CN116595649A - 一种车辆轻量化设计方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

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CN116595649A CN202310613750.5A CN202310613750A CN116595649A CN 116595649 A CN116595649 A CN 116595649A CN 202310613750 A CN202310613750 A CN 202310613750A CN 116595649 A CN116595649 A CN 116595649A
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徐丽丽
张磊磊
李仁勇
苏童
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Chongqing Changan Automobile Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种车辆轻量化设计方法、系统、电子设备及存储介质，通过构建针对目标模块总成的三维模型；目标模块总成包括多个目标模块；在三维模型中确定出用于表达目标模块的有限元模型；获取有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过材料属性参数和初始尺寸参数确定针对有限元模型的刚强度参数；确定针对目标模块的目标工况，并生成针对目标模块在目标工况下的模态分析结果；模态分析结果包括针对目标模块的位移信息；当通过位移信息判定刚强度参数符合预设条件时，通过有限元模型生成针对目标模块的拓扑结构，以基于拓扑结构对目标模块进行轻量化设计，从而提升了车辆轻量化设计的效率。

Description

一种车辆轻量化设计方法、系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及车辆轻量化设计技术领域，特别是涉及一种车辆轻量化设计方法、一种车辆轻量化设计系统、一种电子设备以及一种计算机可读存储介质。
背景技术
随着新能源时代的到来，汽车进一步向轻量化方向发展，汽车结构过重会造成整车动力性能和燃油经济性较差，并且成本较高，目前，汽车内饰件的轻量化越来越受到人们的关注，而前端框架作为内饰件中较重的零部件，仍有较大的进行减重轻量化的设计空间，目前，针对前端框架的轻量化往往是根据设计人员的经验来进行分析、尝试和调整，这种方式耗费时间和人力，延长了开发周期，增加了开发成本。
因此，如何提高针对汽车前端框架的轻量化效率是本领域技术人员需要克服的问题。
发明内容
本发明实施例是提供一种车辆轻量化设计方法、系统、电子设备以及计算机可读存储介质，以解决如何提升车辆轻量化设计效率的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种车辆轻量化设计方法，所述车辆包括多个模块总成，可以包括：
确定目标模块总成，并构建针对所述目标模块总成的三维模型；所述目标模块总成包括多个目标模块；
在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型；多个所述有限元模型与多个所述目标模块一一对应；
获取所述有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过所述材料属性参数和所述初始尺寸参数确定针对所述有限元模型的刚强度参数；
确定针对所述目标模块的目标工况，并生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果；所述模态分析结果包括针对所述目标模块的位移信息；
当通过所述位移信息判定所述刚强度参数符合预设条件时，通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
可选地，所述在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型的步骤可以包括：
构建针对所述目标模块的模型网格；
采用所述模型网格生成用于表达所述目标模块的有限元模型。
可选地，还可以包括：
确定针对多个所述目标模块的安装点位关系，并基于所述安装点位关系构建针对所述有限元模型的连接单元，以确定多个所述有限元模型之间的连接约束关系。
可选地，所述目标工况具有对应的模态，所述模态具有对应的频率，所述生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果的步骤可以包括：
基于所述连接约束关系和所述频率确定约束边界，并通过约束边界构建针对所述有限元模型的荷载集，并基于所述荷载集，生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果。
可选地，还可以包括：
当通过所述位移信息判定所述刚强度参数不符合预设条件时，通过所述模态分析结果确定与所述有限元模型对应的加强筋的厚度参数，和，形状参数，和，位置信息；
采用所述厚度参数，和，所述形状参数，和，所述位置信息为所述有限元模型配置所述加强筋；
当配置所述加强筋的有限元模型的刚强度参数符合预设条件时，执行所述通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计的步骤。
可选地，还可以包括：
生成针对所述模态分析结果的应力应变云图；所述应力应变云图用于表达所述目标模块在目标工况下的位移信息和应力信息。
可选地，所述通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计的步骤可以包括：
确定针对所述有限元模型的拓扑结构设计变量；所述拓扑结构设计变量包括最小尺寸约束，和，对称约束，和，拔模约束；
确定针对所述有限元模型的结构尺寸设计变量；所述结构尺寸设计变量包括初始尺寸参数，和，优化上限尺寸参数，和，优化下限尺寸参数；
构建针对所述有限元模型的质量响应分析任务，和，位移响应分析任务，和，频率响应分析任务；
构建针对所述质量响应分析任务的质量约束；
构建针对所述位移响应分析任务的位移约束；
构建针对所述频率响应分析任务的频率约束；
基于所述拓扑结构设计变量，和，所述结构尺寸设计变量，和，所述质量约束，和，位移约束，和，频率约束生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
本发明还提供一种车辆轻量化设计系统，所述车辆包括多个模块总成，包括：
