汽車車身的優化設計方法
2023-07-21 10:32:06
專利名稱：汽車車身的優化設計方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車車身的優化設計方法。
背景技術：
為發展汽車，宇航，航空，船舶，重工機械等工程項目前期工程的同步研發能力，需要一種可以在基礎數據(CAD，CAE，CAS，這三種數據都是在同一物理座標下用於描述同一設計產品物理特性的數據，CAD數據用於描述設計產品的幾何特性；CAE數據是基於CAD數據基礎上生成的網格數據，用於分析評估結構性能；CAS數據是造型設計中描述造型特徵的曲線和面)基礎上進行變形從而快速獲得可用於CAE概念分析和CAD設計分析的軟體。為達此目的，需要在某參考數據基礎上根據新的造型CAS外表面，將參考數據快速投影、變形 (網格變形或拓撲變形等任意的方式)到與外CAS面重合，焊點同時作相應變化。傳統的設計方法是在新型號在參考數據的基礎上做重新設計，形成新的CAD數據。再由新的CAD數據建立新的各類CAE模型進行性能分析。傳統的設計方法既費時又低效，而且存在以下問題(1)由設計到性能分析需串聯進行，性能分析需等設計完成後才能進行，二者不能同步進行；(2)重新設計沒有同步的性能分析做參考，往往有很大的盲目性，不能體現產品性能的要求；(3)性能分析結果很難直接生成概念設計，需要經過多次循環方能達標。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種汽車車身的優化設計方法，能夠快速高效的對汽車車身基於原有的設計參數進行優化設計，從而節省設計周期和設計成本。為解決上述技術問題，本發明汽車車身的優化設計方法的技術方案是，包括如下步驟第一步，讀入優化設計前的車身形狀參考數據；第二步，捕捉優化設計前的車身形狀參考數據中的特徵線，所述特徵線是指所述特徵線是指圍成汽車構造型面的曲線；第三步，在特徵線的基礎上對優化設計前的車身形狀參考數據變換形成控制模塊，即通過特徵線生成線網格，在視圖平面內通過掃描或拖伸由線網格形成面網格，再將面網格向垂直於視圖平面方向掃描或拖伸來生成一組套在現有CAD或CAE三維數模上的體網格單元，這組體網格單元就是控制模塊；第四步，聯接控制模塊和優化設計前的車身形狀參考數據，即確定變形區和緩衝區，使參考數據和控制模塊之間形成互相聯動的關係，所述變形區是指在後續步驟中需要根據目標數據直接進行變化的區域，非變形區是指在後續步驟中不需要根據目標數據進行變化的區域，所述緩衝區是指連結變形區和非變形區，在變形區和非變形區之間過渡的區域；第五步，讀入目標數據，所述目標數據包括特定的CAS面或CAS線，硬點變化，變形說明和要求，所述硬點是汽車設計中關鍵點的幾何位置和特性；第六步，通過對控制模塊進行與第三步相對應的反變換，從而對優化設計前的車身形狀參考數據根據變形要求進行投影，拉伸，縮放，扭轉等變換，使其與新設計的目標相吻合；第七步，對第六步變換後的車身形狀參考數據進行分析和研究修改，得到達到設計要求的已經進行優化設計的車身形狀參考數據。本發明通過上述步驟，能夠大大的方便設計人員對於車身的優化設計，提高設計的效率，降低設計成本。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明圖1 圖7為本發明汽車車身的優化設計方法各步驟的示意圖；圖8為本發明汽車車身的優化設計方法總體流程的示意圖；圖9為本發明汽車車身的優化設計方法CAE Morphing功能的示意圖；圖10和圖11為本發明汽車車身的優化設計方法CAD Morphing功能的示意圖；圖12為本發明汽車車身的優化設計方法CAS Morphing功能的示意圖；圖13和圖14為本發明汽車車身的優化設計方法CAE參數模型功能的示意圖。
