CN112883487B - 一种基于大数据的汽车外形设计优化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于提取并形成基础车辆的外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线及多个主点构成的车辆模型，所述外形测试模块对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行优化调整，所述数据采集装置用于采集实际阻力数据，所述外形测试模块依据所述实际阻力数据对参数进行调整。通过数据采集装置收集到的大量数据提高外形测试模块的精确性，使最终优化的外形能够受到较小的空气阻力。

Description

一种基于大数据的汽车外形设计优化系统

技术领域

本发明涉及汽车设计技术领域，尤其涉及一种基于大数据的汽车外形设计优化系统。

背景技术

汽车外形有三个基本要素，即机械工程学、人机工程学和空气动力学，在确定汽车外形的时候，来自外部的制约条件即空气动力学要素则显得尤为重要，特别是近年来，由于发动机功率增大，道路条件改善，汽车的速度显著提高之后，因此，必须在车身外形上下工夫，尽量减少空气阻力。

现在已经开发出了很多汽车设计系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的方法有如公开号为KR101345188B1，KR100326696B1和KR101098080B1所公开的方法，包括首先建立简化的汽车车身模型，将该汽车车身模型上需要控制变形的点作为设计变量，并对这些设计变量设定边界控制条件，根据边界控制条件得到一定数量的汽车车身模型样本；利用自由变形方法得到这些方案的车身模型，并求出其相应的Cd值；然后构建近似模型，利用优化算法求解近似模型的最优解，根据最优解的控制点的位置，重新构建车身模型并得到其空气阻力系数Cd值，并与简化的原始模型的Cd值进行对比，如果没有降低返回S2修改边界条件或重新选取设计变量继续执行。但该方法没有结合实际的受力情况，在设计优化过程中会出现偏差，准确度不高。

发明内容

本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于提取并形成基础车辆的外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线及多个主点构成的车辆模型，所述外形测试模块对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行优化调整，所述数据采集装置用于采集实际阻力数据，所述外形测试模块依据所述实际阻力数据对参数进行调整；

进一步的，所述外形处理模块采用两个互相垂直的截面与所述外部轮廓相交，相交线为所述主轴线，所述主轴线的交点为主点；

进一步的，所述车辆模型还包括副点，所述副点位于相邻的四个主点包围而成的区域内，在所述区域内每隔一定距离设置一个副点并连接相邻的副点；

进一步的，所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统，所述模拟风洞软件系统内用均匀分布的空气粒子模拟空气，用汽车粒子模拟车辆模型的主点和副点，通过所述空气粒子与所述汽车粒子的碰撞模拟车辆受到的空气阻力；

进一步的，所述模拟风洞软件系统的可变参数包括空气粒子的半径r，汽车粒子的半径R，空气粒子的密度ρ，所述相邻主点的距离a，通过改变所述可变参数使测试结果接近所述数据采集装置收集的实际阻力数据；

进一步的，所述模拟风洞软件系统能够计算单个所述空气粒子与单个所述汽车粒子在任意角度及速度碰撞时产生的作用力，通过在单位时间内统计所有空气粒子与汽车粒子碰撞产生的横向作用力作为测试的空气阻力结果，同时统计每个汽车粒子受到的阻力的大小作为所述外形优化模块进行优化的依据；

进一步的，所述外形优化模块选择收到阻力超过阈值的主点以及副点并对其进行调整形成新的车辆模型，所述外形测试模块对新的车辆模型进行测试；

进一步的，所述外形优化模块建立所述汽车粒子的受力变化趋势图作为调整车辆模型的依据，并反复重复调整、测试过程使车辆模型的空气阻力满足预设的要求。

本发明所取得的有益效果是：

本系统中关键的外形测试模块模拟实际行驶中车辆收到的空气阻力，并根据测试的阻力结果来对车辆外形进行调整优化，而模拟过程中的参数通过数据采集装置采集的大量数据进行比对调整，使得模拟的结果更加接近实际效果，进而设计出更加合适的车辆外形。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为该系统模块结构示意图。

图2为该系统优化流程示意图。

图3为空气粒子与汽车粒子碰撞示意图。

图4为车辆外部轮廓处理俯视示意图。

图5为主点四边形内副点示意图。

图6为本系统优化效果示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一。

一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于提取并形成基础车辆的外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线及多个主点构成的车辆模型，所述外形测试模块对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行优化调整，所述数据采集装置用于采集实际阻力数据，所述外形测试模块依据所述实际阻力数据对参数进行调整；

