CN113408056A - 一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车结构设计优化方法技术领域，具体地指一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法。设定气撑杆优化区域；基于设定的气撑杆可制造性条件对气撑杆优化区域进行筛选，获取符合气撑杆可制造性条件的制造性优化区域；基于设定的低温初始关闭力条件对制造性优化区域进行筛选，获取符合低温初始关闭力条件的低温关闭优化区域；基于设定的常温启闭条件对低温关闭优化区域进行筛选，获取符合常温启闭条件的常温优化区域；基于设定的气撑杆力值范围、背门自关闭势能和背门操作力对常温优化区域进行筛选，获取最终优化区域获得最优解，基于最优解获得最优设计参数。本发明方法极为简单、高效，具有极大推广价值。

Description

一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法
技术领域
本发明涉及汽车结构布置设计优化方法技术领域，具体地指一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法。
背景技术
背门操纵性是乘用车开闭件操作方便性中一项重要内容，直接影响着客户购买及后续品牌认知的重要因素，各大主机厂均投入了大量的精力去研究提高产品的操纵舒适性，来提升其产品的竞争力。所以迫切需要建立一种关键技术，提高客户操控舒适性与感知体验，提升产品软实力和品牌形象。
传统背门操纵性优化思路：针对造型输出的CAS面，对气撑杆进行布置，然后按照EXCEL表格计算操纵性，若不满足，尝试更改气撑杆位置和输入参数后再次计算，直到更改方案满足目标要求为止，这是按照一种边调边试的做法。
按照这种方法校核存在两个弊端：1、EXCEL计算无法得到最优解，优化方向不明确，采取穷举+经验布置，影响造型、车身结构和人机布置，调整目标及方向不明确；2、布置效率低，操作性边试边调整优化，若不满足目标，耽误最佳方案更改时间。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，本发明从可制造性和可操作性两个方面对气撑杆布置进行优化，可以获得设定的优化区域内的最优解，且优化方法简单、高效。
本发明的技术方案为：一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，根据车型CAS，对背门铰链及气撑杆进行预布置，设定气撑杆优化区域；
对气撑杆优化区域进行可制造性判断优化筛选和可操作性优化筛选以获得最优解；
所述可制造性判断优化筛选包括：基于设定的气撑杆可制造性条件对气撑杆优化区域进行筛选，获取符合气撑杆可制造性条件的制造性优化区域；基于设定的低温初始关闭力条件对制造性优化区域进行筛选，获取符合低温初始关闭力条件的低温关闭优化区域；
所述可操作性优化筛选包括：基于设定的常温启闭条件对低温关闭优化区域进行筛选，获取符合常温启闭条件的常温优化区域；基于设定的气撑杆力值范围、背门自关闭势能和背门操作力对常温优化区域进行筛选，获取最终优化区域；
在最终优化区域中选择最优解，基于最优解获得背门最优设计参数和气撑杆最优布置参数。
进一步的基于设定的气撑杆可制造性条件对气撑杆优化区域进行筛选的方法包括：选取气撑杆优化区域中的一组设计参数，代入到设定的气撑杆可制造性目标函数中，若满足气撑杆可制造性目标函数，则将该组设计参数列入制造性优化区域内，反之则不进入到制造性优化区域，对有关气撑杆布置优化的变量进行调整，进行下一次判断，直至完成气撑杆优化区域内所有设计参数的判断，获得制造性优化区域。
进一步的基于设定的低温初始关闭力条件对制造性优化区域进行筛选的方法包括：选取制造性优化区域中的一组设计参数，代入到设定的低温初始关闭力目标函数中，若满足低温初始关闭力目标函数，则将该组设计参数列入低温关闭优化区域内，反之则不进入到低温关闭优化区域，调整气撑杆力值，进行下一次判断，直至完成制造性优化区域内所有设计参数的判断，获得低温关闭优化区域。
进一步的基于设定的常温启闭条件对低温关闭优化区域进行筛选的方法包括：基于设定的常温关闭力递减性条件低温关闭优化区域进行筛选，获得递减性优化区域；基于设定的常温关闭平衡角度条件对递减性优化区域进行筛选，获得平衡角度优化区域；基于设定的常温初始关闭力条件对平衡角度优化区域进行筛选，获得常温关闭优化区域；基于设定的常温初始开启力条件对常温关闭优化区域进行筛选，获得常温优化区域。
进一步的基于设定的常温关闭力递减性条件对低温关闭优化区域进行筛选的方法包括：选取低温关闭优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温关闭力递减性目标函数中，若满足常温关闭力递减性目标函数，则将该组设计参数列入递减性优化区域内，反之则不进入到递减性优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成低温关闭优化区域内所有设计参数的判断，获得递减性优化区域。
