一种汽车车身零件的选材方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种汽车车身零件的选材方法，包括：零件需求客观打分；材料供给客观打分；零件选材初选；零件选材终选。该方法中，零件评估和材料评估均是从性能、成形和成本三个方面的子维度进行打分。在零件选材过程中，将零件各子维度的打分，与每种材料相对应的各子维度的打分进行对比，以排除不满足要求的材料，最终在留下的满足要求的材料中，根据选材偏好来确定最终的材料。由于零件的需求或子维度和材料的供给或子维度是相对应的，并且对不同的子维度进行了归一化处理，因此，对汽车车身零件选材可以进行客观的逻辑判断，可避免传统选材方法对工程师个人经验的依赖，并可以实现程序化，将显著提升汽车车身选材的研发效率。

A material selection method and system of auto body parts

【技术实现步骤摘要】
一种汽车车身零件的选材方法及系统
本专利技术涉及汽车研发
，具体涉及一种汽车车身零件的选材方法及系统。
技术介绍
汽车正向开发已经成为国内自主品牌必须跨越的门槛，而汽车车身正向选材是汽车正向开发中的重要一环。对于主机厂设计工程师来说，在没有一套车身正向选材系统的前提下，很难有效的推进工作，特别是对新人的培养，需要花大量的精力、并在师傅的带领下才能掌握基于经验的汽车车身选材。对于钢铁厂的技术人员来说，在没有一套车身正向选材系统的前提下，更是很难给主机厂提供有说服力的建议，不利于原材料的推广，更不利于新材料的快速应用，并且所开发的新材料多从冶金工程的角度出发，则推向市场的过程往往遇到难度，如果能从材料应用工程的角度出发，针对某些具体构件功能需求和成形特征需求，有针对性的开发新材料，利于新材料的快速应用。目前，在该
中所倡导的汽车车身选材理念是“合适的材料使用在合适的地方”，从全世界车身工程开发实践来看，此选材理念已经成为国内外主机厂的共识。在2005—2009年期间，欧盟实施了SuperLightCar项目，其重要的遗产是欧洲主机厂此后形成了一个宝贵的设计理念——“TheRightMaterialattheRightPlace”的车身选材理念，得到了全世界主机厂的广泛认同，中文翻译为“合适的材料使用在合适的地方”，尽管在此项目中没有被明确提出，但在随后的ECB会议中，奥迪和奔驰相继提出：“Therightmaterialperfectlyplacedforbestperformance(ECB2010AudiA8)”、“Therightmaterialinrightplacefortheoptimumfunction(ECB2012AudiA3)”、“Therightmaterialinrightplace！(ECB2012Daimler_SL)”和“Therightmaterialinrightlocation(ECB2014BenzC-Class)”。“合适的材料使用在合适的地方”的车身选材理念，不是欧美主机厂一种随意的提法，而是经得起逻辑推敲和实践考验的，蕴藏着深刻的技术思想，对此思想的深刻理解和深入挖掘是开发汽车车身正向选材系统的前提，对指导车身正向选材系统开发具有重要的意义。目前，在该
中所倡导的汽车车身设计理念是环状结构，从全世界车身工程开发实践来看，采用环状结构设计理念指导车身工程设计已经成为国内外主机厂的共识。环状结构特征在车身结构工程设计中，并不是一种直观的特征呈现，需要汽车工程师转换成环状结构特征的表达，但在飞机和潜水艇的结构设计中，环状结构特征却是一种直观的表达。汽车、飞机和潜水艇三种产品共同的设计是要满足封闭空间的高性能、轻量化、低成本的要求，而环状结构特征是满足综合要求的经典力学结构设计方案。因此，环状结构设计完美的回答了“KlausKoglin之问”，车身材料变化不会动摇环状结构所表征的车身拓扑结构或框架结构设计，但需要对其做进一步理解或回答：不同的车身材料设计方案，需要如何去满足环状结构设计特征，以使得材料与环状结构的匹配发挥出最佳的性能状态，即合适的材料使用在合适的地方，从而实现轻量化设计。环状路径车身涵盖环状结构特征(Ring)、实质性要求(Route)和性能目标(Resist)三个方面，“Ring”和“Route”是基于车身骨架结构的概念，分别对应车身结构设计的“路径连通性”和“截面连续性”概念；“Resist”是环状路径车身所能到达的抗弯抗扭抗变形的性能效果。“Ring”定义是以车身骨架任意接头为起点，沿着某一较短路径回到起点，形成一个个环状结构特征，环可以是平面的或空间的，可以是圆的或是方的，关键是构成一个封闭回路。从结构设计角度，空间框架结构具有非常好的整体刚度和变形协调能力，实现“局部受力全身分担”的目的，而环状结构是构成空间框架结构的理想结构特征，实现载荷的快速分流。“Route”是指在由钣金焊接构成的每个封闭环状结构上的任意位置都具有一定的封闭或半封闭截面，避免截面突变或刚度局部过弱，特别在设计的时候需要充分考虑环状结构的接头与路径的连接处，在载荷传递方向上尽可能的保证截面完全对接或至少部分对接。“Route”是在环状结构满足封闭回路条件下的实质性要求——截面封闭性或半封闭性，即保证刚度的连续性，不满足实质性要求则同样不满足环状结构设计。根据实质性要求，与碰撞相关的环状结构截面原则上要求是封闭的；与刚度相关的环状结构截面可以是半封闭的采用一般强度材料即可。如果车身骨架具有尽可能多的环状结构特征，且每个环状结构均满足实质性要求，即保证白车身具有了理想的空间框架结构，根据性能目标采用适当的材料设计，则白车身结构将会具有理想的车身抗扭、抗弯、抗压、抗变形能力，即“Resist”性能目标。