所述外形处理模块采用两个互相垂直的截面与所述外部轮廓相交，相交线为所述主轴线，所述主轴线的交点为主点；

所述车辆模型还包括副点，所述副点位于相邻的四个主点包围而成的区域内，在所述区域内每隔一定距离设置一个副点并连接相邻的副点；

所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统，所述模拟风洞软件系统内用均匀分布的空气粒子模拟空气，用汽车粒子模拟车辆模型的主点和副点，通过所述空气粒子与所述汽车粒子的碰撞模拟车辆受到的空气阻力；

所述模拟风洞软件系统的可变参数包括空气粒子的半径r，汽车粒子的半径R，空气粒子的密度ρ，所述相邻主点的距离a，通过改变所述可变参数使测试结果接近所述数据采集装置收集的实际阻力数据；

所述模拟风洞软件系统能够计算单个所述空气粒子与单个所述汽车粒子在任意角度及速度碰撞时产生的作用力，通过在单位时间内统计所有空气粒子与汽车粒子碰撞产生的横向作用力作为测试的空气阻力结果，同时统计每个汽车粒子受到的阻力的大小作为所述外形优化模块进行优化的依据；

所述外形优化模块选择收到阻力超过阈值的主点以及副点并对其进行调整形成新的车辆模型，所述外形测试模块对新的车辆模型进行测试；

所述外形优化模块建立所述汽车粒子的受力变化趋势图作为调整车辆模型的依据，并反复重复调整、测试过程使车辆模型的空气阻力满足预设的要求。

实施例二。

一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于提取并形成基础车辆的外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线及多个主点构成的车辆模型，所述外形测试模块对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行优化调整，所述数据采集装置用于采集实际阻力数据，所述外形测试模块依据所述实际阻力数据对参数进行调整；

所述外形处理模块采用两个互相垂直的截面与所述外部轮廓相交，相交线为所述主轴线，所述主轴线的交点为主点；

所述车辆模型还包括副点，所述副点位于相邻的四个主点包围而成的区域内，在所述区域内每隔一定距离设置一个副点并连接相邻的副点；

所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统，所述模拟风洞软件系统内用均匀分布的空气粒子模拟空气，用汽车粒子模拟车辆模型的主点和副点，通过所述空气粒子与所述汽车粒子的碰撞模拟车辆受到的空气阻力；

所述模拟风洞软件系统的可变参数包括空气粒子的半径r，汽车粒子的半径R，空气粒子的密度ρ，所述相邻主点的距离a，通过改变所述可变参数使测试结果接近所述数据采集装置收集的实际阻力数据；

所述模拟风洞软件系统能够计算单个所述空气粒子与单个所述汽车粒子在任意角度及速度碰撞时产生的作用力，通过在单位时间内统计所有空气粒子与汽车粒子碰撞产生的横向作用力作为测试的空气阻力结果，同时统计每个汽车粒子受到的阻力的大小作为所述外形优化模块进行优化的依据；

所述外形优化模块选择收到阻力超过阈值的主点以及副点并对其进行调整形成新的车辆模型，所述外形测试模块对新的车辆模型进行测试；

所述外形优化模块建立所述汽车粒子的受力变化趋势图作为调整车辆模型的依据，并反复重复调整、测试过程使车辆模型的空气阻力满足预设的要求；

基于此设计了一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于解析并提取基础车型的车身数据并形成外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线，所述主轴线的交点为主点，并将由主轴线以及主点构成的车辆模型数据发送至所述外形测试模块，所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统用于对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行调整，所述数据采集装置安装于实体车辆外表用于收集车辆在行驶过程中收到的阻力以及车辆当时的速度，并将数据发送至所述外形测试模块中，所述模拟风洞软件系统根据接收的所述数据对原有参数进行调整，使其阻力测试更加接近实际效果；