三维模型构建模块，用于确定目标模块总成，并构建针对所述目标模块总成的三维模型；所述目标模块总成包括多个目标模块；
有限元模型确定模块，用于在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型；多个所述有限元模型与多个所述目标模块一一对应；
刚强度参数确定模块，用于获取所述有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过所述材料属性参数和所述初始尺寸参数确定针对所述有限元模型的刚强度参数；
模态分析结果生成模块，用于确定针对所述目标模块的目标工况，并生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果；所述模态分析结果包括针对所述目标模块的位移信息；
轻量化设计模块，用于当通过所述位移信息判定所述刚强度参数符合预设条件时，通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
可选地，所述有限元模型确定模块可以包括：
模型网格构建子模块，用于构建针对所述目标模块的模型网格；
有限元模型生成子模块，用于采用所述模型网格生成用于表达所述目标模块的有限元模型。
可选地，还可以包括：
连接约束关系确定子模块，用于确定针对多个所述目标模块的安装点位关系，并基于所述安装点位关系构建针对所述有限元模型的连接单元，以确定多个所述有限元模型之间的连接约束关系。
可选地，所述目标工况具有对应的模态，所述模态具有对应的频率，所述模态分析结果生成模块包括：
模态分析结果生成子模块，用于基于所述连接约束关系和所述频率确定约束边界，并通过约束边界构建针对所述有限元模型的荷载集，并基于所述荷载集，生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果。
可选地，还包括：
加强筋参数确定子模块，用于当通过所述位移信息判定所述刚强度参数不符合预设条件时，通过所述模态分析结果确定与所述有限元模型对应的加强筋的厚度参数，和，形状参数，和，位置信息；
加强筋参数配置子模块，用于采用所述厚度参数，和，所述形状参数，和，所述位置信息为所述有限元模型配置所述加强筋；
第一调用子模块，用于当配置所述加强筋的有限元模型的刚强度参数符合预设条件时，调用所述轻量化设计模块。
可选地，还包括：
应力应变云图生成子模块，用于生成针对所述模态分析结果的应力应变云图；所述应力应变云图用于表达所述目标模块在目标工况下的位移信息和应力信息。
可选地，所述通过所述轻量化设计模块可以包括：
拓扑结构设计变量确定子模块，用于确定针对所述有限元模型的拓扑结构设计变量；所述拓扑结构设计变量包括最小尺寸约束，和，对称约束，和，拔模约束；
结构尺寸设计变量确定子模块，用于确定针对所述有限元模型的结构尺寸设计变量；所述结构尺寸设计变量包括初始尺寸参数，和，优化上限尺寸参数，和，优化下限尺寸参数；
任务构建子模块，用于构建针对所述有限元模型的质量响应分析任务，和，位移响应分析任务，和，频率响应分析任务；
第一约束子模块，用于构建针对所述质量响应分析任务的质量约束；
第二约束子模块，用于构建针对所述位移响应分析任务的位移约束；
第三约束子模块，用于构建针对所述频率响应分析任务的频率约束；
轻量化设计子模块，用于基于所述拓扑结构设计变量，和，所述结构尺寸设计变量，和，所述质量约束，和，位移约束，和，频率约束生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
本发明还提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够实现以上所述的车辆轻量化设计方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时能够实现以上所述的车辆轻量化设计方法。
本发明的有益效果：
本发明实施例通过构建针对目标模块总成的三维模型；目标模块总成包括多个目标模块；在三维模型中确定出用于表达目标模块的有限元模型；获取有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过材料属性参数和初始尺寸参数确定针对有限元模型的刚强度参数；确定针对目标模块的目标工况，并生成针对目标模块在目标工况下的模态分析结果；模态分析结果包括针对目标模块的位移信息；当通过位移信息判定刚强度参数符合预设条件时，通过有限元模型生成针对目标模块的拓扑结构，以基于拓扑结构对目标模块进行轻量化设计，规避了设计人员仅凭经验对车辆进行轻量化设计，并实现了在设计时以工况模态下产生的位移为约束，从而提升了车辆轻量化设计的效率。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例中提供的一种车辆轻量化设计方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中提供的另一种车辆轻量化设计方法的步骤流程图；
图3是本发明实施例中提供的一种刚强度验算流程的示意图；
图4是本发明实施例中提供的一种针对前端框架进行拓扑和尺寸联合仿真多工况轻量化流程的示意图；
图5是本发明实施例中提供的一种车辆轻量化设计系统的结构框图；
图6是本发明各实施例中提供的一种电子设备的硬件结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了本发明实施例中提供的一种车辆轻量化设计方法的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：
步骤101，确定目标模块总成，并构建针对所述目标模块总成的三维模型；所述目标模块总成包括多个目标模块；
步骤102，在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型；多个所述有限元模型与多个所述目标模块一一对应；
步骤103，获取所述有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过所述材料属性参数和所述初始尺寸参数确定针对所述有限元模型的刚强度参数；
步骤104，确定针对所述目标模块的目标工况，并生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果；所述模态分析结果包括针对所述目标模块的位移信息；
步骤105，当通过所述位移信息判定所述刚强度参数符合预设条件时，通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
在具体实现中，本发明实施例可以应用于集成有限元分析软件的车辆轻量化设计系统中，示例性地，有限元分析软件可以包括Altair OptiStruct、Abaqus等等。
