[发明专利]一种汽车车身耐撞性和轻量化快速设计方法

说明书

本发明公开了一种汽车车身耐撞性和轻量化快速设计方法，以汽车车身薄壁结构厚度作为设计参数，达到以保证汽车耐撞性的情况下降低汽车的重量，或保证汽车不变重的情况下提升汽车的耐撞性为设计目标，在使用有限次的有限元仿真评价的情况下，达到对汽车车身结构进行优化设计的目的。

技术领域

本发明涉及汽车结构设计领域，特别是汽车车身耐撞性和轻量化快速设计方法。

背景技术

汽车轻量化设计是汽车工程领域的一个重要的讨论课题，其主要关注以下两个方面：

1)耐撞性：耐撞性主要关注汽车的安全性。随着我国经济的快速发展，我国的汽车保有量逐年提升。截止到2022年3月，我国的汽车保有量达到了4亿。随着汽车数量的迅猛增长，交通安全成为了无法忽视的问题。仅2021年一年，我国交通事故伤亡就达到了250723人。为了尽可能保护车主和乘客的安全，在对汽车结构进行设计时，应尽可能考虑，在汽车发生碰撞时，如何保证司机和乘客不会受伤。而耐撞性设计正是基于这种考虑。在耐撞性设计中，通过对汽车的吸能部件，如保险杠、吸能盒、B柱等，的结构进行合理设计，使得碰撞发生时，这些部件能够尽可能的吸收能量，从而避免乘客因碰撞造成伤害。

2)轻量化：轻量化主要考虑汽车的燃料消耗。众所周知，汽车的动力来源主要依赖于化石燃料的燃烧。然而，随着2022年初的能源危机的到来，化石燃料的价格急剧增长。显然，对于大多数车主而言，这会带来较大的经济压力。与此同时，化石燃料的燃烧还会引起一系列的环境问题，如空气污染、温室效应等。因此，面对着来自于经济和环境的双重压力下，节约汽车的燃料消耗也是汽车结构设计的一大主旋律。在这样的背景下，汽车结构的轻量化显得尤为重要。据统计，汽车车身每减重10％，汽车的燃料消耗将减少6％-8％。

事实上，在对车身结构进行设计时，需要同时考虑耐撞性和轻量化，即耐撞性和轻量化设计问题。整个设计过程通常按以下方式实现。首先，将整个设计过程描述为一个优化问题，并通过求解该优化问题来实现具体的结构设计。在所描述的优化问题中，一些部件的物理性能，例如碰撞吸能、碰撞峰值力、部件质量等，将被作为性能指标来衡量汽车的耐撞性、安全性等性能，而部件尺寸、结构、材料等参数则被视为设计参数。随后，通过调整设计参数，最大/最小化这些性能指标或让这些性能指标满足一定的设计需求，即可达到不降低汽车各项性能的同时实现汽车轻量化。耐撞性和轻量化设计问题通常具备以下两个特点：

1)黑盒：汽车轻量化所描述的优化问题通常不具备一个显示的表达式。这意味着，在求解这类优化问题时，往往只能知道对应于一组参数的目标函数响应，而无法获得诸如梯度、二阶导数等数学特性。

2)昂贵：对于很多性能指标，只能通过有限元分析等仿真工具或实际物理实验才能获得其具体的数值。这一过程将会消耗大量的时间和财力。因此，大量多次地对一些性能指标进行评价是不现实的。

在过去的十几年里，为了求解汽车耐撞性和轻量化设计问题，许多基于代理模型的优化算法被提出。然而，这些方法在处理耐撞性和轻量化问题时，通常需要上百次的函数评价才能有效的获得最优设计。事实上，在汽车工程领域，许多昂贵问题单次评价需要长达1天以上的时间，显然，使用上百次的函数评价获得最优解将消耗大量的时间，这在工程中是难以接受的。因此，如何进一步的限制优化过程所消耗的函数评价，提升优化效率是一个非常关键的研究点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种汽车车身耐撞性和轻量化快速设计方法，对汽车车身结构进行优化，达到降低汽车重量、提升汽车耐撞性的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种汽车车身耐撞性和轻量化快速设计方法，包括以下步骤：

S1、建立汽车车身耐撞性和轻量化优化函数：

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