一种乘用车轻量化仿真设计方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及仿真技术领域，具体的说是一种乘用车轻量化仿真方法、装置、设备及存储介质。包括以下步骤：步骤一、构建仿真模型；步骤二、设定优化目标；步骤三、区分安全与非安全件；步骤四、构建轻量化代理模型；步骤五、验证代理模型准确性；步骤六、多目标轻量化设计；步骤七、验证性能达标状态；步骤八、确定轻量化方案。本发明专利技术通过流程重构，通过安全件与非安全件区分，非安全件可实现快速迭代，对安全指标影响小；安全件通过贡献度分析，可有效降低构建代理模型变量数量，可大大降低构建代理模型的需求数量。通过本发明专利技术流程，可实现整车级料厚优化效率提升50％以上，更好适用于整车持续压缩的项目开发周期的需求。的项目开发周期的需求。的项目开发周期的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种乘用车轻量化仿真设计方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及仿真
，具体的说是一种乘用车轻量化仿真方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]由于燃油消耗的要求，乘用车车身设计轻量化成为重要热点，可通过结构及组合厚度优化实现整车重量降低，提升燃油经济性/续航能力。由于车身设计与结构强度、耐撞性能、NVH性能紧密相关，因此在设计中如果变更单一组件也需要验证其余性能。因此，多学科、多目标设计轻量化方法应运而生，主要是通过变量选取，通过大量计算建立数据简化的代理模型，进而通过科学求解，快速确定最优解集。涉及多学科优化的难点主要在于：(1)如何集成安全于非安全件的集成优化，主要原因是非安全性能求解是线性分析，可较好识别每个件对于性能变化的灵敏度；但安全分析属于非线性分析，其组件暂无相关灵敏度的筛选。(2)代理模型的准确性，要提高代理模型的准确性现在方法主要是通过增加计算样本量，但对计算资源需求大、会大大降低分析效率，进而降低项目开发的适用性。现有的多目标、多学科优化主要缺陷：(1)未区分安全件和安全件，在构建代理模型时存在交叉部分，性能交互影响，会影响代理模型精度；(2)为了发挥更大的轻量化潜力，构建代理模型中计算量大，大大降低了多学科、多目标优化的效率，在实际项目开发中不满足快速响应、及时评价的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种乘用车轻量化仿真方法、装置、设备及存储介质，通过流程重构，通过安全件与非安全件区分，非安全件可实现快速迭代，对安全指标影响小；安全件通过贡献度分析，可有效降低构建代理模型变量数量，可大大降低构建代理模型的需求数量。通过本专利技术流程，可实现整车级料厚优化效率提升50％以上，更好适用于整车持续压缩的项目开发周期的需求，解决了多学科优化存在的上述问题。
[0004]本专利技术技术方案结合附图说明如下：
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种乘用车轻量化仿真方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、构建仿真模型；
[0007]步骤二、设定优化目标；
[0008]步骤三、区分安全与非安全件；
[0009]步骤四、构建轻量化代理模型；
[0010]步骤五、验证代理模型准确性；
[0011]步骤六、多目标轻量化设计；
[0012]步骤七、验证性能达标状态；
[0013]步骤八、确定轻量化方案。
[0014]进一步地，所述步骤一的具体方法如下：
[0015]构建仿真模型包括构建整车耐撞模型、结构强度模型和NVH模型。
[0016]进一步地，所述步骤二中的优化目标包括重量目标和性能目标；
[0017]其中，所述重量目标通过白车身的轻量化来实现；具体方法如下：
[0018]采用轻量化系数表，计算公式为：
[0019][0020]式中，L为白车身轻量化系数；m为白车身质量；C1为白车身静态扭转刚度；A为四轮间的正投影面积即前、后轮平均轮距乘以轴距；