当然，上述示例仅作为例子，本领域技术人员可以采用任意有限元分析软件对车辆进行轻量化设计，对此，本发明实施例不作限定。
本发明实施例的车辆可以包括多个模块总成，示例性地，车辆的多个模块总成中可以包括前端模块总成，前端模块总成可以包括但不限于前端框架和集成于框架上的零部件，可以集成于前端框架上的零部件可以包括但不限于散热器、冷凝器、中冷器、风扇、盖锁、喇叭、大灯、缓冲块、小腿保护支架、防撞梁、传感器、前保险杠等。
因为当前车辆大多是发动机前置设计，导致车辆的前端模块总成复杂程度较高，在车辆正常行驶甚至是车辆在遭遇撞击等更极端的情况下，前端模块总成的受力关系也更为复杂，相应的，对前端模块总成的轻量化设计要求也更高，在本发明的一个可选地实施例中，目标模块总成可以为前端模块总成。
本发明实施例可以构建针对目标总成的三维模型，目标模块总成可以包括多个目标模块，示例性地，目标模块可以包括前端框架以及集成于前端框架上的缓冲块、小腿保护支架、防撞梁等。
当然，上述例子仅作为示例，本领域技术人员可以采用其他任何零件作为目标模块。
在数学中，有限元法(FEM，Finite Element Method)是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术，求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元，它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解，类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程，它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解，这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替，由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
在具体实现中，本发明实施例可以在三维模型中确定出用于表达目标模块，且与目标模块一一对应的有限元模型。
在确定出有限元模型后，本发明实施例可以获取有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，示例性地，材料属性可以为材料类别所对应的属性，例如，冲压钢板材质、热成型钢材、碳纤维等等，可以将生成的三维模型导入到有限元分析软件，利用有限元分析软件块选择材料PP+LGF，弹性模量为4350MPa，泊松比为0.34，钣金件选择材料DC01，弹性模量为21000MPa，泊松比为0.3；初始尺寸参数可以是未经轻量化时的目标模块尺寸参数，例如，防撞横梁厚度等。
当然，上述例子仅作为示例，本领域技术人员可以采用其他材料确定材料属性，也可以采用其他任意结构的尺寸作为初始尺寸参数。
本发明实施例可以在获取到有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数后，通过材料属性参数和初始尺寸参数确定针对有限元模型的刚强度参数，具体地，材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度，刚度是指材料在载荷作用下抵抗弹性变形的能力，本发明实施例的刚强度参数可以包括有限元模型的刚度参数和强度参数。
在实际应用中，工况，是指设备在和其动作有直接关系的条件下的工作状态，车辆在行驶过程中，可以面对多种工况，例如，车辆怠速、高速行驶、慢速行驶于颠簸路段等。
本发明实施例可以将车辆行驶过程中的多种典型工况预设为目标工况，并将其确定为针对目标模块的目标工况。
模态是结构系统的固有振动特性。线性系统的自由振动被分解耦合为N个正交的单自由度振动系统，对应系统的N个模态。每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。通过结构模态分析法，可得出机械结构在某一易受影响的频率范围内各阶模态的振动特性，以及机械结构在此频段内及在内部或外部各种振源激励作用下的振动响应结果，再由模态分析法获得模态参数并结合相关试验，借助这些特有参数用于结构的重新设计。
本发明实施例可以通过软件在目标工况下对目标模块进行模态分析，从而生成针对目标模块在目标工况下的模态分析结果，示例性地，模态分析结果可以包括，目标模块在目标工况下的应力分析结果，位移分析结果等等。
在具体实现中，预设条件可以是针对车辆设计的相关法规或行业在先经验，本发明实施例可以从模态分析结果中确定出目标模块的位移信息，并当通过位移信息判定刚强度参数符合预设条件时，通过有限元模型生成针对目标模块的拓扑结构，以基于拓扑结构对目标模块进行轻量化设计。
本发明实施例通过构建针对目标模块总成的三维模型；目标模块总成包括多个目标模块；在三维模型中确定出用于表达目标模块的有限元模型；获取有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过材料属性参数和初始尺寸参数确定针对有限元模型的刚强度参数；确定针对目标模块的目标工况，并生成针对目标模块在目标工况下的模态分析结果；模态分析结果包括针对目标模块的位移信息；当通过位移信息判定刚强度参数符合预设条件时，通过有限元模型生成针对目标模块的拓扑结构，以基于拓扑结构对目标模块进行轻量化设计，规避了设计人员仅凭经验对车辆进行轻量化设计，并实现了在设计时以工况模态下产生的位移为约束，从而提升了车辆轻量化设计的效率。
在上述实施例的基础上，提出了上述实施例的变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
所述在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型的步骤包括：
构建针对所述目标模块的模型网格；
采用所述模型网格生成用于表达所述目标模块的有限元模型。
在具体实现中，可以将针对目标模块总成的三维模型导入有限元分析软件的abaqus模块中，通过有限元分析软件在提取中性面后对目标模块划分模型网格，并采用模型网格生成用于表达目标模块的有限元模型。
示例性地，可以将生成的三维模型导入到有限元分析软件，利用有限元分析软件划分模型网格，为满足计算性能和精度，前端框架网格尺寸画6mm，支架网格尺寸画4mm，灯具网格尺寸画5mm，主要传力位置中存在较小结构特征的区域，需要较小尺寸的单元来精确反映其结构特征。例如，螺栓孔周围，以及零件弯折位置可以采用3mm的单元尺寸。
当然，上述例子仅作为示例，本领域技术人员可以根据实际需求按任意尺寸划分模型网格，对此，本发明实施例不作限制。
