一種汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在車身剛度、模態(tài)靈敏度優(yōu)化分析上，目前國內(nèi)公開文獻都是關(guān)于零部件靈敏度 的分析方法，這些方法都是基于車身單個零件板厚或者關(guān)于某個系統(tǒng)（多個完整零件組 成）的靈敏度優(yōu)化設計方法。如專利"一種汽車車身剛度的綜合靈敏度分析方法"（專利號 201210167422. 9)里綜合靈敏度分析是對多個完整零部件組成的系統(tǒng)進行靈敏度分析，考 察其對車身剛度的影響。傳統(tǒng)的分析方法只能計算出車身各個零件或者系統(tǒng)（多個完整零 件）的靈敏度，在車身剛度、模態(tài)分析上只能進行基于零件板厚的優(yōu)化，優(yōu)化對象和優(yōu)化空 間有限，車身結(jié)構(gòu)改進局限性較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出一種汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，可以計算出車身各區(qū)域參數(shù) 對車身剛度、模態(tài)的靈敏度，可以對車身區(qū)域參數(shù)進行更有針對性的優(yōu)化。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0005] -種汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，包括以下步驟：
[0006] 1)建立基于剛度或模態(tài)的白車身有限元模型，提取車身任意指定功能區(qū)域參數(shù)， 并進行編號；
[0007] 2)定義區(qū)域靈敏度變量，建立區(qū)域靈敏度分析模型；
[0008] 3)進行基于剛度或模態(tài)的區(qū)域靈敏度分析，并對各區(qū)域靈敏度進行排序；
[0009] 4)基于區(qū)域靈敏度排序結(jié)果，根據(jù)加強敏感區(qū)域、減弱不敏感區(qū)域和負敏感區(qū)域 的原則對區(qū)域結(jié)構(gòu)和零件厚度進行優(yōu)化；
[0010] 5)通過白車身性能試驗和優(yōu)化結(jié)果驗證，進行對標分析，如不滿足設計要求，則需 要進一步的區(qū)域結(jié)構(gòu)優(yōu)化和厚度優(yōu)化。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案是基于車身區(qū)域參數(shù)的靈敏度優(yōu)化技術(shù)。車身區(qū)域參數(shù)是指由 車身多個零部件、系統(tǒng)的局部或全部組成的任意指定功能區(qū)域參數(shù)。
[0012] 所述任意指定功能區(qū)域參數(shù)包括接頭區(qū)域參數(shù)、截面區(qū)域參數(shù)和連接區(qū)域參數(shù)。
[0013] 所述連接區(qū)域參數(shù)包括螺栓連接參數(shù)和焊接連接參數(shù)。
[0014] 所述螺栓連接參數(shù)包括螺栓孔的大小、數(shù)量和分布。
[0015] 所述焊接連接參數(shù)包括焊點的數(shù)量、密度和分布。
[0016]目前現(xiàn)有技術(shù)中對車身區(qū)域參數(shù)靈敏度尚無研究，這些是車身剛度、模態(tài)性能比 較關(guān)心的問題，在車身結(jié)構(gòu)改進時優(yōu)先加強哪些區(qū)域，在現(xiàn)有技術(shù)中并沒有明確的方向和 思路。而本發(fā)明中的任意指定區(qū)域是由系統(tǒng)的多個零件、系統(tǒng)的局部構(gòu)成的，其組成是不明 確的，其大小和范圍可以根據(jù)需要任意增減，而不像現(xiàn)有技術(shù)中那樣系統(tǒng)，一旦確定后就不 能再變動，由此可見現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的區(qū)別很明顯。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為：
[0018] 1、本發(fā)明的優(yōu)化設計方法可以計算出車身各區(qū)域參數(shù)對車身剛度、模態(tài)的靈敏度
[0019] 傳統(tǒng)的分析方法只能計算出車身各個零件或者系統(tǒng)（多個完整零件）的靈敏度， 在車身剛度、模態(tài)分析上只能進行基于零件板厚的優(yōu)化，優(yōu)化對象和優(yōu)化空間有限，車身結(jié) 構(gòu)改進局限性較大。本發(fā)明的設計方法可以計算出車身任意指定功能區(qū)域參數(shù)對于車身剛 度、模態(tài)的靈敏度，其中區(qū)域參數(shù)包括接頭、截面、螺栓連接參數(shù)（螺栓孔的大小、數(shù)量、分 布）、焊接連接參數(shù)（焊點數(shù)量、密度、分布）等其他車身區(qū)域參數(shù)。該優(yōu)化設計方法范圍 廣；在優(yōu)化空間方面，該優(yōu)化設計方法在車身搭接區(qū)域、接頭區(qū)域、截面等方面進行傳遞路 徑的優(yōu)化，使得承載結(jié)構(gòu)更加合理，相對于現(xiàn)有技術(shù)中僅限于板厚的優(yōu)化，思路拓展更大。