进一步的基于设定的常温关闭平衡角度条件对递减性优化区域进行筛选的方法包括：选取递减性优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温关闭平衡角度目标函数中，若满足常温关闭平衡角度目标函数，则将该组设计参数列入平衡角度优化区域内，反之则不进入到平衡角度优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成递减性优化区域内所有设计参数的判断，获得平衡角度优化区域。
进一步的基于设定的常温初始关闭力条件对平衡角度优化区域进行筛选的方法包括：选取平衡角度优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温初始关闭力目标函数中，若满足常温初始关闭力目标函数，则将该组设计参数列入常温关闭优化区域内，反之则不进入到常温关闭优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成平衡角度优化区域内所有设计参数的判断，获得常温关闭优化区域。
进一步的基于设定的常温初始开启力条件对常温关闭优化区域进行筛选的方法包括：选取常温关闭优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温初始开启力目标函数中，若满足常温初始开启力目标函数，则将该组设计参数列入常温优化区域内，反之则不进入到常温优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成常温关闭优化区域内所有设计参数的判断，获得常温优化区域。
进一步的基于设定的气撑杆力值范围、背门关闭势能和背门操作力对常温优化区域进行筛选的方法包括：基于设定的气撑杆力值范围对常温优化区域进行筛选，获得气撑杆力值优化区域；基于设定的背门自关闭势能范围对气撑杆力值优化区域进行筛选，获得关闭势能优化区域；基于设定的背门操作力值范围对关闭势能优化区域进行筛选，获得最终优化区域。
进一步的所述有关气撑杆布置优化的变量包括气撑杆在背门上安装的背门位置坐标和气撑杆在车身上安装的车身位置坐标；；所述有关气撑杆造型优化的变量包括铰链轴X向优化参数和铰链轴Y向优化参数。
本发明是通过可制造性和可操作性两个方面对气撑杆布置进行优化，通过对设定优化区域进行逐步判定筛选，找到设定优化区域中的最优解，获得的是设定优化区域内的最优设计参数，相较于传统的穷举和经验法，能够更加简便和高效的获得最优方案，具有极大的推广价值。
附图说明
图1：本实施例的优化方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例介绍了一种汽车背门气动撑杆设计优化的方法，即气撑杆的布置优化方法，参照图1所示的策略图，为本实施例的优化方法的具体工作流程。
第一步：根据车型CAS输入，在CATIA(实际应用中不限于CATIA，只要能够实现本实施例的计算功能均可以)中进行背门铰链及气撑杆的预布置；
第二步：在CATIA中输入环境参数，本实施例的环境参数包括环境布置型面(气撑杆在车身和背门的位置优化参照对象，基于此型面进行优化，可以保证与环境零件的相对位置合理)、人机界面要求(用户操作的地面设计基准线及汽车所在的地面坡度)，在CATIA中输入气撑杆操作性目标要求(用户操纵背门的方便性要求，也就是本发明的目标求解函数所对应的条件)和背门重量，完成后，抓取在上述设定情况下铰链位置参数、气撑杆安装点位置参数、开启关闭操作点位置参数(这个开启关闭指的用户开启和关闭背门的操作位置点)和重心位置参数【所述的重心为背门总成(含所有零部件)的重心】；
第三步：设定气撑杆优化区域，包括设定气撑杆安装点的优化范围、气撑杆力值参数优化要求、铰链位置点优化范围，以上设定是选择的一个范围，通过设定一个大的优化区域，后期对优化区域内的设计参数进行优化筛选，最终得到最优的设计参数，优化区域设定后，可以通过CATIA输出在不同温度(本实施例的不同温度为高温、低温、常温、中高温等，高温指温度超过80℃、低温指温度-、30℃或-35℃、常温指温度20℃、中高温指温度60℃)背门操作性曲线(输出这个操作性曲线，可以方便设计者方便查看用户在不同温度、任意背门开启/关闭位置下的操作方便性的相关设计参数)；
第四步：在CATIA软件中设置自动求解程序，程序中包含各种目标函数，通过目标函数对优化区域进行筛选，具体的求解过程如下：
选取气撑杆优化区域中的一组设计参数，代入到设定的气撑杆可制造性目标函数中，若满足气撑杆可制造性目标函数，则将该组设计参数列入制造性优化区域内，反之则不进入到制造性优化区域，对有关气撑杆布置优化的变量进行调整，进行下一次判断，直至完成气撑杆优化区域内所有设计参数的判断，获得制造性优化区域，实际上就是挑选气撑杆优化区域中满足气撑杆可制造性目标函数的解集；
选取制造性优化区域中的一组设计参数，代入到设定的低温初始关闭力目标函数中，若满足低温初始关闭力目标函数，则将该组设计参数列入低温关闭优化区域内，反之则不进入到低温关闭优化区域，调整气撑杆力值(通过低温要求反求气撑杆力值，然后基于求得的气撑杆力值进行相应的调整)，进行下一次判断，直至完成制造性优化区域内所有设计参数的判断，获得低温关闭优化区域，实际上就是挑选制造性优化区域中满足低温初始关闭力目标函数的解集；