本发明实施例，通过构建针对所述目标模块的模型网格；采用所述模型网格生成用于表达所述目标模块的有限元模型，为后续确定多个有限元模型的连接约束关系创造了条件，从而更进一步地提升了车辆轻量化设计的效率。
在本发明的一个可选地实施例中，还包括：
确定针对多个所述目标模块的安装点位关系，并基于所述安装点位关系构建针对所述有限元模型的连接单元，以确定多个所述有限元模型之间的连接约束关系。
在实际应用中，连接约束关系可以表达模型之间的连接属性，连接属性分为两大类：一是模型各部分之间有相对运动的连接，称为动连接；另一种是被连接零件之间不允许产生相对运动的连接，称为静连接。
本发明实施例可以通过确定针对多个目标模块的安装点位关系，并基于安装点位关系构建针对有限元模型的连接单元，以构建多个有限元模型之间的连接，例如，可以包括但不限于前端模块中大灯安装支架、中冷器、散热器、碰撞横梁等目标模块之间的连接；在构建连接单元后，可以通过连接单元的属性信息确定多个有限元模型之间的连接约束关系。
示例性地，可以通过有限元分析软件中查看前端模块总成各零件的安装点位关系，对各零件的装配关系建立连接，安装结构为螺栓/螺钉则使用1D连接单元约束1～6自由度；前端模块与前罩锁连接支架、车身纵梁、大灯安装支架采用1D连接单元连接，散热器通过创建mass单元替代并与前端模块使用1D连接单元连接。
本发明实施例，通过确定针对多个所述目标模块的安装点位关系，并基于所述安装点位关系构建针对所述有限元模型的连接单元，以确定多个所述有限元模型之间的连接约束关系，从而为进一步提升模态分析结果的准确性创造了条件，更进一步地提升了车辆轻量化设计的效率。
在本发明的一个可选地实施例中，所述生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果的步骤包括：
基于所述连接约束关系和所述频率确定约束边界，并通过约束边界构建针对所述有限元模型的荷载集，并基于所述荷载集，生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果。
示例性地，考虑到实际应用情况，可以在有限元分析软件选择负载收集器LoadCollector创建12个载荷集，使用1个载荷集在分析页面Analysis的约束面板constraints基于连接约束关系和各目标工况对应的频率施加约束边界条件，1个载荷集用于创建模态分析载荷，类型可以为eigrl，ND＝3，v1＝0，v2＝1000；剩余10个载荷集分别在分析页面Analysis的施压面板forces中对有限元模块的不同点位施加刚度载荷1000N，强度载荷3000N。
一阶模态分析：在分析页面Analysis的加载步骤面板loadsteps中创建模态分析载荷步，类型type选择正常模式normal modes。
强刚度验算分析：在分析页面Analysis的加载步骤面板loadsteps创建10个载荷步，载荷A和边界A定义为一个载荷步，载荷B和边界B定义为第二个载荷步，以此往复，共确定10个载荷步。
向有限元分析软件提交该任务，以生成针对目标模块在目标工况下的模态分析结果。
当然，上述例子仅作为示例，本领域技术人员可以采用其他方式，例如，根据实际情况采用其他数量的荷载集生成针对目标模块在目标工况下的模态分析结果，对此，本发明实施例不作限定。
本发明实施例，通过基于所述连接约束关系和所述频率确定约束边界，并通过约束边界构建针对所述有限元模型的荷载集，并基于所述荷载集，生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果，实现了同时将车辆外部工况所产生的模态频率和内部连接关系作为约束条件，以生成模态分析结果，从而提升了模态分析结果的准确性，更进一步地提升了车辆轻量化设计的效率。
在本发明的一个可选地实施例中，还包括：
当通过所述位移信息判定所述刚强度参数不符合预设条件时，通过所述模态分析结果确定与所述有限元模型对应的加强筋的厚度参数，和，形状参数，和，位置信息；
采用所述厚度参数，和，所述形状参数，和，所述位置信息为所述有限元模型配置所述加强筋；
当配置所述加强筋的有限元模型的刚强度参数符合预设条件时，执行所述通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计的步骤。
在具体实现中，本发明实施例在通过位移信息判定刚强度参数不符合预设条件时，可以筛选并确定需要优化的零部件，对于前端框架可以采用局部3D填充拓扑优化、支架钣金件采用超变型hypermorph进行形貌和尺寸优化，以组合柔度指数最小化为目标，确定有效加强筋和厚度参数、形状参数和位置参数，直到满足强刚度设计要求，再进入下一步优化降重环节。
示例性地，针对局部需优化零部件，对于前端模块采用局部3D填充拓扑优化，特别针对车身安装点区域和锁扣安装点区域，支架钣金件采用hypermorph技术进行形貌和尺寸优化，以组合柔度指数compliance index(符合性指数)最小化为目标，step选择创建的10个step，权重各为1，模态选择前两阶模态，权重各为1，通过分析结果确定有效加强筋和厚度、形状，最后确定车身横梁安装点周围筋位双层台阶式加强，局部加强筋增厚。具体拓扑优化方式包括：将原始(0-1)离散变量优化问题放松，允许出现连续变化的中间密度，然后在材料弹性模量和材料密度之间建立适当的插值关系，引入惩罚消除中间密度，最终得到0-1结构拓扑。
本发明实施例，通过当通过所述位移信息判定所述刚强度参数不符合预设条件时，通过所述模态分析结果确定与所述有限元模型对应的加强筋的厚度参数，和，形状参数，和，位置信息；采用所述厚度参数，和，所述形状参数，和，所述位置信息为所述有限元模型配置所述加强筋；当配置所述加强筋的有限元模型的刚强度参数符合预设条件时，执行所述通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计的步骤，从而实现了在目标模块的刚强度参数不符合要求时，对目标模块进行优化，并将经优化且符合要求的目标模块用于轻量化设计。
在本发明的一个可选实施例中，还包括：
生成针对所述模态分析结果的应力应变云图；所述应力应变云图用于表达所述目标模块在目标工况下的位移信息和应力信息。
在具体实现中，本发明实施例可以确定针对目标模块的目标工况，例如，包括但不限于锁扣安装点Z向和X向刚强度，大灯安装点Z向和X向刚强度，散热器支座连接器Z向和X向刚度，然后在有限元分析软件中加载针对模型的荷载力和约束关系，基于目标工况一阶和强刚度验算分析，逐步验算每个典型工况下目标模块的模态分析结果，并基于该模态分析结果生成应力应变云图，用户可以在有限元分析软件中查看相应目标模块的应力应变云图，并对包括前端框架的目标模块的位移和应力进行评价。