所述外形处理模块通过如下步骤对车辆外部轮廓进行处理：

S1、将一垂直于车身前后方向的横向竖直截面置于外部轮廓前方并与所述外部轮廓相切，记录切线；

S2、将所述竖直截面向后平移预设距离a，获取并记录所述横向竖直截面与所述外部轮廓的相交线；

S3、不断重复步骤S2、直至所述横向竖直截面与所述外部轮廓相离，其中记录的线称为横向主轴线；

S4、将一垂直于车身左右方向的纵向竖直截面置于外部轮廓的左侧并与所述外部轮廓相切，记录切线；

S5、将所述纵向竖直截面向右平移所述预设距离a，获取并记录所述纵向竖直截面与所述外部轮廓的相交线；

S6、不断重复步骤S5、直至所述纵向竖直截面与所述外部轮廓相离，其中记录的线称为纵向主轴线；

S7、将所述横向主轴线与所述纵向主轴线的交点记为主点，并将左右相邻的主点以及前后相邻的主点用直线进行连接，相邻的四个主点构成一个四边形，所述四边形在水平面上的投影为所述预设距离a为边长的正方形；

S8、将所述四边形中与所述横向竖直截面平行的两条边的中点进行连接，将所获得的线段每隔所述预设距离a记录一个点，称为副点，不足所述预设距离a则忽略不记；

S9、将所述副点依次用直线连接，首尾两端的副点分别和所述四边形中与所述横向竖直截面平行的两条边的中点连接；

S10、将所有的四边形按S8、S9的方法进行处理；

所有记录主轴线、主点和副点的位置信息构成了车辆模型数据，将所述车辆模型数据发送至所述外形测试模块进行空气阻力测试。

实施例三。

一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于提取并形成基础车辆的外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线及多个主点构成的车辆模型，所述外形测试模块对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行优化调整，所述数据采集装置用于采集实际阻力数据，所述外形测试模块依据所述实际阻力数据对参数进行调整；

所述外形处理模块采用两个互相垂直的截面与所述外部轮廓相交，相交线为所述主轴线，所述主轴线的交点为主点；

所述车辆模型还包括副点，所述副点位于相邻的四个主点包围而成的区域内，在所述区域内每隔一定距离设置一个副点并连接相邻的副点；

所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统，所述模拟风洞软件系统内用均匀分布的空气粒子模拟空气，用汽车粒子模拟车辆模型的主点和副点，通过所述空气粒子与所述汽车粒子的碰撞模拟车辆受到的空气阻力；

所述模拟风洞软件系统的可变参数包括空气粒子的半径r，汽车粒子的半径R，空气粒子的密度ρ，所述相邻主点的距离a，通过改变所述可变参数使测试结果接近所述数据采集装置收集的实际阻力数据；

所述模拟风洞软件系统能够计算单个所述空气粒子与单个所述汽车粒子在任意角度及速度碰撞时产生的作用力，通过在单位时间内统计所有空气粒子与汽车粒子碰撞产生的横向作用力作为测试的空气阻力结果，同时统计每个汽车粒子受到的阻力的大小作为所述外形优化模块进行优化的依据；

所述外形优化模块选择收到阻力超过阈值的主点以及副点并对其进行调整形成新的车辆模型，所述外形测试模块对新的车辆模型进行测试；

所述外形优化模块建立所述汽车粒子的受力变化趋势图作为调整车辆模型的依据，并反复重复调整、测试过程使车辆模型的空气阻力满足预设的要求；

基于此设计了一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于解析并提取基础车型的车身数据并形成外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线，所述主轴线的交点为主点，并将由主轴线以及主点构成的车辆模型数据发送至所述外形测试模块，所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统用于对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行调整，所述数据采集装置安装于实体车辆外表用于收集车辆在行驶过程中收到的阻力以及车辆当时的速度，并将数据发送至所述外形测试模块中，所述模拟风洞软件系统根据接收的所述数据对原有参数进行调整，使其阻力测试更加接近实际效果；

所述外形处理模块通过如下步骤对车辆外部轮廓进行处理：

S1、将一垂直于车身前后方向的横向竖直截面置于外部轮廓前方并与所述外部轮廓相切，记录切线；

S2、将所述竖直截面向后平移预设距离a，获取并记录所述横向竖直截面与所述外部轮廓的相交线；

S3、不断重复步骤S2、直至所述横向竖直截面与所述外部轮廓相离，其中记录的线称为横向主轴线；

S4、将一垂直于车身左右方向的纵向竖直截面置于外部轮廓的左侧并与所述外部轮廓相切，记录切线；

S5、将所述纵向竖直截面向右平移所述预设距离a，获取并记录所述纵向竖直截面与所述外部轮廓的相交线；

S6、不断重复步骤S5、直至所述纵向竖直截面与所述外部轮廓相离，其中记录的线称为纵向主轴线；

S7、将所述横向主轴线与所述纵向主轴线的交点记为主点，并将左右相邻的主点以及前后相邻的主点用直线进行连接，相邻的四个主点构成一个四边形，所述四边形在水平面上的投影为所述预设距离a为边长的正方形；

