CN112528390A - 用于设计中的耐撞性分析的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种计算机辅助设计系统，包括：显示设备；存储多个响应表面模型的存储器；以及处理器，其被配置为：(a)显示包括车辆框架模型的图形用户界面；(b)显示截面配置面板，该截面配置面板包括用于多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值；(c)基于用于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值来取得第一响应表面模型；(d)基于截面尺寸的值确定与第一截面构件相关联的一个或多个预测值，该预测值包括用于截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力；以及(e)显示预测值，从而允许用户评估预测值以适应车辆设计。

Description

用于设计中的耐撞性分析的系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及模拟系统，并且更具体地，涉及用于在概念设计工程的计算机辅助设计(CAD)中提供耐撞性分析的系统和方法。

背景技术

汽车设计者利用计算机辅助工程(CAE)和设计软件来设计和分析正在开发中的新汽车的各个方面，诸如车身结构(例如车辆框架)。设计工程师可能会在设计新车辆期间考虑耐撞性。车辆的耐撞性是该结构在碰撞中保护其乘员的能力。耐撞性能分析可以考虑例如在某些类型的碰撞期间车辆结构可以如何变形。

在新车辆的典型概念设计阶段中，设计者可以使用各种CAE工具执行概念性碰撞分析。使用有限元(FE)模型进行概念性碰撞分析通常是不合适的，因为没有可用的几何形状来创建FE模型，并且由于使用FE模型的碰撞分析计算量太大，无法在概念设计阶段中使用。这样，使用抽象模型可以帮助提高性能。一种分析方法涉及生成车辆框架的抽象模型(例如，集总质量-弹簧模型)，该模型可用于优化载荷路径，在整个结构中分配碰撞力和能量。然而，该方法包括确定每一个弹簧的碰撞行为以及CAE中的难度问题的耗时过程。例如，设计工程师可能需要对设计部件执行反复试验，将各种参数分配给框架的每一个构件(例如，梁)，并且然后通过物理测试或通过有限元(FE)模拟进行测试。考虑到典型车辆模型的部件数量，为所有部件找到合适的截面(section)是不切实际的。此外，设计工程师可能没有足够的模拟和分析背景来执行或理解此类模拟的输出。因此，需要一种在可用数据有限的情况下在概念设计期间以有效且可理解的方式向设计工程师提供耐撞性分析的系统。

发明内容

在一方面，提供了一种计算机辅助设计系统。该计算机辅助设计系统包括显示设备。该计算机辅助设计系统还包括存储多个表面模型的存储器。多个表面模型中的每一个表面模型处于n维空间中，该n维空间包括(a)车辆设计的截面构件的一个或多个截面尺寸(section dimension)，以及(b)力和力矩之一。该计算机辅助设计系统进一步包括被配置为执行存储在存储器中的指令的处理器。当由处理器执行时，指令使处理器向用户并在显示设备上显示包括车辆框架模型的图形用户界面。该模型包括车辆框架的多个截面构件和多个接合点连接。多个接合点中的每一个接合点附接多个截面构件中的两个或更多个截面构件。指令还使处理器在显示设备上显示截面配置面板，该截面配置面板包括用于多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值。指令进一步使处理器基于用于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值从多个响应表面模型中取得第一响应表面模型。指令还使处理器基于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值来确定与第一截面构件相关联的一个或多个预测值，该一个或多个预测值包括用于截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力。指令进一步使处理器在图形用户界面中显示一个或多个预测值，从而允许用户评估一个或多个预测值以适应车辆设计。

在另一方面，提供了一种提供计算机辅助设计界面的方法。该方法由具有存储器的处理器执行。该方法向用户并在显示设备上显示包括车辆框架模型的图形用户界面。该模型包括车辆框架的多个截面构件和多个接合点连接。多个接合点中的每一个接合点附接多个截面构件中的两个或更多个截面构件。该方法还包括在显示设备上显示截面配置面板，该截面配置面板包括用于多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值。该方法进一步包括基于用于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值从多个响应表面模型中取得第一响应表面模型。多个响应表面模型中的每一个响应表面模型都处于n维空间中，该n维空间包括(a)车辆设计的截面构件的一个或多个截面尺寸，以及(b)力和力矩之一。该方法还包括基于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值来确定与第一截面构件相关联的一个或多个预测值，该一个或多个预测值包括用于截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力。该方法进一步包括在图形用户界面中显示一个或多个预测值，从而允许用户评估一个或多个预测值以适应车辆设计。

在另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，具有在其上体现的计算机可执行指令。当由至少一个处理器执行时，计算机可执行指令使处理器将多个响应面模型存储在存储器中。多个响应表面模型中的每一个响应表面模型都处于n维空间中，该n维空间包括(a)车辆设计的截面构件的一个或多个截面尺寸，以及(b)力和力矩之一。计算机可执行指令还使该至少一个处理器向用户并在显示设备上显示包括车辆框架模型的图形用户界面。该模型包括车辆框架的多个截面构件和多个接合点连接。多个接合点中的每一个接合点附接多个截面构件中的两个或更多个截面构件。计算机可执行指令进一步使该至少一个处理器在显示设备上显示截面配置面板，该截面配置面板包括用于多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值。计算机可执行指令还使至少一个处理器基于用于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值从多个响应表面模型中取得第一响应表面模型。计算机可执行指令进一步使该至少一个处理器基于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值来确定与第一截面构件相关联的一个或多个预测值。该一个或多个预测值包括用于截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力。计算机可执行指令还使该至少一个处理器在图形用户界面中显示一个或多个预测值，从而允许用户评估一个或多个预测值以适应车辆设计。