本发明实施例，通过生成针对所述模态分析结果的应力应变云图，从而更直观的展现了目标模块在目标工况下的位移信息和应力信息。
在本发明的一个可选地实施例中，所述通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计的步骤包括：
确定针对所述有限元模型的拓扑结构设计变量；所述拓扑结构设计变量包括最小尺寸约束，和，对称约束，和，拔模约束；
确定针对所述有限元模型的结构尺寸设计变量；所述结构尺寸设计变量包括初始尺寸参数，和，优化上限尺寸参数，和，优化下限尺寸参数；
构建针对所述有限元模型的质量响应分析任务，和，位移响应分析任务，和，频率响应分析任务；
构建针对所述质量响应分析任务的质量约束；
构建针对所述位移响应分析任务的位移约束；
构建针对所述频率响应分析任务的频率约束；
基于所述拓扑结构设计变量，和，所述结构尺寸设计变量，和，所述质量约束，和，位移约束，和，频率约束生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
本发明实施例可以利用有限元分析软件对有限元模型进行拓扑优化，具体可以通过定义拓扑优化设计变量，选择前端框架所有属性作为拓扑优化设计空间，确定最小尺寸约束，对称约束，拔模约束。
示例性地，可以在分析页面Analysis的优化面板optimization，选择拓扑结构topology，并定义拓扑优化设计变量，例如，可以在类型type中选择壳单元Pshell，道具prop选择有限元模型的所有属性作为拓扑优化设计变量，例如，选择最小尺寸约束为6mm，以避免尺寸过小难以加工情况。
本发明实施例可以利用有限元分析软件对有限元模型进行尺寸优化。
示例性地，在分析页面Analysis的优化面板optimization面板，选择尺寸size，定义尺寸优化设计变量，定义初始尺寸参数、优化上限尺寸参数和优化下限尺寸参数值。然后选择针对有限元模型的所有属性关联该尺寸优化设计变量。
本发明实施例可以利用有限元分析软件对生成拓扑模型进行约束限定，以前端框架总质量最小为目标函数，以模态和多工况位移、应力为约束函数进行拓扑和尺寸联合优化分析，得到不同的传力路径，结合实际制造工艺，得出最佳传力路径。
示例性地，可以在优化面板optimization选择response定义12个响应，分别为一个质量mass响应、10个位移响应static displacements和1个频率frequency响应；
在optimization面板中的dconstraints(约束)，每个位移响应定义一个位移约束，约束值可以根据设计标准而定，模态响应定义下限约束35HZ，在optimization面板中选择objects定义目标为最小化质量mass；
控制卡片设置，PARAM模块CHECKEL选择为NO，DISCRETE为2。
选择有限元模块分析软件进行迭代优化计算求解，选择后处理查看模块Hyperview查看并显示优化结果，根据拓扑优化结果选取阈值，去除材料的位置，根据尺寸优化结果选取合适厚度，再根据实际使用以及生产工艺设计出优化模型，再次导入有限元模块分析软件重复验算刚强度，重复数次，直到满足以下条件，假设刚度设计规范值为X，X*1.2＞材料刚度值＞X，且，36HZ≥一阶模态≥35HZ，应力值小于材料的屈服应力时，确定轻量化设计方案。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，以下用一完整示例对本发明实施例进行说明。
参考图2，图2是本发明实施例中提供的另一种车辆轻量化设计方法的步骤流程图。
产品初始三维数据设计，建立前框模块、前罩锁连接支架、车身纵梁、防撞横梁、大灯安装支架、大灯的初始三维模型；
Abaqus有限元模型建立：
1、将产品CATIA文件导入到有限元分析软件，利用有限元分析软件划分模型网格，为满足计算性能和精度，前端框架网格尺寸画6mm，支架网格尺寸画4mm，灯具网格尺寸画5mm，部分重要区域(主要传力位置中存在较小结构特征的部分，这些区域需要较小尺寸的单元来精确反映其结构特征。具体为：1.螺栓孔周围一圈；2.零件弯折位置)采用3mm的单元尺寸。
2、定义材料属性。本发明前端框架选择材料PP+LGF，弹性模量为4350MPa，泊松比为0.34，钣金件选择材料DC01，弹性模量为21000MPa，泊松比为0.3。
3、内部约束：创建连接各有限元网格的连接单元，CATIA软件中查看前端框架总成各零件的安装点位关系，在HyperMesh软件中对各零件的装配关系建立连接，安装结构为螺栓/螺钉则使用1D连接单元约束1～6自由度；前端框架与前罩锁连接支架、车身纵梁、大灯安装支架采用1D连接单元连接，散热器通过创建mass单元替代并与前端框架使用1D连接单元连接。
强刚度验算及优化：
参考图3，图3是本发明实施例中提供的一种刚强度验算流程的示意图。
确定针对前端框架的典型工况，包括但不限于锁扣安装点Z向和X向刚强度，大灯安装点Z向和X向刚强度，散热器支座连接器Z向和X向刚度，考虑到实际应用情况，可以在有限元分析软件选择负载收集器LoadCollector创建12个载荷集，使用1个载荷集在分析页面Analysis的约束面板constraints基于连接约束关系和各目标工况对应的频率施加约束边界条件，1个载荷集用于创建模态分析载荷，类型可以为eigrl，ND＝3，v1＝0，v2＝1000；剩余10个载荷集分别在分析页面Analysis的施压面板forces中对有限元模块的不同点位施加刚度载荷1000N，强度载荷3000N。
一阶模态分析：在分析页面Analysis的加载步骤面板loadsteps中创建模态分析载荷步，类型type选择正常模式normal modes。
强刚度验算分析：在分析页面Analysis的加载步骤面板loadsteps创建10个载荷步，载荷A和边界A定义为一个载荷步，载荷B和边界B定义为第二个载荷步，以此往复，共确定10个载荷步。
向有限元分析软件提交该任务，以生成针对前端框架在目标工况下的模态分析结果，逐步验算每个典型工况下对象零件应力应变云图。
在有限元分析软件中查看相应零件的应力应变云图，对前端框架的位移和应力进行评价，满足要求则进入下一步优化降重环节。不满足要求情况下，筛选并确定需要优化的零部件，对于前端框架采用局部3D填充拓扑优化、支架钣金件采用超变型hypermorph技术进行形貌和尺寸优化，以组合柔度指数最小化为目标，确定有效加强筋和厚度、形状的方法，直到满足强刚度设计要求，再进入下一步优化降重环节，具体地，可以针对局部需优化零部件，对于前端框架采用局部3D填充拓扑优化，特别的针对车身安装点区域、锁扣安装点区域，支架钣金件采用hypermorph技术进行形貌和尺寸优化，以组合柔度指数complianceindex(符合性指数)最小化为目标，step选择创建的10个step，权重各为1，模态选择前两阶模态，权重各为1，通过分析结果确定有效加强筋和厚度、形状，最后确定车身横梁安装点周围筋位双层台阶式加强，局部加强筋增厚。具体拓扑优化方式包括：将原始(0-1)离散变量优化问题放松，允许出现连续变化的中间密度，然后在材料弹性模量和材料密度之间建立适当的插值关系，引入惩罚消除中间密度，最终得到0-1结构拓扑。