S8、将所述四边形中与所述横向竖直截面平行的两条边的中点进行连接，将所获得的线段每隔所述预设距离a记录一个点，称为副点，不足所述预设距离a则忽略不记；

S9、将所述副点依次用直线连接，首尾两端的副点分别和所述四边形中与所述横向竖直截面平行的两条边的中点连接；

S10、将所有的四边形按S8、S9的方法进行处理；

所有记录主轴线、主点和副点的位置信息构成了车辆模型数据，将所述车辆模型数据发送至所述外形测试模块进行空气阻力测试；

所述外形测试模块的所述模拟风洞软件系统中将空气设置为半径为r的空气粒子，所述空气粒子的密度为ρ，所述空气粒子以速度v向静止的车辆模型运动，所述车辆模型中的主点以及副点被设置为半径为R的汽车粒子，统计单位时间内所述空气粒子与所述汽车粒子碰撞所产生的水平方向的作用力，即汽车在以速度v运行时受到的空气阻力；

如图3所示，单个空气粒子与单个汽车粒子刚好碰撞时，两个粒子球心的连线与所述空气粒子的速度v的角度为θ，以空气粒子的球心为圆点建立第一坐标系，所述空气粒子球心指向所述汽车粒子球心的方向为所述第一坐标系的x轴正方向，垂直于x轴并朝上的方向为y轴正方向，将所述速度v沿所述第一坐标系的坐标轴方向进行分解得到x轴正方向的分速度为：

v_x＝vcosθ，

y轴正方向的分速度为：

v_y＝vsinθ，

所述空气粒子对所述汽车粒子的作用力为：

方向为所述第一坐标系x轴正方向，其中，k为碰撞系数，f(R，r)是球体碰撞函数，h(a)是比重函数；

再以所述汽车粒子的球心为圆点，水平向右的方向为x轴正方向，竖直向上的方向为y轴正方向建立第二坐标系，将所述作用力沿所述第二坐标系的坐标轴方向进行分解得到x轴正方向的分作用力：

F_x＝F₁·cosθ＝kv²cos³θ·f(R，r)·h(a)，

所述空气粒子在碰撞后其在所述第一坐标系中x轴方向上的分速度方向改变，大小不变，所述空气粒子的反弹速度大小仍为v，方向与所述第一坐标系的x轴负方向夹角为θ，在所述第二坐标系中，所述空气粒子的反弹速度的方向与所述x轴负方向夹角为2θ；

所述车辆模型收到的空气阻力为：

所述外形测试模块还对每一个主点及副点受到的空气阻力进行统计，作为所述外形优化模块的参考数据；

所述数据采集装置将采集到的数据发送至所述外形测试模块，并与所述外形测试模块基于对应车辆的模拟数据进行对比，从而对空气粒子的密度ρ、空气粒子的半径r、汽车粒子R和碰撞系数k参数进行修正，提高所述模拟风洞软件系统的精确性；

所述外形优化模块选择所述车辆模型中受阻力超过阈值的主点以及副点并在竖直方向上调整Δs距离，将修改后的车辆模型重新送回所述外形测试模块进行检测，所述外形优化模块建立每一个主点及副点的受力变化趋势图，车辆外形设计人员根据所述趋势图对Δs的数值进行调整，不断重复测试—优化调整过程，直至所述F_阻满足设计要求。

实施例四。

一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于提取并形成基础车辆的外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线及多个主点构成的车辆模型，所述外形测试模块对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行优化调整，所述数据采集装置用于采集实际阻力数据，所述外形测试模块依据所述实际阻力数据对参数进行调整；

所述外形处理模块采用两个互相垂直的截面与所述外部轮廓相交，相交线为所述主轴线，所述主轴线的交点为主点；

所述车辆模型还包括副点，所述副点位于相邻的四个主点包围而成的区域内，在所述区域内每隔一定距离设置一个副点并连接相邻的副点；

所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统，所述模拟风洞软件系统内用均匀分布的空气粒子模拟空气，用汽车粒子模拟车辆模型的主点和副点，通过所述空气粒子与所述汽车粒子的碰撞模拟车辆受到的空气阻力；