具體實施例方式本發明公開了一種汽車車身的優化設計方法，包括如下步驟第一步，讀入優化設計前的車身形狀參考數據，如圖1所示，例如讀入原先車型的車身形狀參考數據。第二步，捕捉優化設計前的車身形狀參考數據中的特徵線，所述特徵線是指所述特徵線是指圍成汽車構造型面的曲線，在圖1所示的車身形狀參考數據中，其特徵線如圖2 所示。第三步，在特徵線的基礎上對優化設計前的車身形狀參考數據變換形成控制模塊，即通過特徵線生成線網格，在視圖平面內通過掃描或拖伸由線網格形成面網格，再將面網格向垂直於視圖平面方向掃描或拖伸來生成一組套在現有CAD或CAE三維數模上的體網格單元，這組體網格單元就是控制模塊；圖1所示車身形狀參考數據生成的控制模塊的過程如圖3所示，生成的控制模塊從立體角度看如圖4所示。第四步，聯接控制模塊和優化設計前的車身形狀參考數據，即確定變形區和緩衝區，使參考數據和控制模塊之間形成互相聯動的關係，如圖4所示，控制模塊已經套在圖1 所示的車身參考數據中；其中，聯接控制模塊和優化設計前的車身形狀參考數據時，可以只聯接控制模塊和變形區，緩衝區的三維數據；所述變形區是指在後續步驟中需要根據目標數據直接進行變化的區域，非變形區是指在後續步驟中不需要根據目標數據進行變化的區域，所述緩衝區是指連結變形區和非變形區，在變形區和非變形區之間過渡的區域。第五步，讀入目標數據，所述目標數據包括特定的CAS面或CAS線，硬點變化，變形說明和要求，所述硬點是汽車設計中關鍵點的幾何位置和特性；如圖5所示，圖5中已經顯示了新車型的外形輪廓。在目前的汽車車型的更新換代中，尤其是對於一些車型的小改款中，往往是保留車型原有的設計風格，而對局部內容，諸如軸距、部分車身尺寸或其他內容進行修改，或者採用新的發動機、變速箱等配置，要求新的車型對新的配置內容進行適應性調整。如果是更換發動機、變速箱等配置，就需要車身有合適的空間容納這些新的配置，這在新的車型中就會包括特定的CAS面或CAS線；而如果軸距發生了變化，就會有相應的硬點變化，新的車型必須與這些硬點變化相匹配；在對車身進行變化的時候，設計者可以提出一些特定的變形說明和要求，例如在軸距加長之後，只增加車身的長度和寬度，而不增加車身的高度，或者同時增加車身的長度、寬度和高度。第六步，通過對控制模塊進行與第三步相對應的反變換，從而對優化設計前的車身形狀參考數據根據變形要求進行投影，拉伸，縮放，扭轉等變換，使其與新設計的目標相吻合；如圖6所示，控制模塊已經與新的車身外形輪廓相匹配。第七步，對第六步變換後的車身形狀參考數據進行分析和研究修改，得到達到設計要求的已經進行優化設計的車身形狀參考數據，如圖7所示。本發明的總體流程還可參見圖8所示。本發明利用已經生成的有限元網格或CAD設計數據，在不需要重新設計的情況下，直接對參考CAD模型和CAE網格進行投影，拉伸，縮放，扭轉等變換，使其直接生成新的變形模型的方法。本發明的主要應用功能包括以下四大方面(I)CAE Morphing:是直接對CAE有限元網格進行投影，拉伸，縮放，扭轉等變換， 使其直接生成新的變形後的可直接用於有限元分析模型的方法，有限元模型可包括碰撞， 應力應變，剛度模態，噪聲，流體和熱場等，如圖9所示。(2) CAD Morphing 是直接對CAD三維數模進行投影，拉伸，縮放，扭轉等變換，使其直接生成新的變形後的可直接用於設計的CAD模型的方法，如圖10和圖11所示；(3) CAS Morphing 是直接對CAS面三維數模進行投影，拉伸，縮放，扭轉等變換， 使其直接生成新的可直接用於造型主題設計的方法，圖12所示；(4) CAE參數模型是直接對CAE三維數模進行參數化設計，使其直接生成新的可用於優化設計的CAE模型的方法，如圖13和圖14所示。由於不需要反覆進行CAD到CAE的互動設計驗證循環，所以可以大大縮短模型準備周期。除了網格變形功能以外，還有直接對CAD模型變形的功能，直接morphing產生的 CAD數據，可直接用於設計。Morphing的CAD和CAE網格的變形可通過共用控制塊實現同步，同量變化，實現同步設計，同步分析。採用本發明的軟體還可以具有表面插入特徵，縫合網格、網格映射等功能，為CAE 建模提供各種方便實用的工具。另外，參數化建模功能、同時設置多個變形變量、批處理等高級功能使得採用本發明的軟體能與優化軟體一起耦合求解各類優化問題。本發明通過上述步驟，能夠達到(1)大大加快工程項目研發速度，提升汽車的自主研發能力；例如現有汽車前期開發中，設計CAE分析的一個周期需要六個月，而以本發明所提供的方法，則可縮短到三個月。