附图说明

图1-5示出在此描述的方法和系统的示例性实施例。

图1是示例计算机辅助设计(CAD)系统的图，该计算机辅助设计(CAD)系统包括用于在车辆的概念设计期间配置框架模型的截面参数的截面设计模块。

图2是示出图1中所示的截面设计模块的各个子模块的图。

图3示出由设计系统呈现给用户的设计界面的示例视图。

图4示出其中提供了截面配置面板的设计界面的另一示例视图。

图5示出由截面设计模块提供的截面配置面板。

图6A和图6B示出具有两个相似的双帽横截面的截面配置面板。

具体实施方式

以下详细描述通过示例而非限制的方式示出了本公开的实施例。可以预期的是，本公开普遍应用于具有概念设计工程和耐撞性分析的计算机模拟。

设计系统提供用户界面，该用户界面允许设计工程师在配置用于框架模型的各种构件的截面尺寸的同时查看耐撞性数据。在车辆的概念设计阶段中，设计工程师基于例如样式、重量、动力总成、悬架类型、布局等来创建车辆框架的高级设计(例如，骨架结构、装载路径)。该设计在设计系统中被建模为集总质量-弹簧(LMS)模型，并针对防撞性能进行了优化，从而为结构工程师提供了有关碰撞加载路径和变形顺序的见解，并帮助工程师了解如何设计部件以实现改善的碰撞响应。

一旦配置并优化了LMS模型，设计工程师便使用设计系统经由设计界面(例如图形用户界面(GUI))配置各个部件(例如，车辆框架的截面构件)。在示例实施例中，车辆框架的截面是具有宽度、高度、厚度和材料屈服应力的截面尺寸的矩形梁。设计界面向设计工程师(“用户”)呈现LMS模型的图形表示，包括车辆框架的线框表示，该线框示出各个截面构件以及这些构件之间的连接点。设计界面允许用户选择和配置界面内的特定截面。该界面提供了覆盖窗口，该覆盖窗口允许用户改变截面尺寸，以及查看用于该截面的各种目标参数(例如，力、力矩)和预测。用于每一个截面的目标参数在初始模型创建和优化期间(例如，由碰撞工程师(CE))配置，并代表该截面构件需要承受多少碰撞阻力(例如，力、力矩)。用于该截面的预测代表该截面如何被预测为如当前所配置地表现(例如，采用当前截面尺寸)。设计工程师的任务是根据其它设计考虑(例如包装空间、钣金规格和材料等级的可用性、内部重量和成本目标、动态/静态刚度目标、可制造性约束等)。

为了有效地提供预测，预先确定和分级了许多可能的截面设计及其产生的碰撞阻力，以供设计系统在设计界面中使用。在一个示例实施例中，设计系统基于设计空间中的特定截面尺寸预先计算或以其它方式识别响应模型，该响应模型用于近似轴向压溃力。例如，设计系统可以执行模拟以生成设计空间上(例如，在所选的高度、宽度、厚度(gauge)和材料屈服应力的范围内)的轴向力和弯矩的径向基函数(RBF)逼近模型(例如，响应表面)。这些RBF逼近模型由设计系统预先计算并存储，以在设计界面内使用。在操作期间，当用户选择特定截面时，设计界面允许用户在RBF模型的设计空间上改变截面参数(例如，经由滑杆、选择按钮)。当用户改变任何截面参数时，设计系统使用更改的设计参数和存储的RBF模型，以在给定的当前所选的设计参数下确定用于截面的预计力和力矩。这些预测值与用于截面的目标力和力矩以及百分比误差相邻显示，从而允许用户快速查看相对于目标的预测。由于RBF逼近模型是预先计算的，因此设计系统允许设计者查看基于他们了解的概念(例如设计参数)确定的目标和预测值，而无需切换到模拟程序并运行模拟。

如在此所使用的，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开始的元件或步骤应理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地陈述了此类排除。此外，对本公开的“示例性实施例”或“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。

如在此所使用的，术语“数据库”可以指数据主体、关系数据库管理系统(RDBMS)中的任一个或两者。如在此所使用的，数据库可以包括数据的任何集合，包括层次数据库、关系数据库、平面文件数据库、对象关系数据库、面向对象的数据库以及存储在计算机系统中的记录或数据的任何其它结构化集合。以上示例仅是示例，并且因此不旨在以任何方式限制术语数据库的定义和/或含义。RDBMS的示例包括但不限于

数据库、MySQL、

DB2、

SQL Server、

和PostgreSQL。然而，可以使用启用在此描述的系统和方法的任何数据库(Oracle是位于加利福尼亚州Redwood Shores的甲骨文公司的注册商标；IBM是位于纽约州Armonk的国际商用机器公司的注册商标；Microsoft是位于华盛顿州雷德蒙德的微软公司的注册商标；而Sybase是位于加利福尼亚都柏林的Sybase的注册商标)。