所述模拟风洞软件系统的可变参数包括空气粒子的半径r，汽车粒子的半径R，空气粒子的密度ρ，所述相邻主点的距离a，通过改变所述可变参数使测试结果接近所述数据采集装置收集的实际阻力数据；

所述模拟风洞软件系统能够计算单个所述空气粒子与单个所述汽车粒子在任意角度及速度碰撞时产生的作用力，通过在单位时间内统计所有空气粒子与汽车粒子碰撞产生的横向作用力作为测试的空气阻力结果，同时统计每个汽车粒子受到的阻力的大小作为所述外形优化模块进行优化的依据；

所述外形优化模块选择收到阻力超过阈值的主点以及副点并对其进行调整形成新的车辆模型，所述外形测试模块对新的车辆模型进行测试；

所述外形优化模块建立所述汽车粒子的受力变化趋势图作为调整车辆模型的依据，并反复重复调整、测试过程使车辆模型的空气阻力满足预设的要求；

基于此设计了一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于解析并提取基础车型的车身数据并形成外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线，所述主轴线的交点为主点，并将由主轴线以及主点构成的车辆模型数据发送至所述外形测试模块，所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统用于对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行调整，所述数据采集装置安装于实体车辆外表用于收集车辆在行驶过程中收到的阻力以及车辆当时的速度，并将数据发送至所述外形测试模块中，所述模拟风洞软件系统根据接收的所述数据对原有参数进行调整，使其阻力测试更加接近实际效果；

所述外形处理模块通过如下步骤对车辆外部轮廓进行处理：

S1、将一垂直于车身前后方向的横向竖直截面置于外部轮廓前方并与所述外部轮廓相切，记录切线；

S2、将所述竖直截面向后平移预设距离a，获取并记录所述横向竖直截面与所述外部轮廓的相交线；

S3、不断重复步骤S2、直至所述横向竖直截面与所述外部轮廓相离，其中记录的线称为横向主轴线；

S4、将一垂直于车身左右方向的纵向竖直截面置于外部轮廓的左侧并与所述外部轮廓相切，记录切线；

S5、将所述纵向竖直截面向右平移所述预设距离a，获取并记录所述纵向竖直截面与所述外部轮廓的相交线；

S6、不断重复步骤S5、直至所述纵向竖直截面与所述外部轮廓相离，其中记录的线称为纵向主轴线；

S7、将所述横向主轴线与所述纵向主轴线的交点记为主点，并将左右相邻的主点以及前后相邻的主点用直线进行连接，相邻的四个主点构成一个四边形，所述四边形在水平面上的投影为所述预设距离a为边长的正方形；

S8、将所述四边形中与所述横向竖直截面平行的两条边的中点进行连接，将所获得的线段每隔所述预设距离a记录一个点，称为副点，不足所述预设距离a则忽略不记；

S9、将所述副点依次用直线连接，首尾两端的副点分别和所述四边形中与所述横向竖直截面平行的两条边的中点连接；

S10、将所有的四边形按S8、S9的方法进行处理；

所有记录主轴线、主点和副点的位置信息构成了车辆模型数据，将所述车辆模型数据发送至所述外形测试模块进行空气阻力测试；

所述外形测试模块的所述模拟风洞软件系统中将空气设置为半径为r的空气粒子，所述空气粒子的密度为ρ，所述空气粒子以速度v向静止的车辆模型运动，所述车辆模型中的主点以及副点被设置为半径为R的汽车粒子，统计单位时间内所述空气粒子与所述汽车粒子碰撞所产生的水平方向的作用力，即汽车在以速度v运行时受到的空气阻力；

如图3所示，单个空气粒子与单个汽车粒子刚好碰撞时，两个粒子球心的连线与所述空气粒子的速度v的角度为θ，以空气粒子的球心为圆点建立第一坐标系，所述空气粒子球心指向所述汽车粒子球心的方向为所述第一坐标系的x轴正方向，垂直于x轴并朝上的方向为y轴正方向，将所述速度v沿所述第一坐标系的坐标轴方向进行分解得到x轴正方向的分速度为：

v_x＝vcosθ，

y轴正方向的分速度为：

v_y＝vsinθ，

所述空气粒子对所述汽车粒子的作用力为：

方向为所述第一坐标系x轴正方向，其中，k为碰撞系数，f(R，r)是球体碰撞函数，h(a)是比重函数；

再以所述汽车粒子的球心为圆点，水平向右的方向为x轴正方向，竖直向上的方向为y轴正方向建立第二坐标系，将所述作用力沿所述第二坐标系的坐标轴方向进行分解得到x轴正方向的分作用力：