以SUV车身结构设计为例，根据整车坐标系分别定义三个平面：垂直于X轴的X-Surface、垂直于Y轴的Y-Surface、垂直于Z轴的Z-Surface，将构成车身骨架的环状结构向三个平面中进行投影，可以按位置分为三大类：垂直于X轴的环状结构，从车身前部至后部，依次命名为：Front-Ring、A-Ring、B-Ring、C-Ring、Damper-Ring和D-Ring。垂直于Y轴的环状结构，对于车身一侧，分别名为：FrontDoor-Ring、RearDoor-Ring和TriangularWindow-Ring，由于对称性，左右各一个；垂直于Z轴的环状结构。垂直于Z轴的环状结构，从前向后形成的环状结构，分别名为：FrontEnergy-Ring、Hood-Ring、Shotgun-Ring、FrontWindshied–Ring、FrontFloor-Ring、FuelTank-Ring、RearEnergy-Ring。三类环状结构共16个，不含对称环状结构。从环状结构对车身性能影响的程度，可以将16个环状结构分为四类：第一类，耐久环，如Front-Ring和Hood-Ring；第二类，刚度环，如C-Ring、Damper-Ring、D-Ring、TriangularWindow-Ring和FrontWindshied–Ring；第三类，吸能环，如FrontEnergy-Ring、RearEnergy-Ring和Shotgun-Ring；第四类，安全环，如A-Ring、B-Ring、FrontFloor-Ring、FuelTank-Ring、FrontDoor-Ring和RearDoor-Ring。在车身16个环状结构当中，C-Ring、Damper-Ring、D-Ring主要影响车身扭转刚度，不需要从耐撞性角度考虑其性能设计，在与多个自主品牌SUV车身项目接触之中，分析其环状结构的选材，发现组成环状结构的每个零件选材，在材料等级上较为接近，并且从安全、吸能和耐久角度，也发现了同样的规律，因此，根据此数据统计特征，可以将16个环状结构划分为四类，分别是安全环、吸能环、刚度环和耐久环，每一类“性能环”会对应一个选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车车身零件选材方法，其特征在于，其步骤包括：/n第一步，零件需求客观打分：/n针对车身的每个零件，按照制造此零件的性能重要度、成形难易程度、成本接受度分别进行客观打分，具体如下：/n(1)按照车身结构性能要求，将零件性能分解为四个子维度，依次是安全、吸能、刚度和耐久，依次标记为X1、X2、X3、X4，并记录零件打分结果，针对一个具体零件性能的评估，取此零件所涉及到的最重要的车身结构性能进行打分，其它三个子维度评估值为零；/n(2)按照零件成形的典型特征要求，将零件成形分解为四个子维度，分别是深拉延、胀形、翻边和回弹，依次标记为Y1、Y2、Y3、Y4，并记录零件打分结果；/n(3)零件成本是单一维度，标记为Z，并记录零件打分结果；/n零件的综合评估涉及九个子维度的客观打分，每个维度的打分范围均为[1，N]，N表示最大评估值；/n第二步，材料供给客观打分：/n根据已选定的车身常用材料库中的每种材料，按照每种材料对安全性能和吸能性能要求的满足度、刚度耐久性能要求的适应度、成形要求的满足能力及成本要求的优势程度分别进行客观打分，具体如下：/n(1)按照每种材料对性能要求的满足度分解为与零件性能相对应的四个子维度，即抗弯曲、抗压溃、刚度和耐久，依次标记为x1、x2、x3、x4，并记录每种材料的打分结果；/n(2)按照每种材料对成形要求的满足能力分解为与零件成形相对应的四个子维度，分别是杯突、胀形、扩孔率和U型回弹，依次标记为y1、y2、y3、y4，并记录每种材料的打分结果；/n(3)将每种材料对应同一个零件的成本优势，标记为z，并记录每种材料对应此零件的打分结果，针对不同的零件需要重新打分；/n材料的综合评估涉及九个子维度的客观打分，每个子维度的打分范围均为[1，N]，N表示最大评估值；/n第三步，确定零件选材的初选对象：/n在第一步中，针对选定的零件，此零件性能的子维度打分结果为X，此零件成形的四个维度打分结果为Y1、Y2、Y3、Y4，此零件成本维度打分结果为Z，在车身零件选材库中，只有满足以下所有条件的材料才能被保留；/n(1)性能选材保留条件：将此零件性能客观打分结果X与材料性能对应的子维度评估值x相比,如果|X-x|≤1,则保留此材料，否则排除，在此性能条件中，材料性能维度与零件评估的性能维度相对应，材料性能评估的其它三个性能维度评估值均取为零；/n(2)成形选材保留条件：将此零件成形的四个维度客观打分结果Y1、Y2、Y3、Y4与材料成形的四个子维度评估值y1、y2、y3、y4相比，如果y1≥Y1,则保留此材料,否则排除；如果y2≥Y2,则保留此材料，否则排除；如果y3≥Y3,则保留此材料，否则排除；如果y4≥Y4,则保留此材料，否则排除；/n(3)成本选材保留条件：将此零件成本维度打分结果Z与材料成本的评估值z相比，如果z≥Z,则保留此材料，否则排除；/n经过以上三大保留条件的六个子维度的排除判断，车身材料库中未被排除的材料将作为此零件选材的初选对象；/n第四步，零件选材推荐：/na)根据性能偏好，对材料初选对象按照抗拉强度进行排序，抗拉强度越高的材料牌号被优先推荐；b)根据成形偏好，对材料初选对象按照抗拉强度进行排序，抗拉强度较低的材料牌号被优先推荐，若是热成形材料B1500HS，按其淬火前的材料抗拉强度计算；c)根据成本偏好，对材料初选对象按照成本的打分结果进行排序，较低的材料牌号的材料被推荐。/n...