如在此所使用的，处理器可以包括任何可编程系统，该可编程系统包括使用微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行在此所述的功能的任何其它电路或处理器的系统。以上示例仅是示例，并且因此不旨在以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。

如在此所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中以供处理器执行的任何计算机程序，存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。以上存储器类型仅是示例，并且因此对于可用于存储计算机程序的存储器类型没有限制。

在本公开的一个实施例中，提供了一种计算机程序，并且该程序被提供在计算机可读介质上。在示例性实施例中，该系统在单个计算机系统上执行，而不需要连接到服务器计算机。在另一个实施例中，该系统在

环境中运行(Windows是华盛顿州雷蒙德市的微软公司的注册商标)。在另一个实施例中，该系统在大型机环境和

服务器环境上运行(UNIX是位于英国伯克郡雷丁的X/Open Company Limited的注册商标)。该应用非常灵活，并且被设计为在各种不同的环境中运行，而不会损害任何主要功能。在一些实施例中，系统包括分布在多个计算设备之间的多个部件。一个或多个部件可以是体现在计算机可读介质中的计算机可执行指令的形式。该系统和过程不限于在此描述的特定实施例。另外，每一个系统和每一个过程的部件可以独立地实现并且与在此所述的其它部件和过程分离。每一个部件和过程也可以与其它组件程序包和过程结合使用。

图1是示例计算机辅助设计(CAD)系统(或仅是“设计系统”)100的图，该计算机辅助设计(CAD)系统包括用于在车辆的概念设计期间配置框架模型的截面参数的截面设计模块130。在示例实施例中，设计系统100包括执行CAD软件系统120的计算设备110。计算设备110包括一个或多个处理器112和存储CAD软件系统120的存储器114。计算设备110耦合到显示设备118，该显示设备118允许用户102(例如，设计工程师)与CAD软件系统120交互以执行各种设计活动，诸如查看车辆的框架模型，配置框架截面的截面尺寸，查看目标和预测力和力矩以及如在此所述的此类其它功能。计算设备110可以包括传统计算设备的其它传统硬件和软件部件(例如，诸如网络接口卡的通信设备，或诸如键盘、指向设备、触摸屏、音频输入/输出设备等的输入/输出设备)，但为简洁起见未示出这些设备。

CAD软件系统120包括各种设计支持模块122，该设计支持模块122可用于准备、执行和评估基于计算机的模拟和其它此类CAD功能的结果。此类设计支持模块122可以包括例如3D产品设计工具(诸如计算机辅助绘图(CAD)模块)，以及分析工具(诸如有限元分析模块、计算流体动力学模块和支持计算机辅助工程的计算电磁模块(未单独示出))。CAD软件系统120允许用户102配置和执行各种类型的计算机实现的模拟，例如，以努力理解其真实世界中的对应者在各种条件下将如何行动或作出反应。

在示例实施例中，CAD软件系统120还包括截面设计模块130。截面设计模块130提供图形用户界面(“设计界面”，在图1中未示出)，该图形用户界面允许用户102查看和配置用于车辆框架或其它支持结构的框架设计方面。在示例实施例中，截面设计模块130显示处于用户102的设计中的车辆框架的LMS模型(图1中未示出)。截面设计模块130在设计界面中渲染框架，从而允许用户102操纵框架的视图(例如，旋转、放大/缩小等)，选择框架的构件，查看配置数据或所选构件的属性(例如，截面尺寸、目标力/力矩、概率数据)，并改变所选构件的截面尺寸(例如，宽度、高度、厚度、材料等级)。截面设计模块130还通过将用于截面尺寸的当前设置应用于存储在模型数据库116(例如，使用RBF逼近模型的RSM表面库)中的一个或多个预先配置的逼近模型，来确定用于力和力矩的碰撞阻力。在一些实施例中，设计模块130可以基于所提供的碰撞阻力值来确定截面几何形状。RSM逼近可以基于经由输出参数到输入参数的最小二乘回归的多项式拟合。取决于多项式的所选阶次(例如，线性、二次、三次、四次)，逼近的初始化会使用一定数量的设计点来评估。被逼近的部件可以多次执行以收集所需的数据，或者数据文件可以用作初始化源。RBF逼近是一种神经网络，它采用径向单元的隐藏层和线性单元的输出层。RBF逼近的特征在于相当快的训练和相当紧凑的网络，并且在近似非线性空间方面很有用。RBF的一个示例可以是：

轴向力＝{A*高度+B*宽度+C*材料弹性+D*厚度}+F，

其中A、B、C、D和F均为实数。根据需要，该函数可以是二阶或更高阶。在从用户收集输入之后，可以使用该函数来计算轴向力的值(例如，作为较早确定的RSM的方程式)。在一些实施例中，设计模块130可以执行数据查找，其中存储、取得构成RSM的所有数据点，并且设计模块130将用户输入的数据点投影到该云上以导出各种预测。

