[发明专利]基于车身自由变形的汽车减阻优化方法

说明书

本发明公开了一种基于车身自由变形的汽车减阻优化方法，该方法包括基于汽车车身STL文件和自由变形技术设计自由变形程序，建立汽车车身的参数化模型；以汽车的风阻系数为优化目标，考虑自由变形时车身正投影面积变化对风阻系数的影响，建立基于关键控制点进行自由变形的车身外流场仿真模型；基于样本点和响应构建kriging代理模型，利用遗传算法对所建立的kriging代理模型进行全局寻优，得到设计变量的最优组合；利用自由变形程序对原始车身STL文件进行变形处理，得到车身自由变形优化模型。本发明具有原理简单、可操作性强、设计灵活、可靠性高及适用面广等特点，对汽车空气动力学减阻优化研究具有重要指导和借鉴意义。

技术领域

本发明属于汽车车身空气动力学减阻仿真优化设计领域，特别涉及一种基于车身自由变形的汽车减阻优化方法。

背景技术

汽车车身设计和优化贯穿于整个汽车设计流程，在设计汽车车身时，不仅需要考虑车身的整车气动性能，还需要考虑汽车舒适性、安全性，并且要符合人们的审美观。只有在前期的车身概念设计阶段综合考虑各个相关因素，才能设计出气动性、舒适性、安全性及美学效果等都俱佳的车身。

随着人们环境保护意识的提高，以及国家的政策导向，新能源汽车越来越受到人们的追捧。但是面对目前新能源汽车续航能力不足的缺点，人们对于选择新能源汽车存在一定的疑虑。要提高新能源汽车的续航能力，一个有效的手段就是降低新能源汽车的空气阻力系数。国内外对于汽车气动减阻的研究主要集中于添加气动附件或者局部改形方面。然而，由于各个车型造型各异，各不相同，依靠工程师经验添加气动附件和局部改形具有很大的局限性、盲目性和低效性，只适用于某款车型且是车身设计后期改型，而不具有普适性，不适用于车身前期设计阶段气动性能的评估。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的以上问题，提出了一种基于车身自由变形的汽车减阻优化方法。

本发明的技术方案是：一种基于车身自由变形的汽车减阻优化方法，包括以下步骤：

S1、根据汽车车身模型STL文件和自由变形技术设计自由变形程序，建立汽车车身的参数化模型；

S2、以汽车的风阻系数为优化目标，考虑自由变形时车身正投影面积变化对风阻系数的影响，建立基于关键控制点进行自由变形的车身外流场仿真模型；

S3、根据样本点和响应构建kriging代理模型，利用遗传算法对所建立的kriging代理模型进行全局寻优，得到设计变量的最优组合；

S4、根据设计变量的最优组合，利用自由变形程序对原始车身STL文件进行处理，实现相应变形，采用逆向工程技术将变形后的车身STL文件转化为STEP文件，得到车身自由变形优化模型。

进一步地，所述步骤S1中，汽车车身模型STL文件采用ASCII明码格式，其包括文件路径及文件名的信息、三角面片单元的法线矢量坐标、三角形面片的3个顶点的x、y、z 坐标；根据STL文件的中三角形面片的一个顶点的数据格式，设计一个类Vertex来存放此顶点的三个坐标数据，将一个三角形面片的三个顶点的坐标数据类Vertex存放到容器vector变量中，并用容器vector存放三角形面片的法向量。

进一步地，所述步骤S1中，在平行框架中加入局部坐标系，构建局部坐标与全局坐标的对应关系，表示为

X＝X₀+sS+tT+uU

其中，X表示任意点的全局坐标，(s,t,u)表示任意点的局部坐标，X₀表示局部坐标系原点，(S,T,U)表示局部坐标系坐标轴；

在可变性平行框架中添加控制点栅格，在s方向形成l+1个平面，在t方向形成m+1个平面，在u方向形成n+1个平面，得到控制点坐标和任意点的笛卡儿坐标；

控制点坐标表示为