CN115270294A - 基于动刚度性能的轻量化设计方法、装置、设备及介质 - Google Patents

基于动刚度性能的轻量化设计方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于动刚度性能的轻量化设计方法、装置、设备及介质。该方法包括：确定关键设计变量，进行DOE样本设计，确定初始样本；对初始样本进行动刚度CAE计算，筛选符合约束条件的样本；若符合约束条件的样本的数量少于设定阈值，则增加初始样本的数量，重复计算；筛选重量最轻的样本，判断是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若否，则增加初始样本的数量，重复计算，直至获得轻量化最优样本结果。本发明通过可变结构设计参数的车身参数化模型，实现在对车身轻量化设计的同时，对车身NVH安装点动刚度性能的优化控制，并输出包括截面、位置、料厚、材料最优设计参数，来指导车身设计。

Description

基于动刚度性能的轻量化设计方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及汽车设计领域，更具体地，涉及一种基于动刚度性能的轻量化设计方法、装置、设备及介质。
背景技术
汽车的重量对经济性、动力性、操纵稳定性等性能影响很大，通过对汽车进行轻量化设计可以有助于提升这几项性能。现有技术一般是通过修改材料厚度获得一定的轻量化效果，需要人为进行大量厚度方案验证，但存在时间长、迭代慢、效率低、效果差等问题；现有轻量化技术一般只以车身静态刚度性能进行约束控制，没有考虑对振动性能的影响；现有技术不能分析结构设计尺寸与性能、重量之间函数关系，从而有针对性的进行设计参数的迭代优化。
因此，有必要开发一种基于动刚度性能的轻量化设计方法、装置、设备及介质。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种基于动刚度性能的轻量化设计方法、装置、设备及介质，其能够通过可变结构设计参数的车身参数化模型，实现在对车身轻量化设计的同时，对车身NVH安装点动刚度性能的优化控制，并输出包括截面、位置、料厚、材料最优设计参数，来指导车身设计。
第一方面，本公开实施例提供了一种基于动刚度性能的轻量化设计方法，包括：
确定关键设计变量，进而进行DOE样本设计，确定初始样本；
对所述初始样本进行动刚度CAE计算，筛选符合约束条件的样本；
若所述符合约束条件的样本的数量少于设定阈值，则增加所述初始样本的数量，重复计算；
筛选所述符合约束条件的样本中重量最轻的样本，判断是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若否，则增加所述初始样本的数量，重复计算，直至获得所述轻量化最优样本结果。
优选地，确定关键设计变量包括：
基于车身设计数据建立白车身参数化设计模型，确定设计变量和变量变化范围；
在所述设计变量中确定所述关键设计变量。
优选地，设计变量的类型包括梁截面设计变量、梁位置设计变量、厚度变量、材料变量。
优选地，所述初始样本的数量满足DOE建模方法的最低数量要求。
优选地，对所述初始样本进行动刚度CAE计算，获得动刚度响应；根据所述动刚度响应，筛选符合约束条件的样本。
优选地，输入车身各个安装点动刚度目标值作为性能约束条件，同时对各个样本的动刚度响应进行判断，筛选出符合约束条件的样本。
优选地，还包括：
输出所述轻量化最优样本结果对应的设计变量。
作为本公开实施例的一种具体实现方式，
第二方面，本公开实施例还提供了一种基于动刚度性能的轻量化设计装置，包括：
初始化模块，确定关键设计变量，进而进行DOE样本设计，确定初始样本；
计算模块，对所述初始样本进行动刚度CAE计算，筛选符合约束条件的样本；
第一判断模块，若所述符合约束条件的样本的数量少于设定阈值，则增加所述初始样本的数量，重复计算；
第二判断模块，筛选所述符合约束条件的样本中重量最轻的样本，判断是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若否，则增加所述初始样本的数量，重复计算，直至获得所述轻量化最优样本结果。
优选地，确定关键设计变量包括：
基于车身设计数据建立白车身参数化设计模型，确定设计变量和变量变化范围；
在所述设计变量中确定所述关键设计变量。
优选地，设计变量的类型包括梁截面设计变量、梁位置设计变量、厚度变量、材料变量。
优选地，所述初始样本的数量满足DOE建模方法的最低数量要求。
优选地，对所述初始样本进行动刚度CAE计算，获得动刚度响应；根据所述动刚度响应，筛选符合约束条件的样本。
优选地，输入车身各个安装点动刚度目标值作为性能约束条件，同时对各个样本的动刚度响应进行判断，筛选出符合约束条件的样本。
优选地，还包括：
输出所述轻量化最优样本结果对应的设计变量。
第三方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法。
第四方面，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法。
其有益效果在于：本发明基于参数化车身模型，通过优化车身结构设计参数，在达到NVH安装点动刚度性能目标值约束条件下，实现车身轻量化，对动刚度不达标的安装点同步进行性能优化提升、对性能冗余设计进行合理削弱，并输出重量和性能最优的结构设计参数。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的基于动刚度性能的轻量化设计方法的步骤的流程图。