基于设定的常温关闭力递减性条件低温关闭优化区域进行筛选，获得递减性优化区域；基于设定的常温关闭平衡角度条件对递减性优化区域进行筛选，获得平衡角度优化区域；基于设定的常温初始关闭力条件对平衡角度优化区域进行筛选，获得常温关闭优化区域；基于设定的常温初始开启力条件对常温关闭优化区域进行筛选，获得常温优化区域；
具体的常温求解过程如下：选取低温关闭优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温关闭力递减性目标函数中，若满足常温关闭力递减性目标函数，则将该组设计参数列入递减性优化区域内，反之则不进入到递减性优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成低温关闭优化区域内所有设计参数的判断，获得递减性优化区域，实际上就是挑选低温关闭优化区域中满足常温关闭力递减性目标函数的解集；
选取递减性优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温关闭平衡角度目标函数中，若满足常温关闭平衡角度目标函数，则将该组设计参数列入平衡角度优化区域内，反之则不进入到平衡角度优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成递减性优化区域内所有设计参数的判断，获得平衡角度优化区域，实际上就是挑选递减性优化区域中满足常温关闭平衡角度目标函数的解集；
选取平衡角度优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温初始关闭力目标函数中，若满足常温初始关闭力目标函数，则将该组设计参数列入常温关闭优化区域内，反之则不进入到常温关闭优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成平衡角度优化区域内所有设计参数的判断，获得常温关闭优化区域，实际上就是挑选平衡角度优化区域中满足常温初始关闭力目标函数的解集；
选取常温关闭优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温初始开启力目标函数中，若满足常温初始开启力目标函数，则将该组设计参数列入常温优化区域内，反之则不进入到常温优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成常温关闭优化区域内所有设计参数的判断，获得常温优化区域，实际上就是挑选常温关闭优化区域中满足常温初始开启力目标函数的解集；
以上常温优化流程中，若不符合常温目标函数，则对有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量进行相应的调整，其中有关气撑杆布置优化的变量包括气撑杆在背门上安装的背门位置坐标和气撑杆在车身上安装的车身位置坐标；；所述有关气撑杆造型优化的变量包括铰链轴X向优化参数和铰链轴Y向优化参数。；
获得常温优化区域以后，即获得了满足以上所有目标函数的解的集合，然后对这个解集进行进一步的优化，优化过程如下：
基于设定的气撑杆力值范围对常温优化区域进行筛选，获得气撑杆力值优化区域；基于设定的背门自关闭势能范围对气撑杆力值优化区域进行筛选，获得关闭势能优化区域；基于设定的背门操作力值范围对关闭势能优化区域进行筛选，获得最终优化区域，即通过设定的范围对常温优化区域进行进一步优化筛选，最终获得了最终优化区域，最终优化区域就是满足以上所有条件的解集；
选择最终优化区域中10组解，然后选择这10组解中的最优解；
第五步：基于最优解生成背门开度、背门坡度以及背门操纵力值和操纵性曲线，CATIA基于最优解获得气撑杆位置数据及相应的启闭力值，完成整个优化方法。
可以通过CATIA输出背门在低温、高温、常温或者其他温度的操纵性曲线，若上述优化过程涉及了铰链轴的优化，这个优化会带来造型分缝的变化，所以必须输出优化后铰链轴的位置，便于提出造型分缝的更改要求。
在输出结果显示界面，为了能更好显示查看需要的结果，对输出界面进行了全方位考虑，可以快速查看操纵性曲线以及曲线上任意一点的力值等，也可以查看不同温度下的操纵性参数及操纵能量等。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：根据车型CAS，对背门铰链及气撑杆进行预布置，设定气撑杆优化区域；
对气撑杆优化区域进行可制造性判断优化筛选和可操作性优化筛选以获得最优解；
所述可制造性判断优化筛选包括：基于设定的气撑杆可制造性条件对气撑杆优化区域进行筛选，获取符合气撑杆可制造性条件的制造性优化区域；基于设定的低温初始关闭力条件对制造性优化区域进行筛选，获取符合低温初始关闭力条件的低温关闭优化区域；
所述可操作性优化筛选包括：基于设定的常温启闭条件对低温关闭优化区域进行筛选，获取符合常温启闭条件的常温优化区域；基于设定的气撑杆力值范围、背门自关闭势能和背门操作力对常温优化区域进行筛选，获取最终优化区域；
在最终优化区域中选择最优解，基于最优解获得背门最优设计参数和气撑杆最优布置参数。