在操作期间，当用户102选择特定的截面构件时，截面设计模块130显示包含配置输入的覆盖窗口，该覆盖窗口允许用户查看和改变当前截面尺寸(例如，经由按钮、滑动条、输入框等)。在检测到当前截面尺寸中的一个或多个变化时，截面设计模块130被配置为使用RBF逼近模型和当前设置确定更新的预测数据。截面设计模块130在覆盖窗口中与目标数据相邻地显示更新的预测数据。在一些实施例中，截面设计模块130还可确定并显示目标值与当前预测值之间的百分比误差。

图2是示出图1中所示的截面设计模块130的各个子模块200的图。如在此所述，截面设计模块130的各个子模块200中的每一个子模块执行各种功能，以使用基于稳定性的约束数值校准来生成材料模型。在示例实施例中，截面设计模块130包括图形用户界面(GUI)模块210、模型模块212、截面覆盖模块214、预测模块216和模拟模块218(统称为“子模块200”)。各个子模块200中的每一个子模块在执行它们相应的功能时可以与其它子模块200交互。

在示例实施例中，截面设计模块130提供图形用户界面(图2中未示出)，用户102可以通过该图形用户界面与截面设计模块130的各方面进行交互。GUI模块210针对许多子模块200经由显示设备118向用户102提供图形用户界面功能，例如允许用户102查看和操纵车辆框架的LMS模型，经由截面覆盖模块214查看和编辑框架截面的截面尺寸，并查看基于配置框架模型构建的全车身模型的结构壳梁。

在示例实施例中，模型模块212允许工程师在概念设计(例如，绘制结构的可能路径)期间定义用于车辆的设计要求和设计约束，构建用于车辆框架的框架模型(例如LMS模型)，配置用于各个框架截面的目标参数(例如，力、力矩)，并优化用于耐撞性的框架模型。

在示例实施例中，截面覆盖模块214被配置为在设计界面内提供覆盖窗口。在选择框架构件时，GUI模块210调用截面覆盖模块214以在设计界面内显示覆盖窗口。覆盖窗口包括截面尺寸区域，该截面尺寸区域显示所选构件的各个截面尺寸(例如，高度、宽度、标准厚度和材料等级)的当前值。此外，截面尺寸区域还提供允许用户102改变截面尺寸的输入动作(例如，用于各种可能的材料等级或标准厚度的切换按钮，用于高度和宽度尺寸的滑动条或输入框)。覆盖窗口还包括目标区域和预测区域。如在初始模型构建期间所定义的，目标区域显示与所选截面相关联的目标参数和值(例如，目标压溃力、目标弯曲力矩)。预测区域包括用于由预测模块216提供的一个或多个目标参数(例如，预测的压溃力、预测的弯矩)的预测值。在一些实施例中，预测区域还可以包括体现目标参数的值与预测值之间的差的误差度量(例如，压溃力误差百分比、弯矩误差百分比)。在一些实施例中，覆盖窗口还可以包括用于所选截面的基础横截面类型的横截面图。横截面图可以图示地示出各个截面参数(诸如高度、宽度或厚度)中的一个或多个。

预测模块216被配置为生成在预测区域中显示的预测值。在示例实施例中，预测模块216访问模型数据库116以从此类模型的库中取得模型(例如，响应表面方法(RSM)模型)。预测模块216使用一个或多个RSM模型来生成预测值，该预测值将填充到覆盖窗口中(例如，当用户102更改截面尺寸时)。例如，用户102可以通过单击并拖动滑动条从40毫米(mm)到80mm来改变覆盖窗口中截面的宽度，同时将高度保持在40mm，厚度保持在0.8mm，并且材料屈服应力保持在300兆帕(MPa)。为了生成压溃力预测值，预测模块216基于用户选择的当前截面尺寸从RSM模型库中识别出用于压溃力的一个RBF。类似地，为了生成弯矩预测值，预测模块216还可基于用户选择的当前截面尺寸从RSM模型库中识别用于弯矩的另一RBF。这些RBF中的每一个RBF都是使用RSM导出的算术函数，并采用一组输入尺寸来识别其关联的输出。在诸如图5中所示的矩形横截面示例中，用于两个RBF的输入都包括横截面的宽度和高度，侧面的厚度以及材料等级。因此，用于框形截面部件的RBF是4维模型。在其它实施例中，可以提供用于其它横截面的RSM和RBF，每一个类似地具有用于压溃力的RBF和用于各种输入参数的弯矩的RBF。

在一些实施例中，截面设计模块130还可包括模拟模块218。模拟模块218可允许工程师构建和优化车辆框架的LMS模型，识别概念和包装设计者已经定义的设计空间并放置刚性类主体，诸如动力总成、悬架、热交换器和乘客车厢。模拟模块218还可以允许工程师优化用于耐碰撞性能的模型(例如，针对期望的加速度、侵入以及时间或回弹来优化部件的刚度水平)。模拟模块218可以用于针对特定构件轮廓和截面尺寸用RSM模型预先配置RSM模型数据库116。例如，模拟模块218可用于通过在特定横截面轮廓和特定横截面尺寸的截面构件上施加基于载荷的预定位移和旋转来模拟轴向塌陷和弯曲来构建各个RSM模型。这样，对于特定的截面轮廓类型，模拟模块218可以用于构建用于截面尺寸的多种组合的RSM模型(力、力矩)，以创建用于预测的RSM库。

