，需要保留；反之，当一个上述焊点位置上的焊点密度越接近0，则表示该焊点1对达成上述至少一个产品性能目标的重要程度越低，可以去除。

本领域的技术人员可以理解，上述有限元法指的是将求解上述焊点密度的微分方程的待解区域进行分割，从而将上述待解区域离散成有限个元素的集合；再通过编制程序，使用计算机建立一个线性插值函数以辅助求解的方法。在本实施例中，上述有限元法可以是通过使用Optistruct软件工具进行CAE模型建模实现的。而在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用其他具有相近功能的计算机程序对上述求解焊点密度的微分方程进行建模，采用有限元法以获得上述每个焊点1的焊点密度。

本领域的技术人员可以根据上述白车身的实际需求，对上述焊点密度设置确定的阈值。上述阈值指示了剔除该焊点位置的焊点1后，将不会影响上述至少一个产品性能目标的对应焊点密度的最大值，例如：0.2。

相应的，通过将上述焊点密度≤0.2的焊点4从上述钣金及初始焊点设计数据中剔除的方式，可以在确保汽车产品刚度、强度等各项性能可靠的前提下，减少焊点布置，从而缩短整车开发周期并降低成本；并使没有相关经验的设计人员也能确定合理的焊点位置和焊点数量，合理地完成上述焊点布置。

本领域的技术人员可以理解，上述焊点密度≤0.2的阈值标准只是本实施例中的一个具体案例。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以根据上述白车身的其他实际需求，通过有限的实验得到相应的其他阈值标准，以解决上述技术问题。

可选的，在本实施例提供的上述焊点设计设备的一个优选方案中，上述处理器还可以配置为：

基于上述钣金及初始焊点设计数据和至少一个产品性能目标建立待拓扑优化计算的CAE计算模型，在上述CAE计算模型中将上述至少一个产品性能目标设为拓扑优化计算的边界条件，以及将每个焊点的焊点密度设为优化变量，以及

通过Optistruct工具对上述CAE模型执行计算。

在上述实施例提供的上述焊点设计设备中，上述Optistruct工具指的是一个有限元结构分析和优化软件，内含一个准确快速的有限元求解器，可以被用于进行概念设计和细化设计。

上述CAE模型指的是工程设计中的计算机辅助工程模型，用于借助计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能，把工程生产的各个环节有机地组织起来，可以用于静态结构分析和动态分析；研究线性、非线性问题；以及分析固体结构、流体和电磁的物理量。

上述初步CAE模型用于表征上述钣金及初始焊点设计数据，其中可以仅含有上述钣金及初始焊点设计信息，而不含有任何拓扑优化设置。

在上述步骤S31中，上述建立待拓扑优化计算的CAE计算模型主要可以包含以下内容：

(1)将上述焊点布置作为需要优化的对象

上述Optistruct工具中的焊点拓扑优化采用密度法进行，需要将上述CAE模型中的焊点密度(即单位面积中需要设置的焊点数量)，作为上述待拓扑优化计算的CAE计算模型的设计变量，从而实现将上述焊点布置作为需要优化的对象的目的。

(2)将上述至少一个产品性能目标要求作为需要满足的条件

上述Optistruct工具中的约束条件是对所设计的结构需要满足的性能目标的要求，需要将上述至少一个产品性能设置为上述焊点拓扑优化计算的约束条件。

本领域的技术人员可以理解，上述计算获得的焊点密度可以在0～1之间连续取值，如果优化求解后的某个焊点位置上的焊点密度为1或者靠近1，则表示该焊点1对于上述至少一个产品性能目标的达成很重要，需要保留；如果优化求解后的某个焊点位置上的焊点密度为0或者靠近0，则表示该焊点4对于上述至少一个产品性能目标的达成不重要，可以去除。以上述方法布置焊点1可以达到剔除多余焊点4的技术效果，高效率地利用材料，实现拓扑优化设计。

基于以上描述，本领域的技术人员可以理解，上述优选的实施例提供的一种焊点设计方法，以及一种焊点设计设备，其中心思想之一在于首先计算得到钣金及初始焊点设计数据中每一个焊点的焊点密度结果，该焊点密度结果表征每一个焊点对于产品性能目标的达成的重要程度。