拓扑和尺寸联合仿真多工况优化：
参考图4，图4是本发明实施例中提供的一种针对前端框架进行拓扑和尺寸联合仿真多工况轻量化流程的示意图。
可以利用有限元分析软件对有限元模型进行拓扑优化，具体可以包括：
在有限元分析软件的分析页面Analysis的优化面板optimization，选择拓扑结构topology，并定义拓扑优化设计变量，例如，可以在类型type中选择壳单元Pshell，道具prop选择有限元模型的所有属性作为拓扑优化设计变量，例如，选择最小尺寸约束为6mm，以避免尺寸过小难以加工情况。
可以利用有限元分析软件对有限元模型进行尺寸优化，具体可以包括：
在有限元分析软件的分析页面Analysis的优化面板optimization面板，选择尺寸size，定义尺寸优化设计变量，定义初始尺寸参数、优化上限尺寸参数和优化下限尺寸参数值。然后选择针对有限元模型的所有属性关联该尺寸优化设计变量。
可以利用有限元分析软件对生成拓扑模型进行约束限定，以前端框架总质量最小为目标函数，以模态和多工况位移、应力为约束函数进行拓扑和尺寸联合优化分析，得到不同的传力路径，结合实际制造工艺，得出最佳传力路径，具体可以包括：
可以在优化面板optimization选择response定义12个响应，分别为一个质量mass响应、10个位移响应static displacements和1个频率frequency响应；
在optimization面板中的dconstraints(约束)，每个位移响应定义一个位移约束，约束值可以根据设计标准而定，模态响应定义下限约束35HZ，在optimization面板中选择objects定义目标为最小化质量mass；
控制卡片设置，PARAM模块CHECKEL选择为NO，DISCRETE为2。
选择有限元模块分析软件进行迭代优化计算求解，选择后处理查看模块Hyperview查看并显示优化结果，根据拓扑优化结果选取阈值，去除材料的位置，根据尺寸优化结果选取合适厚度，再根据实际使用以及生产工艺设计出优化模型，再次导入有限元模块分析软件重复验算刚强度，重复数次，直到满足以下条件，假设刚度设计规范值为X，X*1.2＞材料刚度值＞X，且，36HZ≥一阶模态≥35HZ，应力值小于材料的屈服应力时，确定轻量化设计方案。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
通过上述方式，1、实现在优化降重之前首先通过3D网格耦合、拓扑与形貌优化方式提升产品强刚度，可以保证后续优化降重有效进行。2、优化后的结构与优化前的结构相比，在保证刚度强度和模态的要求下，大约减轻重量，显著地节约了零件材料成本，提高了汽车的能耗效率。3、通过拓扑和尺寸联合多工况仿真优化方法能够保证计算精度的前提下，比传统方法提高计算求解效率，同时适用于汽车产品类似结构的优化问题。
参照图5，示出了本发明实施例中提供的一种车辆轻量化设计系统的结构框图，具体可以包括如下模块：
三维模型构建模块501，用于确定目标模块总成，并构建针对所述目标模块总成的三维模型；所述目标模块总成包括多个目标模块；
有限元模型确定模块502，用于在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型；多个所述有限元模型与多个所述目标模块一一对应；
刚强度参数确定模块503，用于获取所述有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过所述材料属性参数和所述初始尺寸参数确定针对所述有限元模型的刚强度参数；
模态分析结果生成模块504，用于确定针对所述目标模块的目标工况，并生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果；所述模态分析结果包括针对所述目标模块的位移信息；
轻量化设计模块505，用于当通过所述位移信息判定所述刚强度参数符合预设条件时，通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
可选地，所述有限元模型确定模块可以包括：
模型网格构建子模块，用于构建针对所述目标模块的模型网格；
有限元模型生成子模块，用于采用所述模型网格生成用于表达所述目标模块的有限元模型。
可选地，还可以包括：
连接约束关系确定子模块，用于确定针对多个所述目标模块的安装点位关系，并基于所述安装点位关系构建针对所述有限元模型的连接单元，以确定多个所述有限元模型之间的连接约束关系。
可选地，所述目标工况具有对应的模态，所述模态具有对应的频率，所述模态分析结果生成模块包括：
模态分析结果生成子模块，用于基于所述连接约束关系和所述频率确定约束边界，并通过约束边界构建针对所述有限元模型的荷载集，并基于所述荷载集，生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果。
可选地，还包括：
加强筋参数确定子模块，用于当通过所述位移信息判定所述刚强度参数不符合预设条件时，通过所述模态分析结果确定与所述有限元模型对应的加强筋的厚度参数，和，形状参数，和，位置信息；
加强筋参数配置子模块，用于采用所述厚度参数，和，所述形状参数，和，所述位置信息为所述有限元模型配置所述加强筋；
第一调用子模块，用于当配置所述加强筋的有限元模型的刚强度参数符合预设条件时，调用所述轻量化设计模块。
可选地，还包括：
应力应变云图生成子模块，用于生成针对所述模态分析结果的应力应变云图；所述应力应变云图用于表达所述目标模块在目标工况下的位移信息和应力信息。
可选地，所述通过所述轻量化设计模块可以包括：
拓扑结构设计变量确定子模块，用于确定针对所述有限元模型的拓扑结构设计变量；所述拓扑结构设计变量包括最小尺寸约束，和，对称约束，和，拔模约束；
结构尺寸设计变量确定子模块，用于确定针对所述有限元模型的结构尺寸设计变量；所述结构尺寸设计变量包括初始尺寸参数，和，优化上限尺寸参数，和，优化下限尺寸参数；
任务构建子模块，用于构建针对所述有限元模型的质量响应分析任务，和，位移响应分析任务，和，频率响应分析任务；
第一约束子模块，用于构建针对所述质量响应分析任务的质量约束；
第二约束子模块，用于构建针对所述位移响应分析任务的位移约束；
第三约束子模块，用于构建针对所述频率响应分析任务的频率约束；