图3示出由设计系统100(例如，截面设计模块130)呈现给用户102的设计界面300的示例视图。在该示例实施例中，设计界面300显示在概念设计中车辆框架的质量-弹簧模型302。模型302包括车辆框架的截面构件304，该截面构件在接合点306处附接到其它截面构件304，以在设计的该阶段处形成车辆框架的表示。在质量-弹簧建模的上下文中，接合点306代表质量，而截面构件304代表非线性弹簧。

在示例实施例中，从关于车辆标准的初始信息开始，在早期车辆设计期间生成模型302，这给出了在碰撞场景期间最低的可允许加速度的构思。连同该初始信息，初始包装布局给出了可变形和不可变形区域的近似构思。利用这些数据，可以确定最大加速度和最大变形距离的目标。除了这两个主要目标外，还选择了达到最大变形的时间作为目标变量，以检查结构可以多快地减速(例如，出于乘客保护的目的)。

一旦定义了刚体和设计空间，工程师就通过在设计空间中定位和连接弹簧来对结构的变化建模，并且然后使用实验设计(DOE)方法在各种变化之间找到可期望的组合。每一个部件的力位移和力矩角被定义为设计参数，并且最大加速度和最大位移是DOE的目标。结果示出哪些部分有助于实现目标。这样，工程师可以使用这些结果迅速将载荷路径的分布缩小到几个，并选择所需的组合。一旦选择了结构，就可以执行参数优化以确定弹簧刚度的最优分布。此类参数优化可以包括运行模型数千次。然而，集总质量-弹簧模型302的性能可以在适当的快速时间(例如，几个小时内)中执行。在概念设计阶段中，为性能牺牲一些精度是可以接受的(例如，通过FE模型方法，该方法具有更长的求解时间以获得更准确的结果)。在该阶段处，如果可以提供足够的信息以允许做出有关设计方向的决策，则可以接受粗略估计。

对于图3中所示的模型302，在设计的该阶段处，用户102(例如，设计工程师)具有优化的质量-弹簧模型302，并且正准备配置用于每一个截面构件304的截面尺寸。设计界面300允许用户102操纵模型302的视图，平移或旋转模型302，放大或缩小等等。

图4示出其中提供了截面配置面板410的设计界面300的另一个示例视图。在示例实施例中，当用户102选择截面构件404时，截面设计模块130将截面配置面板410提供为设计界面300内的覆盖窗口。在选择了截面构件404之后，截面设计模块130突出显示所选择的截面构件404并显示由用户102使用的截面配置面板410。截面配置面板410填充有有关截面构件404的各种配置信息，并允许用户102改变该配置信息的部件并查看基于当前配置的预测信息。

图5示出由截面设计模块130提供的截面配置面板410。在示例实施例中，截面配置面板410包括用于所选择的截面构件404的各个截面尺寸的当前值，包括宽度512(例如，(w)，以毫米为单位)、高度514(例如，(h)，以毫米为单位)、厚度516(例如，厚度(t)，以毫米为单位)和材料518(例如，以材料类型标识符)。截面配置面板410显示用于截面尺寸中每一个截面尺寸的当前值(例如，作为框中所示的数值，作为按下按钮)。此外，截面配置面板410允许用户102编辑或以其它方式改变截面尺寸(例如，经由移动幻灯片，输入新值，按下另一个按钮)。这样，用户102可以编辑用于截面尺寸的当前设置。在示例实施例中，截面设计模块130在宽度和高度的连续范围内提供全部数字的宽度和高度(例如，在20和300(mm)之间的任何整数值)。在一些实施例中，截面设计模块130可以基于多个预定的宽度或高度来限制宽度512或高度514(例如，仅使滑动条切换通过那些多个预定的宽度或高度)。在一些实施例中，截面设计模块130可基于可用于来自RSM模型数据库116的当前横截面的RSM模型的可用尺寸来限制宽度512或高度514。截面配置面板410还可包括用于一个或多个截面尺寸的锁定按钮。用于特定截面尺寸的锁定按钮可以用作切换按钮，从而允许用户102改变该截面尺寸(例如，在解锁时)，并且然后锁定该截面尺寸，以帮助确保不会无意地对该尺寸进行任何改变。

在示例实施例中，截面配置面板410还包括轮廓视图框510，该轮廓视图框510示出所选截面构件404的横截面形状(例如，在该示例中为矩形)。轮廓视图框510还可视地描绘了一些截面尺寸以便于用户理解(例如，h用于高度，w用于宽度，t用于厚度)。在一些实施例中，截面配置面板410可以允许用户从各种横截面(例如，矩形、椭圆形、双帽或其它定制创建的横截面)中选择。在一些实施例中，截面设计模块130可以基于RSM模型数据库116中给定横截面的RSM和RBF的可用性，动态地确定要提供给用户的横截面以供选择。此外，对于各种可用的横截面，截面设计模块130可以采用横截面轮廓图像(例如，框截面510)和用于与特定横截面RBF一起使用的各种输入参数的输入小部件(例如诸如宽度512、高度514、厚度516和材料518的滑动条、选择按钮)来存储和填充截面配置面板410。