[0020] 2、本發(fā)明的優(yōu)化設計方法針對車身區(qū)域參數(shù)進行更有針對性的優(yōu)化
[0021] 根據(jù)車身區(qū)域參數(shù)靈敏度結(jié)果，可以明確地確定優(yōu)化區(qū)域和方向，對區(qū)域參數(shù) (接頭、截面、焊點或其他）進行更有針對性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和輕量化，提升車身剛度、模態(tài)，進 而提高車身安全、耐久性和NVH性能。
【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023] 圖1為本發(fā)明所述的汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法的流程圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明實施例所述的白車身接頭區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖中：
[0026] 1、D柱下接頭；2、D柱上接頭；3、B柱下接頭；4、A柱下接頭；5、B柱上接頭；6、A柱 中間接頭；7、C柱下接頭；8、C柱上接頭；9、A柱上接頭；10、D柱中間接頭；11、C柱中間接 頭。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028] 本實施例以基于接頭區(qū)域靈敏度分析的白車身優(yōu)化設計為例進行說明：
[0029] 1、接頭區(qū)域靈敏度建模分析：
[0030] a)建立白車身剛度或模態(tài)分析模型并調(diào)試好；
[0031] b)建立接頭區(qū)域靈敏度分析模型：
[0032] 對白車身的11個接頭屬性進行定義，并作為分析變量，如圖2所示。以前縱梁扭 轉(zhuǎn)工況下的位移函數(shù)或尾門框菱形模態(tài)（也可選取整體一階扭轉(zhuǎn)、彎曲模態(tài)）作為約束，以 白車身質(zhì)量M最小作為目標變量，提交優(yōu)化計算求解器進行計算；
[0033] 2、區(qū)域靈敏度結(jié)果提?。?br>[0034] 提取接頭區(qū)域靈敏度分析計算結(jié)果，表1為本實施例中的白車身接頭區(qū)域扭轉(zhuǎn)剛 度靈敏度結(jié)果：
[0035] 表 1
[0037] 備注：靈敏度歸一化是指各靈敏值除以絕對值最大的靈敏度值后的百分比。
[0038] 3、根據(jù)區(qū)域靈敏度結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化：
[0039] 在提取基于扭轉(zhuǎn)剛度、模態(tài)的接頭區(qū)域靈敏度結(jié)果的基礎上，根據(jù)加強敏感區(qū)域、 減弱不敏感區(qū)域和負敏感區(qū)域的原則，重點加強了 D柱下接頭、D柱上接頭、A柱上接頭和 B柱上接頭，同時對C柱下接頭和D柱下接頭進行弱化，通過對接頭區(qū)域結(jié)構(gòu)和零件厚度進 行合理優(yōu)化，優(yōu)化后白車身質(zhì)量降低了 1.9%，輕量化系數(shù)降低了 6. 9%，扭轉(zhuǎn)剛度提高了 5. 28%，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)提高了 5. 7%，在實現(xiàn)車身輕量化的前提下，優(yōu)化后白車身剛度、模態(tài) 和輕量化性能均有一定程度的提升。
[0040] 4、白車身剛度、模態(tài)試驗驗證：
[0041] 白車身扭轉(zhuǎn)剛度測試值相對優(yōu)化仿真值有2%的誤差，輕量化系數(shù)測試值相對優(yōu) 化仿真值有-1.8%的誤差，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)相對優(yōu)化仿真值有1.4%的誤差，，滿足設計目 標要求，也充分驗證了本實施例中的該車型基于接頭區(qū)域靈敏度分析的白車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設 計是合理的和可實施的。
[0042] 本發(fā)明的創(chuàng)新點為：
[0043] 1、傳統(tǒng)靈敏度優(yōu)化對象是車身單個零件板厚或是某個車身系統(tǒng)里的各組成零件 的厚度，這些零件都是明確的，且僅限于板厚的優(yōu)化；而本發(fā)明中區(qū)域靈敏度優(yōu)化對象是一 些不明確的零件板厚，其大小和范圍可以根據(jù)需要任意增減，而不像單個零件或系統(tǒng)一旦 確定后就不能再變動，兩者區(qū)別很明顯。