【技术特征摘要】
1.一种汽车车身零件选材方法，其特征在于，其步骤包括：
第一步，零件需求客观打分：
针对车身的每个零件，按照制造此零件的性能重要度、成形难易程度、成本接受度分别进行客观打分，具体如下：
(1)按照车身结构性能要求，将零件性能分解为四个子维度，依次是安全、吸能、刚度和耐久，依次标记为X1、X2、X3、X4，并记录零件打分结果，针对一个具体零件性能的评估，取此零件所涉及到的最重要的车身结构性能进行打分，其它三个子维度评估值为零；
(2)按照零件成形的典型特征要求，将零件成形分解为四个子维度，分别是深拉延、胀形、翻边和回弹，依次标记为Y1、Y2、Y3、Y4，并记录零件打分结果；
(3)零件成本是单一维度，标记为Z，并记录零件打分结果；
零件的综合评估涉及九个子维度的客观打分，每个维度的打分范围均为[1，N]，N表示最大评估值；
第二步，材料供给客观打分：
根据已选定的车身常用材料库中的每种材料，按照每种材料对安全性能和吸能性能要求的满足度、刚度耐久性能要求的适应度、成形要求的满足能力及成本要求的优势程度分别进行客观打分，具体如下：
(1)按照每种材料对性能要求的满足度分解为与零件性能相对应的四个子维度，即抗弯曲、抗压溃、刚度和耐久，依次标记为x1、x2、x3、x4，并记录每种材料的打分结果；
(2)按照每种材料对成形要求的满足能力分解为与零件成形相对应的四个子维度，分别是杯突、胀形、扩孔率和U型回弹，依次标记为y1、y2、y3、y4，并记录每种材料的打分结果；
(3)将每种材料对应同一个零件的成本优势，标记为z，并记录每种材料对应此零件的打分结果，针对不同的零件需要重新打分；
材料的综合评估涉及九个子维度的客观打分，每个子维度的打分范围均为[1，N]，N表示最大评估值；
第三步，确定零件选材的初选对象：
在第一步中，针对选定的零件，此零件性能的子维度打分结果为X，此零件成形的四个维度打分结果为Y1、Y2、Y3、Y4，此零件成本维度打分结果为Z，在车身零件选材库中，只有满足以下所有条件的材料才能被保留；
(1)性能选材保留条件：将此零件性能客观打分结果X与材料性能对应的子维度评估值x相比,如果|X-x|≤1,则保留此材料，否则排除，在此性能条件中，材料性能维度与零件评估的性能维度相对应，材料性能评估的其它三个性能维度评估值均取为零；
(2)成形选材保留条件：将此零件成形的四个维度客观打分结果Y1、Y2、Y3、Y4与材料成形的四个子维度评估值y1、y2、y3、y4相比，如果y1≥Y1,则保留此材料,否则排除；如果y2≥Y2,则保留此材料，否则排除；如果y3≥Y3,则保留此材料，否则排除；如果y4≥Y4,则保留此材料，否则排除；
(3)成本选材保留条件：将此零件成本维度打分结果Z与材料成本的评估值z相比，如果z≥Z,则保留此材料，否则排除；
经过以上三大保留条件的六个子维度的排除判断，车身材料库中未被排除的材料将作为此零件选材的初选对象；
第四步，零件选材推荐：
a)根据性能偏好，对材料初选对象按照抗拉强度进行排序，抗拉强度越高的材料牌号被优先推荐；b)根据成形偏好，对材料初选对象按照抗拉强度进行排序，抗拉强度较低的材料牌号被优先推荐，若是热成形材料B1500HS，按其淬火前的材料抗拉强度计算；c)根据成本偏好，对材料初选对象按照成本的打分结果进行排序，较低的材料牌号的材料被推荐。