图2a、图2b、图2c分别示出了根据本发明的一个实施例的底盘安装点A和B在x、y、z方向的示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的A点x向动刚度响应样本结果的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的A点y向动刚度响应样本结果的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的A点z向动刚度响应样本结果的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的B点x向动刚度响应样本结果的示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的B点y向动刚度响应样本结果的示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的B点z向动刚度响应样本结果的示意图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的白车身重量响应样本结果的示意图。
图10示出了根据本发明的一个实施例的灵敏度帕雷托图的示意图。
图11示出了根据本发明的一个实施例的一种基于动刚度性能的轻量化设计装置的框图。
附图标记说明：
201、初始化模块；202、计算模块；203、第一判断模块；204、第二判断模块。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出四个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
实施例1
图1示出了根据本发明的一个实施例的基于动刚度性能的轻量化设计方法的步骤的流程图。
如图1所示，该基于动刚度性能的轻量化设计方法包括：步骤101，确定关键设计变量，进而进行DOE样本设计，确定初始样本；步骤102，对初始样本进行动刚度CAE计算，筛选符合约束条件的样本；步骤103，若符合约束条件的样本的数量少于设定阈值，则增加初始样本的数量，重复计算；步骤104，筛选符合约束条件的样本中重量最轻的样本，判断是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若否，则增加初始样本的数量，重复计算，直至获得轻量化最优样本结果。
在一个示例中，确定关键设计变量包括：
基于车身设计数据建立白车身参数化设计模型，确定设计变量和变量变化范围；
在设计变量中确定关键设计变量。
在一个示例中，设计变量的类型包括梁截面设计变量、梁位置设计变量、厚度变量、材料变量。
在一个示例中，初始样本的数量满足DOE建模方法的最低数量要求。
在一个示例中，对初始样本进行动刚度CAE计算，获得动刚度响应；根据动刚度响应，筛选符合约束条件的样本。
在一个示例中，输入车身各个安装点动刚度目标值作为性能约束条件，同时对各个样本的动刚度响应进行判断，筛选出符合约束条件的样本。
在一个示例中，还包括：
输出轻量化最优样本结果对应的设计变量。
具体地，设计开始后，首先基于车身设计数据，通过Morph、SFE等方法建立设计参数可变白车身参数化设计模型。在白车身参数化模型建立后，确定满足造型、工艺等设计约束的设计变量和变量变化范围，设计变量类型包括梁截面设计变量、梁位置设计变量、厚度变量、材料变量。通过灵敏度分析筛选设计变量中对各个安装动刚度性能和车身重量影响大的设计变量，作为关键设计变量，目的是减少设计变量数量从而减少DOE样本数量，起到节省优化时间和有针对性的对关键设计参数进行优化的作用。也可以对动刚度不灵敏的材料厚度进行减薄，达到轻量化目的。
对关键设计变量进行采用拉丁超立方、最优拉丁超立方等的DOE样本设计，获得初始样本，初始样本的数量至少需满足DOE建模方法最低数量要求。针对初始样本进行安装点动刚度CAE计算，并输出安装点动刚度值、车身重量等动刚度响应。
输入车身各个安装点动刚度目标值作为性能约束条件，同时对各个样本的全部动刚度响应进行判断，筛选出符合约束条件的样本。若符合条件样本数量不足，可根据DOE分析结果，更新设计变量梯度，增加对不达标动刚度响应灵敏度高的设计变量水平数，并生成新的样本，进行重复计算，直至符合约束条件的样本满足设定阈值。
以重量最轻作为轻量化目标函数，在符合约束条件的样本中筛选重量最轻的样本，判断其是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若该样本未满足轻量化要求，则根据DOE分析结果，更新设计变量梯度，增加对重量响应灵敏度高的设计变量水平数，并生成新的样本，进行循环计算，直至满足轻量化要求。
将满足目标值要求的轻量化最优样本结果对应的设计变量输出，指导设计部门进行车身设计。
设计变量可通过SFE方法或Morph方法建立参数化结构，厚度设计变量和材料设计变量通过更改CAE模型属性设置。
图2a、图2b、图2c分别示出了根据本发明的一个实施例的底盘安装点A和B在x、y、z方向的示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的A点x向动刚度响应样本结果的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的A点y向动刚度响应样本结果的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的A点z向动刚度响应样本结果的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的B点x向动刚度响应样本结果的示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的B点y向动刚度响应样本结果的示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的B点z向动刚度响应样本结果的示意图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的白车身重量响应样本结果的示意图。
如图2a、图2b、图2c所示的底盘安装点A和B在x、y、z三个方向的各个样本动刚度值如图3-图8所示，蓝色系列点代表满足全部动刚度目标值约束条件的样本、红色系列点代表至少存在一个点不满足动刚度目标值约束条件的样本、绿色代表满足全部目标值约束条件的轻量化目标函数最优样本。白车身重量响应如图9所示，绿色点为满足全部动刚度约束条件的轻量化最优样本的重量响应。
图10示出了根据本发明的一个实施例的灵敏度帕雷托图的示意图。
