申请/专利权人：桂林电子科技大学;东风柳州汽车有限公司

申请日：2021-12-24

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN114239149B

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/23;G06F119/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.04.12#实质审查的生效;2022.03.25#公开

摘要：本发明公开了一种基于碰撞性能优化的商用车驾驶室白车身轻量化方法，该方法以商用车驾驶室为优化对象，考虑基于正面碰撞工况下，首先采用结构灵敏度分析的方法识别车身在碰撞条件下的关键结构，再综合Isight软件中的贡献度分析筛选变量，以驾驶室的仪表板、转向管柱、方向盘侵入量等碰撞性能指标作为优化设计的非线性响应，最后利用近似模型进行优化求解。该方法优化效果好，且同时考虑了车身碰撞安全性与轻量化要求，具有一定的工程实际应用价值，可推广性强。经测试，采用本发明的方法，优化前相比，驾驶室质量减轻了13.8kg，仪表板、转向管柱、方向盘的侵入量基本不变，优化后的车身数据均满足碰撞法规要求。

主权项：1.一种基于碰撞性能优化的商用车驾驶室白车身轻量化方法，所述商用车驾驶室包括龙骨框架和蒙皮结构，其特征在于，该方法包括如下步骤：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，确保白车身初步3D数据与拓扑分析的结果一致；3驾驶室正面碰撞工况建模及仿真分析：采用HyperMesh建立商用车驾驶室碰撞有限元模型，按照碰撞仿真要求，在Ls-dyna中设置相应的关键字，包括求解控制关键字和结果输出关键字，并进行碰撞仿真分析，得到驾驶室被动安全性指标，驾驶室被动安全性指标包括驾驶员腿部与仪表台水平距离L1、腹部与方向盘水平距离L2、腿部与转向管柱的距离L3、腿部与方向盘垂直距离L4；4利用HyperMesh对驾驶室白车身进行结构灵敏度分析，得到碰撞工况的灵敏度数值；所述的碰撞工况，包括A柱撞击、正面撞击、顶部强度试验、后围抗压，其中：所述A柱撞击，撞击器为钢制且质量均匀分布的圆柱体，撞击器质量不小于1000Kg，棱边的圆角半径不小于1.5mm；所述正面撞击，撞击器为钢制且质量均匀分布，撞击器质量大于或等于1500Kg；撞击器的撞击面为平整的矩形，棱边的圆角半径为10±5mm；所述顶部强度试验，当试验车辆为最大设计总质量大于7500Kg的N2类车辆和所有的N3类车辆时，进行动态预加载试验和顶部静压试验，且用同一个驾驶室完成；当试验车辆为最大设计总质量不大于7500Kg的N2类车辆和所有的N1类车辆时，只进行顶部静压试验；所述后围抗压，是通过置于车架上的不小于整个后围的刚性壁障，施加在车架以上部分的驾驶室后围上，刚性壁障垂直于车辆的纵向中心轴线，且平行于中心轴线移动，加载力为车辆最大允许，装载质量每1000kg施加1.96kN的静载荷；5根据灵敏度分析结果选取设计变量：以结构灵敏度数值大小排序为原则，将驾驶室白车身的前围、后围、侧围、顶盖分为若干区域的若干组，作为后续变量筛选的参考依据；所述灵敏度数值大小排序，是将步骤4利用HyperMesh分析出的A柱撞击、正面撞击、顶部强度试验、后围抗压的灵敏度数值的大小降序排列，分别取前20个灵敏度数值所对应的结构作为分组对象，为最终选取适量的结构变量中的板件厚度变量做准备；6定义优化问题：将驾驶室仪表板、转向管柱、方向盘的侵入量作为设计响应，将驾驶室质量最小作为优化目标，以步骤5中分组变量的厚度作为优化变量，定义的优化问题模型为：Variable：D＝[d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8]Tdimin≤di≤dimaxObiective：fx＝{minfM}s.t：famin≤fa≤famaxfbmin≤fb≤fbmaxfcmin≤fc≤fcmaxfdmin≤fd≤fdmax其中D为厚度变量向量，di为第i个厚度变量，dimin和dimax为第i个厚度变量下限及上限，minfM为驾驶室质量最小；famin、fbmin、fcmin、fdmin、famax、fbmax、fcmax、fdmax分别为转向管柱、方向盘、仪表板、仪表板骨架侵入量下限与上限；7DOE实验设计：选择优化拉丁超立方算法对步骤6的优化设计问题进行实验设计采样，具体包括如下步骤：7-1配置总体实验设计方案：采用优化拉丁超立方实验设计方法进行实验设计、选取适量设计点、设定合适的DOE运行时长；7-2确定实验设计的因素与水平，包含设计变量的选取，设计变量的上下限、步长的设置等；7-3根据上一步设定好的设计参数，建立实验设计矩阵；7-4定义数据后处理：设置优化目标、权重，并选择合适的数据分析方法；7-5实施实验，收集数据；8根据步骤7的样本数据，导入Isight软件中并提取贡献度排序图，获取对质量响应较大的变量，再综合步骤5中的结构灵敏度分组，确定对质量及正面碰撞性能影响较大的关键设计变量，进行第二轮实验设计，得到以筛选后的设计变量为最终设计变量的DOE样本数据，为下一步构建近似模型提供数据集；9构建近似模型：根据步骤8第二轮实验设计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；所述的近似模型为克里格模型，具体是：假设x0为未观测的需要估值的点，x1，x2，…，xN为其周围的观测点，观测值相应为yx1，yx2，…，yxN；将未测点的估值记为由相邻观测点的已知观测值加权取和求得： 其中λi为待定加权系数，λi其满足以下两个条件：a无偏估计：设估值点的真值为yx0，由于模型空间变异性的存在，yxi、yx0均视为随机变量，当为无偏估计时： 即b估值和真值yx0之差的方差最小，即 其中γxi,xj表示以xi和xj两点间的距离作为间距h时参数的半方差值，γxi,x0是以xi和x0两点之间的距离作为间距h时参数的半方差值；所述决定系数R2的计算公式为： 其中N为构造响应面模型的样本点数，yi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；10采用NSGAII优化算法对克里格近似模型进行求解，具体包括如下步骤：10-1初始化种群：设置算法的基本参数，包括种群规模、交叉变异概率、迭代次数，随机生成M个个体作为初始种群Pt；10-2个体评价：计算Pt中各个体的适应度值10-3父代种群个体进行选择、交叉、变异运算产生子代种群，10-4将父代种群和子代种群合并，形成新种群，并对新种群的个体进行快速非支配排序；10-5计算新种群的个体拥挤度距离，并筛选出群体中适应度高的个体，进入下一代Pt+1；10-6终止条件判断，若满足，条件算法终止，否则迭代次数加1，转向步骤2；11验证：对轻量化结果进行可行性检验与分析，依据车身设计要求更改车身钣金件厚度，形成更新的BOM表。

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