2.根据权利要求1所述的汽车车身零件选材方法，其特征在于，第一步和第二步中的最大评估值均取N＝7，在零件需求客观打分中，性能、成形和成本三大维度的评估值表示的偏好定义如下：



在材料供给客观打分中，性能、成形和成本三大维度的评估值偏好定义如下：





3.根据权利要求1所述的汽车车身零件选材方法,其特征在于，第二步中对车身常用材料库中的材料的性能、成形各子维度的打分如下：
步骤一，针对汽车车身常用材料库中的材料，即需要打分的材料，获取各材料的力学性能参数，力学性能参数包括屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率、局部延伸率和总延伸率；
步骤二，将需要打分的材料的各子维度分别与材料的力学性能参数进行匹配，材料性能匹配的具体关系是：材料的抗弯性能与抗拉强度和总延伸率进行匹配，材料的抗压溃性能与抗拉强度和总延伸率进行匹配，材料的刚度性能与屈服强度进行匹配，材料的耐久性能与屈服强度进行匹配；材料成形匹配的具体关系是：材料的杯突与均匀延伸率进行匹配，材料的胀形与均匀延伸率和局部延伸率进行匹配，材料的扩孔与局部延伸率进行匹配，材料的U型回弹与抗拉强度进行匹配；
步骤三，针对需要打分的材料的子维度，指定参照材料，并给定该参照材料相应子维度所对应匹配的力学性能参数的打分结果；
步骤四，以指定的参照材料的力学性能参数为基准，对获取的需要打分的材料的各子维度所匹配的力学性能参数，进行归一化计算，得出的结果为需要打分的材料的各子维度的打分结果。


4.根据权利要求3所述的汽车车身零件选材方法，其特征在于，所述步骤一中，对材料采用基于DIC测试技术的单轴拉伸试验方法获取材料的力学性能参数。


5.根据权利要求3所述的汽车车身零件选材方法，其特征在于，所述汽车车身常用材料库中的材料，包括如下各材料牌号的材料：DC01、DC03、DC04、DC05、DC06、HC180B、HC220B、HC180Y、HC220Y、HC260Y、HC300LA、HC340LA、HC380LA、HC420LA、HC250/450DP、HC340/590DP、HC420/780DP、HC700/980DP、HC820/1180DP、HC600/980QP、HC820/1180QP和B1500HS。