轻量化设计子模块，用于基于所述拓扑结构设计变量，和，所述结构尺寸设计变量，和，所述质量约束，和，位移约束，和，频率约束生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
本发明实施例还公开了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口以及所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如本发明实施例所述的方法。
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
另外，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器，存储器，存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述车辆轻量化设计方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述车辆轻量化设计方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
图6为实现本发明各个实施例的一种电子设备的硬件结构示意图。
该电子设备600包括但不限于：射频单元601、网络模块602、音频输出单元603、输入单元604、传感器605、显示单元606、用户输入单元607、接口单元608、存储器609、处理器610、以及电源611等部件。本领域技术人员可以理解，图6中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限定，电子设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。在本发明实施例中，电子设备包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载终端、可穿戴设备、以及计步器等。
应理解的是，本发明实施例中，射频单元601可用于收发信息或通话过程中，信号的接收和发送，具体的，将来自基站的下行数据接收后，给处理器610处理；另外，将上行的数据发送给基站。通常，射频单元601包括但不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器、双工器等。此外，射频单元601还可以通过无线通信系统与网络和其他设备通信。
电子设备通过网络模块602为用户提供了无线的宽带互联网访问，如帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等。
音频输出单元603可以将射频单元601或网络模块602接收的或者在存储器609中存储的音频数据转换成音频信号并且输出为声音。而且，音频输出单元603还可以提供与电子设备600执行的特定功能相关的音频输出(例如，呼叫信号接收声音、消息接收声音等等)。音频输出单元603包括扬声器、蜂鸣器以及受话器等。
输入单元604用于接收音频或视频信号。输入单元604可以包括图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)6041和麦克风6042，图形处理器6041对在视频捕获模式或图像捕获模式中由图像捕获装置(如摄像头)获得的静态图片或视频的图像数据进行处理。处理后的图像帧可以显示在显示单元606上。经图形处理器6041处理后的图像帧可以存储在存储器609(或其它存储介质)中或者经由射频单元601或网络模块602进行发送。麦克风6042可以接收声音，并且能够将这样的声音处理为音频数据。处理后的音频数据可以在电话通话模式的情况下转换为可经由射频单元601发送到移动通信基站的格式输出。
电子设备600还包括至少一种传感器605，比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示面板6061的亮度，接近传感器可在电子设备600移动到耳边时，关闭显示面板6061和/或背光。作为运动传感器的一种，加速计传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别电子设备姿态(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；传感器605还可以包括指纹传感器、压力传感器、虹膜传感器、分子传感器、陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等，在此不再赘述。
显示单元606用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息。显示单元606可包括显示面板6061，可以采用液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)等形式来配置显示面板6061。
用户输入单元607可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。具体地，用户输入单元607包括触控面板6071以及其他输入设备6072。触控面板6071，也称为触摸屏，可收集用户在其上或附近的触摸操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板6071上或在触控面板6071附近的操作)。触控面板6071可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给处理器610，接收处理器610发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板6071。除了触控面板6071，用户输入单元607还可以包括其他输入设备6072。具体地，其他输入设备6072可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆，在此不再赘述。
进一步的，触控面板6071可覆盖在显示面板6061上，当触控面板6071检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器610以确定触摸事件的类型，随后处理器610根据触摸事件的类型在显示面板6061上提供相应的视觉输出。虽然在图6中，触控面板6071与显示面板6061是作为两个独立的部件来实现电子设备的输入和输出功能，但是在某些实施例中，可以将触控面板6071与显示面板6061集成而实现电子设备的输入和输出功能，具体此处不做限定。
