汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，包括步骤：S1、建立转向系统的有限元分析模型；S2、约束车身侧边界，对优化前的整车状态下转向系统进行模态分析，得到转向系统的典型模态频率；S3、进行钣金件的size优化工作；S4、获得钣金件的灵敏度系数和尺寸优化建议方案；S5、筛选出部分钣金件作为优化对象，进行钣金件的free size优化工作；S6、得到仪表板横梁优化云图，对仪表板横梁的局部位置进行减重，验证优化结果。本发明专利技术的汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，可以在满足汽车转向系统模态性能目标前提下，获得重量最轻的仪表板横梁结构。构。构。

【技术实现步骤摘要】
汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法


[0001]本专利技术属于汽车领域，具体地说，本专利技术涉及一种汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法。

技术介绍

[0002]随着国内排放法规及油耗目标的不断严苛要求，汽车各系统都要求在满足系统性能目标的基础上进行轻量化设计。仪表板横梁的结构刚性对于汽车的转向系统模态影响很大，在良好的仪表板横梁结构设计基础上，对仪表板横梁结构件进行料厚优化及挖孔减重，以满足仪表板横梁的重量目标及转向系统的性能目标要求。而现有的汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法并不能满足转向系统模态目标下的最优钣金料厚组合，也不能实现减重挖孔位置的合理设置，不能获得重量最轻的仪表板横梁结构。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，目的是在满足汽车转向系统模态性能目标前提下，获得重量最轻的仪表板横梁结构。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，包括步骤：
[0005]S1、建立转向系统的有限元分析模型；
[0006]S2、约束车身侧边界，对优化前的整车状态下转向系统进行模态分析，得到转向系统的典型模态频率；
[0007]S3、选择优化前的仪表板横梁上的钣金件料厚为设计变量，设定钣金件的料厚的上限值和下限值，设定优化约束条件和优化目标，分析钣金件的灵敏度系数，进行钣金件的size优化工作；
[0008]S4、获得钣金件的灵敏度系数和尺寸优化建议方案；
[0009]S5、基于钣金件的尺寸优化建议方案，进行钣金件的free size(自由尺寸)优化工作，筛选出部分钣金件作为优化对象，设定优化对象的料厚上限值和下限值，设定优化约束条件和优化目标，进行钣金件的free size(自由尺寸)优化工作；
[0010]S6、得到仪表板横梁优化云图，对仪表板横梁的局部位置进行减重，并验证优化结果。
[0011]所述步骤S2中，转向系统的典型模态频率包括侧向模态频率和垂向模态频率。
[0012]所述侧向模态频率为34.6Hz，所述垂向模态频率为38.8Hz。
[0013]所述步骤S3中，设定钣金件的料厚的上限值为初始设计料厚的1.3倍，下限值为1.0mm。
[0014]所述步骤S3中，设定优化约束条件为整车状态下转向系统的侧向模态频率，优化目标为仪表板横梁的钣金件重量最低。钣金料厚下限值弱低于1.0mm，易产生强度和疲劳风
险。
[0015]所述步骤S4中，若整车状态下转向系统的侧向模态频率未达到优化约束条件中的目标值，则返回继续执行步骤S3，继续进行钣金件的尺寸优化工作。
[0016]所述步骤S5中，设定优化对象的料厚的下限值为0mm，优化对象的上限值为步骤S3中所得的优化建议尺寸，类似钣金结构挖孔减重优化。
[0017]所述步骤S5中，设定优化约束条件为整车状态下转向系统的侧向模态频率，优化目标为仪表板横梁的钣金件重量最低。
[0018]本专利技术的汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，从整车NVH性能角度将仪表板横梁结构与转向系统模态联系起来，并以转向系统的模态为目标，分析仪表板横梁的钣金灵敏度，以追求满足转向系统模态目标下的最优钣金料厚组合，并寻求合理的减重挖孔位置，可以在满足汽车转向系统模态性能目标前提下，获得重量最轻的仪表板横梁结构。
附图说明
[0019]图1为模拟整车状态下转向系统分析模型示意图；
[0020]图2为基于转向系统侧向模态为目标的仪表板横梁钣金料厚灵敏度系数分布图；
[0021]图3为仪表板横梁size(尺寸)优化后钣金料厚建议方案示意图；