在示例实施例中，截面配置面板410还显示目标值520、预测值522和百分比误差524，并且对于每一项，显示力(例如，以牛顿(N)为单位)和力矩(例如，以牛顿米(Nm)为单位)。目标值520代表先前已经被分配给所选的截面构件404必须承受的目标压溃力和目标力矩。预测值522是基于由用户102选择的当前截面尺寸而由设计系统100生成的，所选择的截面构件404被预测能够承受的预测压溃力和预测力矩。百分比误差524是由设计系统100基于目标值520(例如，力530)之一和相关联的预测值530之间的差生成的百分比误差。例如，截面设计模块130可将百分比误差计算为：

在操作期间，用户102可以改变一个或多个截面尺寸并按下生成按钮540以计算用于力和力矩的预测值。如上所述，截面设计模块130读取截面尺寸的当前值(例如，如在截面配置面板410上示出)，并使用这些值基于RMS模型数据库116中的RMS模型确定预测力和预测力矩。截面设计模块130还可基于所确定的预测值来计算用于力和力矩的百分比误差。截面设计模块130在截面配置面板410上显示预测值和百分比误差值二者，从而允许用户102看到当前截面尺寸与目标值如何接近的逼近。在一些实施例中，当在截面配置面板410中检测到任何截面尺寸上的改变时，截面设计模块130可以自动确定新的预测值。自动改变检测和预测值的更新允许用户102更快速地进行改变，并迅速看到这些改变的结果(例如，无需按下额外的按钮)。

在一些实施例中，截面设计模块130自动保存用于所选择的截面构件404的截面尺寸，如截面配置面板410内所配置的。一旦用户102对选择的截面尺寸满意，则用户102可按下退出按钮546以关闭截面配置面板410。在一些实施例中，截面设计模块130允许用户102选择另一截面构件304以进行检查和配置。这样，截面设计模块130可以读取用于新选择的截面构件的当前值并填充截面配置面板410，用新选择的截面构件的截面尺寸和目标值覆写先前选择的截面构件404的截面尺寸、目标值和预测值。截面设计模块130还可以自动确定并显示用于新选择的截面构件的预测值(例如，基于用于该截面构件的任何先前保存的截面尺寸)。

这样，用户102可以经由设计界面300和截面配置面板410配置截面构件304中的每一个。一旦截面构件304中的每一个被配置了截面尺寸，模型302可用于构建用于车辆的结构骨架的壳网格模型(未示出)。壳网格模型的截面构件中的每一个截面构件都基于用户102在设计界面302内设置的截面尺寸创建。然后，CAD软件系统120可以使用壳网格模型在各种计算机模拟(例如，碰撞测试模拟)中验证碰撞行为并测试其它基本性能。

图6A和图6B示出具有两个相似的双帽横截面的截面配置面板410。图6A示出具有隔膜的双帽横截面610。图6B示出不具有隔膜的双帽横截面612。在示例实施例中，横截面610、612包括上帽部件620和下帽部件622。横截面610另外包括隔膜部件624。截面设计模块130分开存储和取得用于横截面610、612二者的RBF(例如，因为每一个横截面将具有不同的响应轮廓)以及用于压溃力和弯矩二者的RBF。用于横截面610、612的RBF中的每一个RBF使用用于部件的各种尺寸的各种宽度和深度，以及用于部件620-624的各种元件的标准厚度和材料等级。截面配置面板410为这些输入参数中的每一个提供输入小部件，从而允许用户改变每一个输入小部件并查看随后的输出值。截面配置面板410可以提供复选框612，该复选框612允许用户在具有隔膜的双帽横截面610和不具有隔膜的双帽横截面612之间切换。

如基于前述说明将理解的，可以使用包括计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集的计算机编程或工程技术来实现本公开的上述实施例，其中技术效果是用于生成稳定材料模型并在计算机模拟中使用此类稳定材料模型的系统。可以在一个或多个计算机可读介质内实现或提供具有计算机可读代码部件的任何此类所得程序，从而根据本公开的所讨论的实施例来制造计算机程序产品，即制品。计算机可读介质可以是例如但不限于固定(硬盘)驱动器、软盘、光盘、磁带、半导体存储器(诸如只读存储器(ROM))和/或诸如互联网或其它通信网络或链路的任何发送/接收介质。可以通过直接从一种介质执行代码，将代码从一种介质复制到另一种介质或通过网络发送代码来制造和/或使用包含计算机代码的制品。

这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、“应用(apps)”或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程和/或面向对象的编程语言和/或以汇编/机器语言来实现。如在此所使用的，术语“机器可读介质”、“计算机可读介质”是指用于以下方式的任何计算机程序产品、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑设备(PLD))：将机器指令和/或数据提供给可编程处理器，该可编程处理器包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。然而，“机器可读介质”和“计算机可读介质”不包括瞬时信号。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。

该系统解决的技术问题中的至少一个包括：(i)允许设计工程师以容易理解的术语(例如，截面尺寸、目标力/力矩相比预测力/力矩、百分比误差)进行工作，而不必具有深入的模拟知识；(ii)用于截面尺寸和截面轮廓几何形状的各种组合和排列的前置模拟结果，以改善设计界面内的响应性能。由在此所述的系统和方法解决的其它技术问题可包括由于出现在系统中的不必要的部件而增加的计算机处理，从而降低了计算机的速度。

