一种商用车驾驶室白车身轻量化优化方法技术

本发明专利技术公开了一种商用车驾驶室的轻量化优化方法，采用SFE

【技术实现步骤摘要】
一种商用车驾驶室白车身轻量化优化方法


[0001]本专利技术涉及商用车驾驶室白车身轻量化设计领域，具体是一种商用车驾驶室白车身轻量化优化方法。

技术介绍

[0002]面对当前严峻的能源危机挑战，世界各国逐渐意识到节能减排具有重要意义。在汽车领域中，轻量化技术作为节能减排的一项关键技术，已经成为当前汽车行业的主要发展方向。白车身轻量化设计方法在乘用车上应用较为成熟，但在商用车领域，因评价指标的差异、应用场景的不同，使得新技术应用较少。
[0003]汽车轻量化设计的整体思路在保证其碰撞安全性、舒适性、经济性等前提下通过轻质材料、先进制造技术或车身结构轻量化三种途径减轻汽车质量。经初步检索，当前已有专利提出车身结构轻量化优化方法：
[0004]中国专利CN2018108529933公开了一种车身轻量化设计方法，该方法以灵敏度分析方法筛选变量，进而建立优化模型的轻量化优化方法，以优化前后是否满足刚度要求作为轻量化方案可行性的判断依据，但是未考虑碰撞安全性，对于实际工程应用推广存在一定的局限性。
[0005]中国专利CN2020102414149公开了一种基于碰撞性能优化的汽车白车身轻量化设计方法，该方法通过综合考虑材料、结构、工艺等要求，制定了一种汽车白车身在碰撞工况下的轻量化优化设计流程方法，通过对整车正面100％重叠刚性避障碰撞、整车正面40％重叠可变性避障碰撞有限元模型的求解，得到加速度值和位移侵入量等碰撞性能评价指标，然后对白车身进行灵敏度分析，根据灵敏度分析结果得到新的轻量化优化方案。/>[0006]上述两项专利分别针对车身静、动态性能工况进行轻量化优化设计，得出适用于不同性能状态的车身数据。然后，对于同一优化对象采用不同优化方法进行优化，所得的车身数据是否满足其他性能指标还有待考究。
[0007]另外，中国专利CN2020112625184公开了一种客车骨架轻量化的多学科优化方法，该方法运用Hyperstudy联合Optistruct全局响应面优化策略，以板厚为设计变量，以客车骨架总质量最小为目标，扭住应力及一阶模态频率为约束，对轻量化优化后的三种待选方案通过整车碰撞评价要求进一步地筛选出最优解，以确定最终的轻量化方案。该优化方法主要目标在于改善客车骨架静态性能下的扭转应力、低阶扭转频率，虽然考虑了碰撞安全性，但仅仅是将碰撞作为优化后的评价条件，即通过碰撞分析来检验优化方案是否满足安全性要求，以衡量客车骨架是否具有轻量化优化设计空间。满足碰撞安全性条件则确定为最终轻量化方案，反之不是，存在一定的局限性。
[0008]综上，若能将车身静态性能与碰撞性能并行考虑，同时加入优化设计流程，将更具全局优化性。