[0022]图4为free size(自由尺寸)优化筛选仪表板横梁大面积钣金示意图；
[0023]图5为free size(自由尺寸)优化后可挖孔优化钣金示意云图；
[0024]图6为验证free size(自由尺寸)优化方案后的转向系统侧向模态振型云图。
[0025]上述图中的标记均为：1、车身部分结构；2、仪表板横梁骨架结构；3、转向管柱及方向盘结构；4、仪表板总成质量点建模。
具体实施方式
[0026]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本专利技术的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
[0027]本专利技术提供了一种汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，包括如下的步骤：
[0028]S1、建立转向系统的有限元分析模型；
[0029]S2、约束车身侧边界，对优化前的整车状态下转向系统进行模态分析，得到转向系统的典型模态频率；
[0030]S3、选择优化前的仪表板横梁上的钣金件为设计变量，设定钣金件的料厚的上限值和下限值，设定优化约束条件和优化目标，分析钣金件的灵敏度系数，进行钣金件的size(尺寸)工作；
[0031]S4、获得钣金件的灵敏度系数和尺寸优化建议方案，并判断该尺寸优化建议方案是否为最优方案；
[0032]S5、根据钣金件的尺寸优化建议方案，进行钣金件的free size(自由尺寸)优化工作，筛选出部分钣金件作为优化对象，设定优化对象的料厚的上限值和下限值，设定优化约束条件和优化目标，进行钣金件的free size(自由尺寸)优化工作；
[0033]S6、得到仪表板横梁优化云图，对仪表板横梁的局部位置进行减重，并验证优化结
果。
[0034]具体地说，如图1至图3所示，仪表板横梁主要是由横梁本体和设置于横梁本体上的多个钣金件组成，仪表板横梁安装在汽车车身上，转向系统的转向管柱安装在仪表板横梁上。
[0035]在上述步骤S1中，读取仪表板横梁、转向系统及与车身连接附近的数据，将数据导入有限元前处理软件中，在有限元前处理软件建立转向系统的有限元分析模型；考虑仪表板上相关部件的质量，这些部件包括仪表板上的塑料件、空调压缩机、安全气囊和电器盒等，约束转向系统的有限元分析模型与车身侧相连接的6个自由度，校核转向系统有限元分析模型的准确性，模拟转向系统的整车状态，整车状态下的转向系统有限元分析模型如图1所示。
[0036]在上述步骤S2中，约束车身侧边界，对优化前的整车状态下转向系统进行模态分析，得到转向系统的典型模态频率，转向系统的典型模态频率包括侧向模态频率和垂向模态频率，侧向模态频率为34.6Hz，垂向模态频率为38.8Hz。因转向系统分析模态侧向模态频率较垂向低，所以优化方法中主要以侧向模态频率为主要评价指标。
[0037]仪表板横梁上设置多个钣金件。在上述步骤S3中，以优化前仪表板横梁上的各钣金件的料厚为设计变量，考虑到结构实施工艺及钣金件的结构强度与疲劳等因素，设定各钣金件的料厚的上限值为初始设计料厚的1.3倍，设定各钣金件的料厚的下限值为1.0mm，设定优化约束条件为整车状态下转向系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，其特征在于，包括步骤：S1、建立转向系统的有限元分析模型；S2、约束车身侧边界，对优化前的整车状态下转向系统进行模态分析，得到转向系统的典型模态频率；S3、选择优化前的仪表板横梁上的钣金件料厚为设计变量，设定钣金件的料厚的上限值和下限值，设定优化约束条件和优化目标，分析钣金件的灵敏度系数，进行钣金件的size优化工作；S4、获得钣金件的灵敏度系数和尺寸优化建议方案；基于钣金件的尺寸优化建议方案，进行钣金件的free size优化工作，筛选出部分钣金件作为优化对象，设定优化对象的料厚上限值和下限值，设定优化约束条件和优化目标，进行钣金件的free size优化工作；S6、得到仪表板横梁优化云图，对仪表板横梁的局部位置进行减重，并验证优化结果。2.根据权利要求1所述的汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，转向系统的典型模态频率包括侧向模态频率和垂向模态频率。3.根据权利要求2所述的汽车仪表板横梁尺寸优化设计方法，其特征在于，所述侧向模态频率为34.6Hz，所述垂向模态频率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：昌晶晶，王梁，孙敏，王洪斌，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：