[0021]所述性能目标通过整车耐撞性能目标、结构强度目标和NVH目标来实现；具体如下：
[0022]所述整车耐撞性能目标通过设定最优的侵入量和车辆碰撞加速度实现；
[0023]所述结构强度目标的实现方法如下：
[0024](1)车身的弯曲刚度用车身受到的总的载荷F与沿受力方向左右纵梁上产生的最大变形量z1和z2平均值的比值来表示，车身弯曲刚度的计算公式为：
[0025][0026]式中，F为加载力；z1为车身右侧纵梁所选测点Z向最大位移绝对值；z2为车身左侧纵梁所选测点Z向最大位移绝对值；
[0027](2)白车身的扭转刚度的计算公式为：
[0028][0029]K＝M/A
[0030]式中，A为扭转角；Z
f
为前梁上两测点Z向相对位移；Y
f
为前梁上两测点Y向相对位移；Z
r
为尾部梁上两测点Z向相对位移；Y
r
为尾部梁上两测点Y向相对位移；M为加载扭矩；
[0031]所述NVH目标通过设定最优的车身一阶扭转模态频率和一阶弯曲模态频率实现。
[0032]进一步地，所述步骤三的具体方法如下：
[0033]31)根据耐撞工况，分为正面碰撞、侧面碰撞、后部碰撞等，将不同工况的车身结构分为碰撞区与非碰撞区；碰撞区内提取相应工况的吸能量E(i)，然后将能量归一化处理，计算出每个组件的吸能比E
r
(i)，具体公式为：
[0034][0035]式中，E
r
(i)为每个零件的吸能比；E(i)为每个零件的吸能量；E
t
为所有零件总的吸能量；M(i)为每个部件的质量；M
t
为所有部件总质量；
[0036]非碰撞区内提取典型端面得传力峰值F
max
(i)，然后将能量归一化；计算出每个组件的传力比F
r
(i)，具体公式为：
[0037][0038]式中，F
r
(i)为每个零件的传力比；F(i)为每个典型接头位置的传力峰值；F
t
为总的传力峰值；
[0039]对碰撞区组件吸能比、非碰撞区域内传力比进行排序，选取比吸能大于0.1的组件作为优化变量；
[0040]按照比吸能，选取5％
‑
10％以上比吸能部件作为安全件后，剩余零件归类为非安全件；
[0041]32)对非安全件通过部件灵敏度进行选择；车身质量、模态、刚度的灵敏度通过软件求出；
[0042]33)引入比值灵敏度反应变化幅度，求得比值灵敏度后，与1作比较给出盘点结果；
[0043]34)将弯刚
‑
质量比值灵敏度值作为核心考察指标，采取如下非安全件二次筛选方法：
[0044]弯刚
‑
质量比值灵敏度为负值部件，考虑保留，通过减厚来同时达到减重和增加车身弯曲刚度目的；
[0045]弯刚
‑
质量比值灵敏度为正值且较小部件，用来减厚；
[0046]弯刚
‑
质量比值灵敏度为正值且较大部件，用来增厚，以弥补减重造成的模态、刚度性能缺失；
[0047]35)结合灵敏度分析方法，选取相应个数的车身部件作为轻量化的优化变量。
[0048]进一步地，所述步骤四的具体方法如下：
[0049]41)构建三个代理模型：
[0050]构建安全件结构强度及NVH代理模型；
[0051]构建安全件整车耐撞仿真代理模型；
[0052]构建非安全件结构强度及NVH代理模型；
[0053]42)构建代理模型后，需要对代理模型的精度做出评判，采用R^2值来进行代理模型精度评价，R^2值其值域为[0,1]，越接近1，代理模型精度越高，反之越接近0则代理模型精度越低。
[0054]进一步地，所述步骤五本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乘用车轻量化仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建仿真模型；步骤二、设定优化目标；步骤三、区分安全与非安全件；步骤四、构建轻量化代理模型；步骤五、验证代理模型准确性；步骤六、多目标轻量化设计；步骤七、验证性能达标状态；步骤八、确定轻量化方案。2.根据权利要求1所述的一种乘用车轻量化仿真方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：构建仿真模型包括构建整车耐撞模型、结构强度模型和NVH模型。