接口单元608为外部装置与电子设备600连接的接口。例如，外部装置可以包括有线或无线头戴式耳机端口、外部电源(或电池充电器)端口、有线或无线数据端口、存储卡端口、用于连接具有识别模块的装置的端口、音频输入/输出(I/O)端口、视频I/O端口、耳机端口等等。接口单元608可以用于接收来自外部装置的输入(例如，数据信息、电力等等)并且将接收到的输入传输到电子设备600内的一个或多个元件或者可以用于在电子设备600和外部装置之间传输数据。
存储器609可用于存储软件程序以及各种数据。存储器609可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器609可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
处理器610是电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器609内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器609内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体监控。处理器610可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器610可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器610中。
电子设备600还可以包括给各个部件供电的电源611(比如电池)，优选的，电源611可以通过电源管理系统与处理器610逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。
另外，电子设备600包括一些未示出的功能模块，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种车辆轻量化设计方法，其特征在于，所述车辆包括多个模块总成，包括：
确定目标模块总成，并构建针对所述目标模块总成的三维模型；所述目标模块总成包括多个目标模块；
在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型；多个所述有限元模型与多个所述目标模块一一对应；
获取所述有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过所述材料属性参数和所述初始尺寸参数确定针对所述有限元模型的刚强度参数；
确定针对所述目标模块的目标工况，并生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果；所述模态分析结果包括针对所述目标模块的位移信息；
当通过所述位移信息判定所述刚强度参数符合预设条件时，通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型的步骤包括：
构建针对所述目标模块的模型网格；
采用所述模型网格生成用于表达所述目标模块的有限元模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
确定针对多个所述目标模块的安装点位关系，并基于所述安装点位关系构建针对所述有限元模型的连接单元，以确定多个所述有限元模型之间的连接约束关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标工况具有对应的模态，所述模态具有对应的频率，所述生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果的步骤包括：
基于所述连接约束关系和所述频率确定约束边界，并通过约束边界构建针对所述有限元模型的荷载集，并基于所述荷载集，生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，还包括：
当通过所述位移信息判定所述刚强度参数不符合预设条件时，通过所述模态分析结果确定与所述有限元模型对应的加强筋的厚度参数，和，形状参数，和，位置信息；
采用所述厚度参数，和，所述形状参数，和，所述位置信息为所述有限元模型配置所述加强筋；
当配置所述加强筋的有限元模型的刚强度参数符合预设条件时，执行所述通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
生成针对所述模态分析结果的应力应变云图；所述应力应变云图用于表达所述目标模块在目标工况下的位移信息和应力信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计的步骤包括：
确定针对所述有限元模型的拓扑结构设计变量；所述拓扑结构设计变量包括最小尺寸约束，和，对称约束，和，拔模约束；
确定针对所述有限元模型的结构尺寸设计变量；所述结构尺寸设计变量包括初始尺寸参数，和，优化上限尺寸参数，和，优化下限尺寸参数；
构建针对所述有限元模型的质量响应分析任务，和，位移响应分析任务，和，频率响应分析任务；
构建针对所述质量响应分析任务的质量约束；
构建针对所述位移响应分析任务的位移约束；
构建针对所述频率响应分析任务的频率约束；
基于所述拓扑结构设计变量，和，所述结构尺寸设计变量，和，所述质量约束，和，位移约束，和，频率约束生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
8.一种车辆轻量化设计系统，其特征在于，所述车辆包括多个模块总成，包括：
三维模型构建模块，用于确定目标模块总成，并构建针对所述目标模块总成的三维模型；所述目标模块总成包括多个目标模块；
有限元模型确定模块，用于在所述三维模型中确定出用于表达所述目标模块的有限元模型；多个所述有限元模型与多个所述目标模块一一对应；
刚强度参数确定模块，用于获取所述有限元模型的材料属性参数和初始尺寸参数，并通过所述材料属性参数和所述初始尺寸参数确定针对所述有限元模型的刚强度参数；
模态分析结果生成模块，用于确定针对所述目标模块的目标工况，并生成针对所述目标模块在所述目标工况下的模态分析结果；所述模态分析结果包括针对所述目标模块的位移信息；
轻量化设计模块，用于当通过所述位移信息判定所述刚强度参数符合预设条件时，通过所述有限元模型生成针对所述目标模块的拓扑结构，以基于所述拓扑结构对所述目标模块进行轻量化设计。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够实现权利要求1-7中任一所述的车辆轻量化设计方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一所述的车辆轻量化设计方法。
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