F_x＝F₁·cosθ＝kv²cos³θ·f(R，r)·h(a)，

所述空气粒子在碰撞后其在所述第一坐标系中x轴方向上的分速度方向改变，大小不变，所述空气粒子的反弹速度大小仍为v，方向与所述第一坐标系的x轴负方向夹角为θ，在所述第二坐标系中，所述空气粒子的反弹速度的方向与所述x轴负方向夹角为2θ；

所述车辆模型收到的空气阻力为：

所述外形测试模块还对每一个主点及副点受到的空气阻力进行统计，作为所述外形优化模块的参考数据；

所述数据采集装置将采集到的数据发送至所述外形测试模块，并与所述外形测试模块基于对应车辆的模拟数据进行对比，从而对空气粒子的密度ρ、空气粒子的半径r、汽车粒子R和碰撞系数k参数进行修正，提高所述模拟风洞软件系统的精确性；

所述外形优化模块选择所述车辆模型中受阻力超过阈值的主点以及副点并在竖直方向上调整Δs距离，将修改后的车辆模型重新送回所述外形测试模块进行检测，所述外形优化模块建立每一个主点及副点的受力变化趋势图，车辆外形设计人员根据所述趋势图对Δs的数值进行调整，不断重复测试—优化调整过程，直至所述F_阻满足设计要求；

所述数据采集装置为透明薄膜，包括高分子薄膜基底、碳纳米管膜和信息采集层，所述碳纳米管膜内嵌于所述高分子薄膜基底，所述信息采集层覆盖于暴露在所述高分子薄膜基底外的所述碳纳米管膜的表面，所述高分子薄膜基底的材料为透明高分子材料，具体可选择聚甲基丙烯酸甲酯或者对苯二甲酸乙二醇酯，所述信息采集层与所述高分子薄膜基底之间设有卫星定位芯片和数据发送单元，所述卫星定位芯片通过卫星定位实时采集车辆行驶的速度，所述信息采集层中还均匀分布有压力传感器用于收集车辆行驶过程中受到的空气阻力，所述数据发送单元将采集的数据发送给所述外形测试模块。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于大数据的汽车外形设计优化系统，包括数据采集装置、外形提取模块、外形处理模块、外形测试模块和外形优化模块，所述外形提取模型用于提取并形成基础车辆的外部轮廓，所述外形处理模块从所述外部轮廓提取出成多条主轴线及多个主点构成的车辆模型，所述外形测试模块对所述车辆模型进行阻力测试，所述外形优化模块对所述车辆模型的主轴线和主点进行优化调整，所述数据采集装置用于采集实际阻力数据，所述外形测试模块依据所述实际阻力数据对参数进行调整；

所述外形处理模块采用两个互相垂直的截面与所述外部轮廓相交，相交线为所述主轴线，所述主轴线的交点为主点；

所述车辆模型还包括副点，所述副点位于相邻的四个主点包围而成的区域内，在所述区域内每隔一定距离设置一个副点并连接相邻的副点；

所述外形测试模块内设有模拟风洞软件系统，所述模拟风洞软件系统内用均匀分布的空气粒子模拟空气，用汽车粒子模拟车辆模型的主点和副点，通过所述空气粒子与所述汽车粒子的碰撞模拟车辆受到的空气阻力；

所述模拟风洞软件系统的可变参数包括空气粒子的半径r，汽车粒子的半径R，空气粒子的密度

，所述相邻主点的距离a，通过改变所述可变参数使测试结果接近所述数据采集装置收集的实际阻力数据；

所述模拟风洞软件系统能够计算单个所述空气粒子与单个所述汽车粒子在任意角度及速度碰撞时产生的作用力，通过在单位时间内统计所有空气粒子与汽车粒子碰撞产生的横向作用力作为测试的空气阻力结果，同时统计每个汽车粒子受到的阻力的大小作为所述外形优化模块进行优化的依据；

所述外形优化模块选择收到阻力超过阈值的主点以及副点并对其进行调整形成新的车辆模型，所述外形测试模块对新的车辆模型进行测试；

所述外形优化模块建立所述汽车粒子的受力变化趋势图作为调整车辆模型的依据，并反复重复调整、测试过程使车辆模型的空气阻力满足预设的要求。

Images