3.根据权利要求1所述的一种乘用车轻量化仿真方法，其特征在于，所述步骤二中的优化目标包括重量目标和性能目标；其中，所述重量目标通过白车身的轻量化来实现；具体方法如下：采用轻量化系数表，计算公式为：式中，L为白车身轻量化系数；m为白车身质量；C1为白车身静态扭转刚度；A为四轮间的正投影面积即前、后轮平均轮距乘以轴距；所述性能目标通过整车耐撞性能目标、结构强度目标和NVH目标来实现；具体如下：所述整车耐撞性能目标通过设定最优的侵入量和车辆碰撞加速度实现；所述结构强度目标的实现方法如下：(1)车身的弯曲刚度用车身受到的总的载荷F与沿受力方向左右纵梁上产生的最大变形量z1和z2平均值的比值来表示，车身弯曲刚度的计算公式为：式中，F为加载力；z1为车身右侧纵梁所选测点Z向最大位移绝对值；z2为车身左侧纵梁所选测点Z向最大位移绝对值；(2)白车身的扭转刚度的计算公式为：K＝M/A式中，A为扭转角；Z
f
为前梁上两测点Z向相对位移；Y
f
为前梁上两测点Y向相对位移；Z
r
为尾部梁上两测点Z向相对位移；Y
r
为尾部梁上两测点Y向相对位移；M为加载扭矩；所述NVH目标通过设定最优的车身一阶扭转模态频率和一阶弯曲模态频率实现。4.根据权利要求1所述的一种乘用车轻量化仿真方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：
31)根据耐撞工况，分为正面碰撞、侧面碰撞、后部碰撞等，将不同工况的车身结构分为碰撞区与非碰撞区；碰撞区内提取相应工况的吸能量E(i)，然后将能量归一化处理，计算出每个组件的吸能比E
r
(i)，具体公式为：式中，E
r
(i)为每个零件的吸能比；E(i)为每个零件的吸能量；E
t
为所有零件总的吸能量；M(i)为每个部件的质量；M
t
为所有部件总质量；非碰撞区内提取典型端面得传力峰值F
max
(i)，然后将能量归一化；计算出每个组件的传力比F
r
(i)，具体公式为：式中，F
r
(i)为每个零件的传力比；F(i)为每个典型接头位置的传力峰值；F
t
为总的传力峰值；对碰撞区组件吸能比、非碰撞区域内传力比进行排序，选取比吸能大于0.1的组件作为优化变量；按照比吸能，选取5％
‑
10％以上比吸能部件作为安全件后，剩余零件归类为非安全件；32)对非安全件通过部件灵敏度进行选择；车身质量、模态、刚度的灵敏度通过软件求出；33)引入比值灵敏度反应变化幅度，求得比值灵敏度后，与1作比较给出盘点结果；34)将弯刚
‑
质量比值灵敏度值作为核心考察指标，采取如下非安全件二次筛选方法：弯刚
‑
质量比值灵敏度为负值部件，考虑保留，通过减厚来同时达到减重和增加车身弯曲刚度目的；弯刚
‑
质量比值灵敏度为正值且较小部件，用来减厚；弯刚
‑
质量比值灵敏度为正值且较大部件，用来增厚，以弥补减重造成的模态、刚度性能缺失；35)结合灵敏度分析方法，选取相应个数的车身部件作为轻量化的优化变量。5.根据权利要求1所述的一种乘用车轻量化仿真方法，其特征在于，所述步骤四的具体方法如下：41)构建三个代理模型：构建安全件结构强度及NVH代理模型；构建安全件整车耐撞仿真代理模型；构建非安全件结构强度及NVH代理模型；42)构建代理模型后，需要对代理模型的精度做出评判，采用R^2值来进行代理模型精度评价，R^2值其值域为[0,1]，越接近1，代理模型精度越高，反之越接近0则代理模型精度越低。6.根据权利要求1所述的一种乘用车轻量化仿真方法，其特征在于，所述步骤五的具体方法如下：
51)构建完代理模型后，交互验证构建代理模型的准确性；将代理模型与原模型的所有部件采用相同厚度，分别带入某一组车身所有零件的指定厚度；52)将代理模型数据与原模型计算结果进行对比，要求输出指标偏差＜10％；53)如不满足52)的要求，则需要补充取样数量，重新构造代理模型以提升代理模型精度。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：籍龙波，丁建鹏，杨航，王士彬，杨广宇，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：