2.如权利要求1所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的气撑杆可制造性条件对气撑杆优化区域进行筛选的方法包括：选取气撑杆优化区域中的一组设计参数，代入到设定的气撑杆可制造性目标函数中，若满足气撑杆可制造性目标函数，则将该组设计参数列入制造性优化区域内，反之则不进入到制造性优化区域，对有关气撑杆布置优化的变量进行调整，进行下一次判断，直至完成气撑杆优化区域内所有设计参数的判断，获得制造性优化区域。
3.如权利要求1所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的低温初始关闭力条件对制造性优化区域进行筛选的方法包括：选取制造性优化区域中的一组设计参数，代入到设定的低温初始关闭力目标函数中，若满足低温初始关闭力目标函数，则将该组设计参数列入低温关闭优化区域内，反之则不进入到低温关闭优化区域，调整气撑杆力值，进行下一次判断，直至完成制造性优化区域内所有设计参数的判断，获得低温关闭优化区域。
4.如权利要求1所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的常温启闭条件对低温关闭优化区域进行筛选的方法包括：基于设定的常温关闭力递减性条件低温关闭优化区域进行筛选，获得递减性优化区域；基于设定的常温关闭平衡角度条件对递减性优化区域进行筛选，获得平衡角度优化区域；基于设定的常温初始关闭力条件对平衡角度优化区域进行筛选，获得常温关闭优化区域；基于设定的常温初始开启力条件对常温关闭优化区域进行筛选，获得常温优化区域。
5.如权利要求4所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的常温关闭力递减性条件对低温关闭优化区域进行筛选的方法包括：选取低温关闭优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温关闭力递减性目标函数中，若满足常温关闭力递减性目标函数，则将该组设计参数列入递减性优化区域内，反之则不进入到递减性优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成低温关闭优化区域内所有设计参数的判断，获得递减性优化区域。
6.如权利要求5所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的常温关闭平衡角度条件对递减性优化区域进行筛选的方法包括：选取递减性优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温关闭平衡角度目标函数中，若满足常温关闭平衡角度目标函数，则将该组设计参数列入平衡角度优化区域内，反之则不进入到平衡角度优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成递减性优化区域内所有设计参数的判断，获得平衡角度优化区域。
7.如权利要求6所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的常温初始关闭力条件对平衡角度优化区域进行筛选的方法包括：选取平衡角度优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温初始关闭力目标函数中，若满足常温初始关闭力目标函数，则将该组设计参数列入常温关闭优化区域内，反之则不进入到常温关闭优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成平衡角度优化区域内所有设计参数的判断，获得常温关闭优化区域。
8.如权利要求7所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的常温初始开启力条件对常温关闭优化区域进行筛选的方法包括：选取常温关闭优化区域中的一组设计参数，代入到设定的常温初始开启力目标函数中，若满足常温初始开启力目标函数，则将该组设计参数列入常温优化区域内，反之则不进入到常温优化区域，调整有关气撑杆布置优化的变量和有关气撑杆造型优化的变量，进行下一次判断，直至完成常温关闭优化区域内所有设计参数的判断，获得常温优化区域。
9.如权利要求1所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：基于设定的气撑杆力值范围、背门关闭势能和背门操作力对常温优化区域进行筛选的方法包括：基于设定的气撑杆力值范围对常温优化区域进行筛选，获得气撑杆力值优化区域；基于设定的背门自关闭势能范围对气撑杆力值优化区域进行筛选，获得关闭势能优化区域；基于设定的背门操作力值范围对关闭势能优化区域进行筛选，获得最终优化区域。
10.如权利要求5～8任一所述的一种汽车背门气动撑杆布置设计优化方法，其特征在于：所述有关气撑杆布置优化的变量包括气撑杆在背门上安装的背门位置坐标和气撑杆在车身上安装的车身位置坐标；；所述有关气撑杆造型优化的变量包括铰链轴X向优化参数和铰链轴Y向优化参数。
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