技术实现思路

[0009]针对上述情况，本专利技术提出了一种商用车驾驶室白车身轻量化优化方法，该方法以商用车驾驶室为优化对象，兼顾低阶弯扭模态频率、弯曲刚度、扭转刚度等各项静态线性响应以及正面碰撞时驾驶室侵入量等非线性响应的多学科优化设计方法，兼容了车身各项静
‑
动态性能，包容性广，优化效果好。
[0010]实现本专利技术目的的技术方案是：
[0011]一种商用车驾驶室白车身轻量化优化方法，包括龙骨框架及蒙皮结构，与现有技术不同的是：包括如下步骤：
[0012](1)建立商用车驾驶室白车身初步3D数据；
[0013](2)对建立的白车身初步3D数据进行拓扑分析，确保白车身初步3D数据与拓扑分析的结果一致；
[0014](3)采用SFE
‑
Concept软件建立商用车驾驶室隐式参数化模型；
[0015](4)初始性能分析及对标：对建立的隐式参数化模型进行初始性能分析，包括弯曲刚度工况、扭转刚度工况的静力分析，模态分析，驾驶室正面摆锤撞击分析，并与实验数据对标，保证各项性能指标误差在合理范围内；
[0016](5)确定优化目标与约束：将驾驶室质量、弯扭刚度作为优化目标，低阶弯扭模态频率、侵入量作为优化约束，板件厚度为优化变量；
[0017](6)以车身板厚为变量进行灵敏度分析，以便筛选关键变量；
[0018](7)通过灵敏度分析得到弯曲刚度、扭转刚度、质量、一阶模态频率、一阶扭转频率、正面碰撞等目标响应对所有厚度变量的敏度排序，选取对质量较敏感而对其他性能不敏感的变量作为最终的设计变量；
[0019](8)将步骤(7)得到的设计变量录入到步骤(3)建立好的商用车驾驶室险工参数化模型中，将定义好设计变更的模型作为后续优化设计模型；
[0020](9)选择优化拉丁超立方算法对步骤(8)的优化设计模型进行实验设计采样，以获取样本数据；
[0021](10)根据步骤(9)所得样本数据建立近似模型，并通过决定系数R2和均方根误差RSME检验近似模型的精度，其中
[0022][0023]式中：N为构造响应面模型的样本点数，y
i
为第i个响应仿真实际值；为第i个响应近似模型预测值；为仿真实际值的平均值；
[0024](11)建立优化设计数学模型：
[0025]Variable：D＝[d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7]T
[0026]d
imin
≤d
i
≤d
imax
[0027]Obiective：f(x)＝{minf(M)
‑
maxf(F
B
)
‑
maxf(F
T
)}
[0028]s.t：f
TM1
≥f
TM0
；f
BM1
≥f
BM0
；
[0029]f
a(min)
≤f
a
≤f
a(max)
f
b(min)
≤f
b
≤f
b(max)
[0030]f
c(min)
≤f
c
≤f
c(max) f
d(min)
≤f
d
≤f
d(max)
[0031]式中，D为厚度变量向量，d
i
为第i个厚度变量，d
imin
和d
imax
为第i个厚度变量下限及上限，minf(M)为驾驶室质量最小，单位Kg；maxf(F
B
)为弯曲刚度最大，单位Nm/
°
；maxf(F
T
)为扭转刚度最大，单位N/mm；f
TM0
、f
TM1
为优化前后一阶扭转模态，单位Hz；f
BM0
、f
BM1
为优化前后一阶弯曲模态，单位Hz；f
a(min)
、f
b(min)
、f
c(min)
、f
d(min)
、f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种商用车驾驶室白车身轻量化优化方法，包括龙骨框架及蒙皮结构，其特征是：包括如下步骤：(1)建立商用车驾驶室白车身初步3D数据；(2)对建立的白车身初步3D数据进行拓扑分析，使白车身初步3D数据与拓扑分析的结果一致；(3)采用SFE
‑
Concept软件建立商用车驾驶室隐式参数化模型；(4)初始性能分析及对标：对建立的隐式参数化模型进行初始性能分析，包括弯曲刚度工况、扭转刚度工况的静力分析，模态分析，驾驶室正面摆锤撞击分析，并与实验数据对标，保证各项性能指标误差在合理范围内；(5)确定优化目标与约束：将驾驶室质量、弯扭刚度作为优化目标，低阶弯扭模态频率、侵入量作为优化约束，板件厚度为优化变量；(6)以车身板厚为变量进行灵敏度分析，以便筛选关键变量；(7)通过灵敏度分析得到弯曲刚度、扭转刚度、质量、一阶模态频率、一阶扭转频率、正面碰撞等目标响应对所有厚度变量的敏度排序，选取对质量较敏感而对其他性能不敏感的变量作为最终的设计变量；(8)将步骤(7)得到的设计变量录入到步骤(3)建立好的商用车驾驶室险工参数化模型中，将定义好设计变更的模型作为后续优化设计模型；(9)选择优化拉丁超立方算法对步骤(8)的优化设计模型进行实验设计采样，以获取样本数据；(10)根据步骤(9)所得样本数据建立近似模型，并通过决定系数R2和均方根误差RSME检验近似模型的精度，其中式中：N为构造响应面模型的样本点数，y
i
为第i个响应仿真实际值；为第i个响应近似模型预测值；为仿真实际值的平均值；(11)建立优化设计数学模型：Variable：D＝[d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7]
T
d
imin
≤d
i
≤d
imax
Obiective：f(x)＝{minf(M)
‑
maxf(F
B
)
‑
maxf(F
T
)}s.t：f
TM1
≥f
TM0
；f
BM1
≥f
BM0
；f
a(min)
≤f
a
≤f
a(max)
f
b(min)
≤f
b
≤f
b(max)
f
c(min)
≤f
c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓聚才，蔡珍珍，刘凯扬，刘夫云，张瑞俊，张锦宙，段小勇，李建衡，汤金帅，杜中刚，王宝玉，彭雪梅，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：