将计算结果中“焊点密度”≤0.2的焊点从初始焊点设计数据去除，而将其他焊点予以保留，则可以达成在焊点拓扑优化设计的基础上，同时满足产品性能目标要求。使焊点设计得到优化的同时可以有效减少验证周期，缩短整车开发周期。

相对于现有的整车焊点布置设计方法，本发明的有益效果在于：

(1)可以快速考察初始钣金及焊点设计数据中每一个焊点对于达成产品性能目标的重要程度；

(2)可以达成在焊点拓扑优化设计的基础上，同时满足产品性能目标要求,这种操作非常简单易行；

(3)极大降低对整车设计人员的经验要求和依赖；

(4)降低整车钣金焊点布置设计难度，有效缩短整车开发周期。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (12)

1.一种焊点设计方法，用于确定钣金上的焊点布置，所述焊点设计方法包括：

基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点以获得钣金及初始焊点设计数据；

设置与钣金焊点相关联的至少一个产品性能目标；

采用有限元法以所述至少一个产品性能目标作为边界条件，以焊点布置作为优化对象执行焊点拓扑优化计算以获得每个焊点的焊点密度，所述焊点密度指示相应焊点对达成所述至少一个产品性能目标的重要程度；以及

将焊点密度小于阈值的焊点从所述钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。

2.如权利要求1所述的焊点设计方法，其特征在于，所述基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点包括：

在遵从电焊工艺对钣金焊点布置的位置要求和间距要求下，在所述钣金上布置最多的焊点。

3.如权利要求2所述的焊点设计方法，其特征在于，所述位置要求包括要求焊点所在面为平整面，和/或所述间距要求包括相邻两个焊点之间的间距不小于30mm。

4.如权利要求1所述的焊点设计方法，其特征在于，所述至少一个性能目标包括汽车车身的NVH模态目标、刚度目标和强度目标中的一者或多种。

5.如权利要求1所述的焊点设计方法，其特征在于，还包括：

基于所述钣金及初始焊点设计数据和至少一个产品性能目标建立待拓扑优化计算的CAE计算模型，在所述CAE计算模型中将所述至少一个产品性能目标设为拓扑优化计算的边界条件，以及将每个焊点的焊点密度设为优化变量，

所述执行焊点拓扑优化计算包括通过Optistruct工具对所述CAE模型执行计算。

6.如权利要求1所述的焊点设计方法，其特征在于，每个焊点的焊点密度的范围介于0-1之间，所述阈值等于0.2。

7.一种焊点设计设备，用于确定钣金上的焊点布置，所述焊点设计设备包括：

存储器；以及

处理器，耦接至所述存储器，所述处理器配置为：

基于电焊工艺要求在钣金上布置焊点以获得钣金及初始焊点设计数据；

设置与钣金焊点相关联的至少一个产品性能目标；

采用有限元法以所述至少一个产品性能目标作为边界条件，以焊点布置作为优化对象执行焊点拓扑优化计算以获得每个焊点的焊点密度，所述焊点密度指示相应焊点对达成所述至少一个产品性能目标的重要程度；以及

将焊点密度小于阈值的焊点从所述钣金及初始焊点设计数据中剔除以获得经优化的钣金及焊点设计数据。

8.如权利要求7所述的焊点设计设备，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

在遵从电焊工艺对钣金焊点布置的位置要求和间距要求下，在所述钣金上布置最多的焊点。

9.如权利要求8所述的焊点设计设备，其特征在于，所述位置要求包括要求焊点所在面为平整面，和/或所述间距要求包括相邻两个焊点之间的间距不小于30mm。

10.如权利要求7所述的焊点设计设备，其特征在于，所述至少一个性能目标包括汽车车身的NVH模态目标、刚度目标和强度目标中的一者或多种。

11.如权利要求7所述的焊点设计设备，其特征在于，所述处理器还配置为：

基于所述钣金及初始焊点设计数据和至少一个产品性能目标建立待拓扑优化计算的CAE计算模型，在所述CAE计算模型中将所述至少一个产品性能目标设为拓扑优化计算的边界条件，以及将每个焊点的焊点密度设为优化变量，以及

通过Optistruct工具对所述CAE模型执行计算。

12.如权利要求7所述的焊点设计设备，其特征在于，每个焊点的焊点密度的范围介于0-1之间，所述阈值等于0.2。