6.根据权利要求5所述的汽车车身零件选材方法，其特征在于，所述各材料牌号代表的材料的抗弯性能归一化结果A的处理如下：
所述步骤三中，指定B1500HS为参照材料，确定该参照材料的抗拉强度和总延伸率为参照抗拉强度和参照总延伸率，给定该参照材料的抗拉强度和总延伸率的打分结果均为7；
所述步骤四中包括如下步骤：
第一步，基于参照抗拉强度，对各材料牌号代表的材料的抗拉强度进行处理：如果材料的抗拉强度小于参照抗拉强度，则材料的抗拉强度取值为该材料于所述步骤一中获取的抗拉强度，如果材料的抗拉强度大于等于参照抗拉强度，则材料的抗拉强度取值为参照抗拉强度；基于参照总延伸率，对各材料牌号代表的材料的总延伸率进行处理：如果材料的总延伸率小于参照总延伸率，则材料的总延伸率取值为该材料于所述步骤一中获取的总延伸率，如果材料的总延伸率大于等于参照总延伸率，则材料的总延伸率取值为参照总延伸率；
第二步，对各材料牌号代表的材料的抗拉强度进行归一化处理：得出参照抗拉强度与经第一步处理后的材料的抗拉强度的差值的绝对值e；
由如下公式得出抗拉强度单位增量f，且f＝参照抗拉强度/均匀化系数，其中，均匀化系数为7；
基于给定的打分结果7，由如下公式得出抗拉强度的归一化处理结果：A1＝7-e/f；
对各材料牌号代表的材料的总延伸率进行归一化处理：得出参照总延伸率与经第一步处理后的材料的总延伸率的差值的绝对值g；
由如下公式得出总延伸率单位增量h，且h＝参照总延伸率/均匀化系数，其中，均匀化系数为7.5；
基于给定的打分结果7，由如下公式得出总延伸率的归一化处理结果：A2＝7-g/h；
第三步：取抗拉强度的归一化处理结果A1和总延伸率的归一化处理结果A2的平均值，即得出材料最终的归一化处理结果A。


7.根据权利要求5所述的汽车车身零件选材方法，其特征在于，各材料牌号代表的材料的抗压溃性能归一化结果B的处理如下：
所述步骤三中，指定HC340/590DP为参照材料，确定该参照材料的抗拉强度和总延伸率为参照抗拉强度和参照总延伸率，给定该参照材料的抗拉强度和总延伸率的打分结果均为7；
所述步骤四中包括如下步骤：
第一步，基于参照抗拉强度，对各材料牌号代表的材料的抗拉强度进行处理：如果材料的抗拉强度小于参照抗拉强度，则材料的抗拉强度取值为该材料于所述步骤一中获取的抗拉强度，如果材料的抗拉强度大于等于参照抗拉强度，则材料的抗拉强度取值为参照抗拉强度；基于参照总延伸率，对各材料牌号代表的材料的总延伸率进行处理：如果材料的总延伸率小于参照总延伸率，则材料的总延伸率取值为该材料于所述步骤一中获取的总延伸率，如果材料的总延伸率大于等于参照总延伸率，则材料的总延伸率取值为参照总延伸率；
第二步，对各材料牌号代表的材料的抗拉强度进行归一化处理：得出参照抗拉强度与经第一步处理后的材料的抗拉强度的差值的绝对值a；
由如下公式得出抗拉强度单位增量b，且b＝参照抗拉强度/均匀化系数，其中，均匀化系数为11；
基于给定的打分结果7，由如下公式得出抗拉强度的归一化处理结果：B1＝7-a/b；
对各材料牌号代表的材料的总延伸率进行归一化处理：得出参照总延伸率与经第一步处理后的材料的总延伸率的差值的绝对值c；
由如下公式得出总延伸率单位增量d，且d＝参照总延伸率/均匀化系数，其中，均匀化系数为7.5；
基于给定的打分结果7，由如下公式得出总延伸率的归一化处理结果：B2＝7-c/d；
第三步：取抗拉强度的归一化处理结果B1和总延伸率的归一化处理结果B2的平均值，即得出材料最终的归一化处理结果B。


8.根据权利要求5所述的汽车车身零件选材方法，其特征在于，各材料牌号代表的材料的刚度性能归一化结果C的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖锋，路洪洲，郭爱民，
申请(专利权)人：中信金属股份有限公司，武汉上善仿真科技有限责任公司，湖北省冶金材料分析测试中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11