可以使用包括计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集的计算机编程或工程技术来实现在此描述的方法和系统，其中，可以通过执行以下步骤中的至少一个来实现技术效果：(i)向用户并在显示设备上显示包括车辆框架模型的图形用户界面，其中该模型包括车辆框架的多个截面构件和多个接合点连接，其中多个接合点中的每一个接合点附接多个截面构件中的两个或更多个截面构件；(ii)在显示设备上显示截面配置面板，该截面配置面板包括用于多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值；(iii)基于用于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值从多个响应表面模型中取得第一响应表面模型，其中多个响应表面模型中的每一个响应表面模型都处于n维空间中，该n维空间包括(a)车辆设计的截面构件的一个或多个截面尺寸，以及(b)力和力矩之一；(iv)基于第一截面构件的一个或多个截面尺寸的值来确定与第一截面构件相关联的一个或多个预测值，其中一个或多个预测值包括用于该截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力；以及(v)在图形用户界面中显示一个或多个预测值，从而允许用户评估一个或多个预测值以适应车辆设计。

该系统所实现的最终技术效果是以下至少一项：通过避免在为特定的截面构件输入新的截面尺寸时必须执行模拟来提高设计界面内的计算性能；提高设计界面对于设计工程师的可用性。

本书面描述使用示例来公开本公开内容，包括最优模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实现本公开，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有没有与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则旨在将此类其它示例包括在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种计算机辅助设计系统，包括：

显示设备；

存储多个表面模型的存储器，所述多个表面模型中的每个表面模型都处于n维空间中，所述n维空间包括(a)车辆设计的截面构件的一个或多个截面尺寸，以及(b)力和力矩之一；以及

处理器，其被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述指令当由所述处理器执行时使所述处理器至少：

向用户并在所述显示设备上显示包括车辆框架模型的图形用户界面，所述模型包括所述车辆框架的多个截面构件和多个接合点连接，所述多个接合点中的每个接合点附接所述多个截面构件中的两个或更多个截面构件；

在所述显示设备上显示截面配置面板，所述截面配置面板包括用于所述多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值；

基于用于所述第一截面构件的所述一个或多个截面尺寸的值，从多个响应表面模型中取得第一响应表面模型；

基于所述第一截面构件的所述一个或多个截面尺寸的所述值，确定与所述第一截面构件相关联的一个或多个预测值，所述一个或多个预测值包括用于所述截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力；以及

在所述图形用户界面中显示所述一个或多个预测值，从而允许所述用户评估所述一个或多个预测值以适应车辆设计。

2.根据权利要求1所述的计算机辅助设计系统，其中，所述指令进一步使所述处理器：

基于用于所述多个截面构件的所述截面尺寸值，生成用于所述车辆框架的壳网格模型；以及

基于所述壳网格模型执行所述车辆设计的碰撞测试模拟。

3.根据权利要求1所述的计算机辅助设计系统，其中，所述指令进一步使所述处理器：

在所述截面配置面板中，针对所述一个或多个截面尺寸中的第一截面尺寸提供用户输入小部件，所述用户输入小部件接受用于所述第一截面尺寸的输入值；

通过所述用户输入小部件，接收所述第一截面尺寸的新值；以及

基于所述新值的接收并至少使用所述新值，自动确定所述一个或多个预测值。

4.根据权利要求1所述的计算机辅助设计系统，其中，显示所述截面配置面板包括：

在所述图形用户界面中接收选择所述第一截面构件的选择输入；

取得用于所述第一截面构件的一个或多个存储的值；以及

基于所述选择输入的接收自动显示所述截面配置面板，所述截面配置面板显示所述一个或多个存储的值作为所述一个或多个截面尺寸值。

5.根据权利要求1所述的计算机辅助设计系统，其中，所述模型是集总质量-弹簧(LMS)模型，其中，所述多个截面构件代表所述LMS模型内的弹簧，并且所述多个接合点代表所述LMS模型内的质量。

6.根据权利要求1所述的计算机辅助设计系统，其中，所述多个响应表面模型是响应表面方法(RSM)模型，其中，所述预测的碰撞阻力是预测压溃力和预测力矩中的一个或多个。

7.根据权利要求1所述的计算机辅助设计系统，其中，所述指令进一步使所述处理器：

在所述截面配置面板中显示与所述第一截面构件相关联的一个或多个目标值，所述一个或多个目标值包括目标压溃力和目标力矩中的一个或多个；

基于所述一个或多个目标值与所述一个或多个预测值的比较来计算预测误差值；以及

在所述图形用户界面中显示所述预测误差值。

8.一种提供计算机辅助设计界面的方法，所述方法由具有存储器的处理器执行，所述方法包括：

向用户并在显示设备上显示包括车辆框架模型的图形用户界面，所述模型包括所述车辆框架的多个截面构件和多个接合点连接，所述多个接合点中的每个接合点附接所述多个截面构件中的两个或更多个截面构件；

在所述显示设备上显示截面配置面板，所述截面配置面板包括用于所述多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值；