(2)實現了設計與性能分析同步並聯進行，傳統設計過程是先形成新的CAD數據， 再由新的CAD數據建立新的各類CAE模型進行性能分析，分析需等設計完成後才能開始；而本發明將參考車的CAE模型直接投影變化，而無需等設計完成，所以設計與性能分析同步並聯進行的，對於提高產品質量，改進產品性能有重大貢獻。(3)車身形狀參考數據的CAD和CAE網格的變形可通過共用控制塊實現同步，同量變化，實現分析性能分析結果直接形成概念設計，避免了設計和分析的脫節。(4)本發明的使用，將性能分析引入到最早的概念設計階段。在早期概念設計階段，往往新數據是不完整的，而性能分析是需要建立在完整的的CAE模型基礎上的，而本發明基於參考車數模變化，參考車數模是完整和可靠的，可以幫助設計人員提早發現潛在的問題，避免後期返工。(5)本發明還可與其它優化軟體聯用，在採用本發明的軟體的界面下，對需要變化的部分，做一參數化定義，形成參數化模型；利用優化軟體，例如Isight，Optimous等，自動調用該參數化模型，形成系列化模型，然後自動調用求解器求解；根據性能要求，生成輸入輸出矩陣，形成參數化模型，在節約成本，降低能耗方面，有著積極的作用。
權利要求
1.一種汽車車身的優化設計方法，其特徵在於，包括如下步驟 第一步，讀入優化設計前的車身形狀參考數據；第二步，捕捉優化設計前的車身形狀參考數據中的特徵線，所述特徵線是指所述特徵線是指圍成汽車構造型面的曲線；第三步，在特徵線的基礎上對優化設計前的車身形狀參考數據變換形成控制模塊，即通過特徵線生成線網格，在視圖平面內通過掃描或拖伸由線網格形成面網格，再將面網格向垂直於視圖平面方向掃描或拖伸來生成一組套在現有CAD或CAE三維數模上的體網格單元，這組體網格單元就是控制模塊；第四步，聯接控制模塊和優化設計前的車身形狀參考數據，即確定變形區和緩衝區，使參考數據和控制模塊之間形成互相聯動的關係，所述變形區是指在後續步驟中需要根據目標數據直接進行變化的區域，非變形區是指在後續步驟中不需要根據目標數據進行變化的區域，所述緩衝區是指連結變形區和非變形區，在變形區和非變形區之間過渡的區域；第五步，讀入目標數據，所述目標數據包括特定的CAS面或CAS線，硬點變化，變形說明和要求，所述硬點是汽車設計中關鍵點的幾何位置和特性；第六步，通過對控制模塊進行與第三步相對應的反變換，從而對優化設計前的車身形狀參考數據根據變形要求進行投影，拉伸，縮放，扭轉等變換，使其與新設計的目標相吻合；第七步，對第六步變換後的車身形狀參考數據進行分析和研究修改，得到達到設計要求的已經進行優化設計的車身形狀參考數據。
2.根據權利要求1所述的汽車車身的優化設計方法，其特徵在於，所述第四步中，聯接控制模塊和優化設計前的車身形狀參考數據時，只要聯接控制模塊和變形區，緩衝區的三維數據。
3.根據權利要求1所述的汽車車身的優化設計方法，其特徵在於，對需要變形區做參數化定義，形成參數化模型；利用優化軟體，自動調用該參數化模型，形成系列化模型，然後自動調用求解器求解；根據性能要求，生成輸入輸出矩陣，形成參數化模型。
全文摘要
本發明公開了一種汽車車身的優化設計方法，通過提取現有車型的特徵線，再根據特徵線生成控制模塊，將控制模塊與原有車型的數據相聯接，對控制模塊按照設計要求進行修改，從而對車型的特徵線作出調整，以完成對汽車車身的優化設計。本發明能夠大大的方便設計人員對於車身的優化設計，提高設計的效率，降低設計成本。
文檔編號G06F17/50GK102201017SQ20101013117
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者李廣駿 申請人:帝特汽車技術(上海)有限公司