A点y向动刚度响应的灵敏度帕雷托如图10所示，蓝色代表正效应、红色代表负效应，若改点动刚度值不达标，可增加正效应设计变量的水平值或减小负效应设计变量的水平值，获得新的样本，进行循环计算，直到达标为止。
实施例2
图11示出了根据本发明的一个实施例的一种基于动刚度性能的轻量化设计装置的框图。
如图11所示，该基于动刚度性能的轻量化设计装置，包括：
初始化模块201，确定关键设计变量，进而进行DOE样本设计，确定初始样本；
计算模块202，对初始样本进行动刚度CAE计算，筛选符合约束条件的样本；
第一判断模块203，若符合约束条件的样本的数量少于设定阈值，则增加初始样本的数量，重复计算；
第二判断模块204，筛选符合约束条件的样本中重量最轻的样本，判断是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若否，则增加初始样本的数量，重复计算，直至获得轻量化最优样本结果。
在一个示例中，确定关键设计变量包括：
基于车身设计数据建立白车身参数化设计模型，确定设计变量和变量变化范围；
在设计变量中确定关键设计变量。
在一个示例中，设计变量的类型包括梁截面设计变量、梁位置设计变量、厚度变量、材料变量。
在一个示例中，初始样本的数量满足DOE建模方法的最低数量要求。
在一个示例中，对初始样本进行动刚度CAE计算，获得动刚度响应；根据动刚度响应，筛选符合约束条件的样本。
在一个示例中，输入车身各个安装点动刚度目标值作为性能约束条件，同时对各个样本的动刚度响应进行判断，筛选出符合约束条件的样本。
在一个示例中，还包括：
输出轻量化最优样本结果对应的设计变量。
实施例3
本公开提供一种电子设备包括，该电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述基于动刚度性能的轻量化设计方法。
根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器。
该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。
该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。
本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。
有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。
实施例4
本公开实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法。
根据本公开实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本公开各实施例方法的全部或部分步骤。
上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种基于动刚度性能的轻量化设计方法，其特征在于，包括：
确定关键设计变量，进而进行DOE样本设计，确定初始样本；
对所述初始样本进行动刚度CAE计算，筛选符合约束条件的样本；
若所述符合约束条件的样本的数量少于设定阈值，则增加所述初始样本的数量，重复计算；
筛选所述符合约束条件的样本中重量最轻的样本，判断是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若否，则增加所述初始样本的数量，重复计算，直至获得所述轻量化最优样本结果。
2.根据权利要求1所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法，其中，确定关键设计变量包括：
基于车身设计数据建立白车身参数化设计模型，确定设计变量和变量变化范围；
在所述设计变量中确定所述关键设计变量。
3.根据权利要求2所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法，其中，设计变量的类型包括梁截面设计变量、梁位置设计变量、厚度变量、材料变量。
4.根据权利要求1所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法，其中，所述初始样本的数量满足DOE建模方法的最低数量要求。
5.根据权利要求1所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法，其中，对所述初始样本进行动刚度CAE计算，获得动刚度响应；根据所述动刚度响应，筛选符合约束条件的样本。
6.根据权利要求5所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法，其中，输入车身各个安装点动刚度目标值作为性能约束条件，同时对各个样本的动刚度响应进行判断，筛选出符合约束条件的样本。
7.根据权利要求1所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法，其中，还包括：
输出所述轻量化最优样本结果对应的设计变量。
8.一种基于动刚度性能的轻量化设计装置，其特征在于，包括：
初始化模块，确定关键设计变量，进而进行DOE样本设计，确定初始样本；
计算模块，对所述初始样本进行动刚度CAE计算，筛选符合约束条件的样本；
第一判断模块，若所述符合约束条件的样本的数量少于设定阈值，则增加所述初始样本的数量，重复计算；
第二判断模块，筛选所述符合约束条件的样本中重量最轻的样本，判断是否符合轻量化要求，若是，则以该样本为轻量化最优样本结果，若否，则增加所述初始样本的数量，重复计算，直至获得所述轻量化最优样本结果。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现权利要求1-7中任一项所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的基于动刚度性能的轻量化设计方法。
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