基于用于所述第一截面构件的所述一个或多个截面尺寸的值，从多个响应表面模型中取得第一响应表面模型；所述多个响应表面模型中的每个响应表面模型都处于n维空间中，所述n维空间包括(a)车辆设计的截面构件的一个或多个截面尺寸，以及(b)力和力矩之一；

基于所述第一截面构件的所述一个或多个截面尺寸的所述值，确定与所述第一截面构件相关联的一个或多个预测值，所述一个或多个预测值包括用于所述截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力；以及

在所述图形用户界面中显示所述一个或多个预测值，从而允许所述用户评估所述一个或多个预测值以适应车辆设计。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

基于用于所述多个截面构件的所述截面尺寸值，生成用于所述车辆框架的壳网格模型；以及

基于所述壳网格模型执行所述车辆设计的碰撞测试模拟。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

在所述截面配置面板中，针对所述一个或多个截面尺寸中的第一截面尺寸提供用户输入小部件，所述用户输入小部件接受用于所述第一截面尺寸的输入值；

通过所述用户输入小部件，接收所述第一截面尺寸的新值；以及

基于所述新值的接收并至少使用所述新值，自动确定所述一个或多个预测值。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，显示所述截面配置面板包括：

在所述图形用户界面中接收选择所述第一截面构件的选择输入；

取得用于所述第一截面构件的一个或多个存储的值；以及

基于所述选择输入的接收自动显示所述截面配置面板，所述截面配置面板显示所述一个或多个存储的值作为所述一个或多个截面尺寸值。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述模型是集总质量-弹簧(LMS)模型，其中，所述多个截面构件代表所述LMS模型内的弹簧，并且所述多个接合点代表所述LMS模型内的质量。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个响应表面模型是响应表面方法(RSM)模型，其中，所述预测的碰撞阻力是预测的压溃力和预测的力矩中的一个或多个。

14.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

在所述截面配置面板中显示与所述第一截面构件相关联的一个或多个目标值，所述一个或多个目标值包括目标压溃力和目标力矩中的一个或多个；

基于所述一个或多个目标值与所述一个或多个预测值的比较来计算预测误差值；以及

在所述图形用户界面中显示所述预测误差值。

15.一种计算机可读存储介质，具有在其上体现的计算机可执行指令，其中，所述计算机可执行指令在由至少一个处理器执行时使所述处理器：

在存储器中存储多个响应表面模型，所述多个响应表面模型中的每个响应表面模型都处于n维空间中，所述n维空间包括(a)车辆设计的截面构件的一个或多个截面尺寸，以及(b)力和力矩之一；以及

向用户并在所述显示设备上显示包括车辆框架模型的图形用户界面，所述模型包括所述车辆框架的多个截面构件和多个接合点连接，所述多个接合点中的每个接合点附接所述多个截面构件中的两个或更多个截面构件；

在所述显示设备上显示截面配置面板，所述截面配置面板包括用于所述多个截面构件中的第一截面构件的一个或多个截面尺寸的一个或多个截面尺寸值；

基于用于所述第一截面构件的所述一个或多个截面尺寸的值，从所述多个响应表面模型中取得第一响应表面模型；

基于所述第一截面构件的所述一个或多个截面尺寸的所述值，确定与所述第一截面构件相关联的一个或多个预测值，所述一个或多个预测值包括用于所述截面构件的一个或多个预测的碰撞阻力；以及

在所述图形用户界面中显示所述一个或多个预测值，从而允许所述用户评估所述一个或多个预测值以适应车辆设计。

16.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令进一步使所述处理器：

基于用于所述多个截面构件的所述截面尺寸值，生成用于所述车辆框架的壳网格模型；以及

基于所述壳网格模型执行所述车辆设计的碰撞测试模拟。

17.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令进一步使所述处理器：

在所述截面配置面板中，针对所述一个或多个截面尺寸中的第一截面尺寸提供用户输入小部件，所述用户输入小部件接受用于所述第一截面尺寸的输入值；

通过所述用户输入小部件，接收所述第一截面尺寸的新值；以及

基于所述新值的接收并至少使用所述新值，自动确定所述一个或多个预测值。

18.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，显示所述截面配置面板包括：

在所述图形用户界面中接收选择所述第一截面构件的选择输入；

取得用于所述第一截面构件的一个或多个存储的值；以及

基于所述选择输入的接收自动显示所述截面配置面板，所述截面配置面板显示所述一个或多个存储的值作为所述一个或多个截面尺寸值。

19.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述模型是集总质量-弹簧(LMS)模型，其中，所述多个截面构件代表所述LMS模型内的弹簧，并且所述多个接合点代表所述LMS模型内的质量，其中，所述多个响应表面模型是响应表面方法(RSM)模型，其中，所述预测的碰撞阻力是预测的压溃力和预测的力矩中的一个或多个。

20.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令进一步使所述处理器：

在所述截面配置面板中显示与所述第一截面构件相关联的一个或多个目标值，所述一个或多个目标值包括目标压溃力和目标力矩中的一个或多个；

基于所述一个或多个目标值与所述一个或多个预测值的比较来计算预测误差值；以及

在所述图形用户界面中显示所述预测误差值。

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