[0044] 2、區(qū)域靈敏度優(yōu)化對象可以是任意指定功能區(qū)域的不明確零件板厚，還可以是車 身任意指定功能區(qū)域的參數(shù)，例如螺栓連接參數(shù)（螺栓孔的大小、數(shù)量、分布）、焊接連接參 數(shù)（焊點數(shù)量、密度和分布）等其他車身區(qū)域參數(shù)，相對于傳統(tǒng)靈敏度優(yōu)化，種類更多，優(yōu)化 范圍更廣；
[0045] 3、對于傳統(tǒng)板厚靈敏度優(yōu)化方法，車身同一接頭區(qū)域中不同零件組成部分的剛 度、模態(tài)靈敏度值不同；對于本發(fā)明的區(qū)域靈敏度優(yōu)化方法，同一接頭區(qū)域不同零件組成部 分的剛度、模態(tài)靈敏度值相同，在輕量化分析中簡化、減少了分析變量，這為車身輕量化提 供了一種新的思路；
[0046] 4、在優(yōu)化空間方面，本發(fā)明的方法在車身搭接區(qū)域、接頭區(qū)域、截面等方面進行傳 遞路徑的優(yōu)化，使得承載結(jié)構(gòu)更加合理，相對于傳統(tǒng)板厚靈敏度優(yōu)化，優(yōu)化空間和思路拓展 更大；
[0047] 5、本發(fā)明的方法優(yōu)化區(qū)域和方向明確，效率較傳統(tǒng)靈敏度優(yōu)化方法高，可以對車 身關(guān)鍵區(qū)域結(jié)構(gòu)進行更有針對性的改進，提高車身剛度、模態(tài)，進而改善車身強度，降低基 礎應力，提高車身NVH性能。
[0048] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 建立基于剛度或模態(tài)的白車身有限元模型，提取車身任意指定功能區(qū)域參數(shù)，并進 行編號； 2) 定義區(qū)域靈敏度變量，建立區(qū)域靈敏度分析模型； 3) 進行基于剛度或模態(tài)的區(qū)域靈敏度分析，并對各區(qū)域靈敏度進行排序； 4) 基于區(qū)域靈敏度排序結(jié)果，根據(jù)加強敏感區(qū)域、減弱不敏感區(qū)域和負敏感區(qū)域的原 則對區(qū)域結(jié)構(gòu)和零件厚度進行優(yōu)化； 5) 通過白車身性能試驗和優(yōu)化結(jié)果驗證，進行對標分析，如不滿足設計要求，則需要進 一步的區(qū)域結(jié)構(gòu)優(yōu)化和厚度優(yōu)化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，其特征在于：所述任意 指定功能區(qū)域參數(shù)包括接頭區(qū)域參數(shù)、截面區(qū)域參數(shù)和連接區(qū)域參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，其特征在于：所述連接 區(qū)域參數(shù)包括螺栓連接參數(shù)和焊接連接參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，其特征在于：所述螺栓 連接參數(shù)包括螺栓孔的大小、數(shù)量和分布。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，其特征在于：所述焊接 連接參數(shù)包括焊點的數(shù)量、密度和分布。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種汽車車身區(qū)域靈敏度優(yōu)化設計方法，包括以下步驟：1)建立基于剛度或模態(tài)的白車身有限元模型，提取車身任意指定功能區(qū)域參數(shù)，并進行編號；2)定義區(qū)域靈敏度變量，建立區(qū)域靈敏度分析模型；3)進行基于剛度或模態(tài)的區(qū)域靈敏度分析，并對各區(qū)域靈敏度進行排序；4)基于區(qū)域靈敏度排序結(jié)果，根據(jù)加強敏感區(qū)域、減弱不敏感區(qū)域和負敏感區(qū)域的原則對區(qū)域結(jié)構(gòu)和零件厚度進行優(yōu)化；5)通過白車身性能試驗和優(yōu)化結(jié)果驗證，進行對標分析，如不滿足設計要求，則需要進一步的區(qū)域結(jié)構(gòu)優(yōu)化和厚度優(yōu)化。本發(fā)明的有益效果為：可以計算出車身各區(qū)域參數(shù)對車身剛度、模態(tài)的靈敏度，可以對車身區(qū)域參數(shù)進行更有針對性的優(yōu)化。
【IPC分類】B62D65/00, G06F17/50
【公開號】CN105320784
【申請?zhí)枴緾N201410311200
【發(fā)明人】武敬偉, 胡朝輝, 呂俊成, 郭濤, 陳少偉, 曾土偉
【申請人】上汽通用五菱汽車股份有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年7月1日