面向汽車輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、汽車輕量化已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵性課題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、新材料利用及輕量化工藝等都是輕量化的實(shí)施途徑。目前關(guān)于輕量化實(shí)施途徑的相關(guān)研究較多,但是輕量化理論體系及輕量化途徑的相關(guān)分析流程需要進(jìn)一步的完善。
　　 本文將多目標(biāo)優(yōu)化及多學(xué)科優(yōu)化方法等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法加以運(yùn)用,并結(jié)合近似模型及多種數(shù)值優(yōu)化方法(包括作者提出的遺傳蟻群混合算法)對(duì)輕量化的各種途徑進(jìn)行了深入的研究。從車身整體尺寸優(yōu)化、零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、零件材料類型及零件

2、規(guī)格選擇優(yōu)化、輕量化工藝的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面展開(kāi)了詳細(xì)的研究。本文主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究:
　　 1.基于車身總體尺寸優(yōu)化的多目標(biāo)輕量化優(yōu)化方法。傳統(tǒng)的尺寸優(yōu)化方法集中在零部件上,未涉及到汽車總體尺寸參數(shù)的優(yōu)化。實(shí)際上,合理的汽車總體尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)是整車取得較好輕量化效果的前提。本文在開(kāi)發(fā)一款跟原車型結(jié)構(gòu)相似、整車尺寸加長(zhǎng)加寬加高的新車型時(shí),將整車長(zhǎng)度、整車高度、整車寬度及部分零件厚度作為設(shè)計(jì)變量,采用最優(yōu)拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方

3、法進(jìn)行樣本數(shù)據(jù)設(shè)計(jì),并且采用移動(dòng)最小二乘響應(yīng)面方法構(gòu)建白車身NVH(振動(dòng)噪聲)、白車身關(guān)鍵區(qū)域強(qiáng)度及白車身質(zhì)量等性能參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)的近似模型,利用多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ(非支配解排序遺傳算法)對(duì)近似模型進(jìn)行優(yōu)化。在滿足白車身關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)強(qiáng)度、白車身NVH等約束性能的同時(shí),追尋車內(nèi)新增空間最大化,并實(shí)現(xiàn)了新車型的輕量化設(shè)計(jì)。
　　 2.基于零件形狀優(yōu)化的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)。綜合遺傳算法和蟻群算法的各自的優(yōu)缺點(diǎn),提出了一種新

4、的基于遺傳蟻群融合算法的優(yōu)化策略。這種算法的特點(diǎn)是融合蟻群算法的特點(diǎn)與遺傳算法(GA)交叉、變異進(jìn)化策略,改善了解空間搜索的全局性。在對(duì)某車型滑移門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)時(shí),將滑移門(mén)上中下三根導(dǎo)軌的形狀作為優(yōu)化變量,并結(jié)合Kring法構(gòu)建了滑移門(mén)聲學(xué)、開(kāi)啟平順性等性能參數(shù)的近似模型。其中,滑移門(mén)開(kāi)啟平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)合了某韓國(guó)專家的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),提出了用滑移門(mén)開(kāi)啟時(shí)質(zhì)心位置的加速度偏離整個(gè)運(yùn)行過(guò)程的平均加速度的大小值來(lái)衡量整個(gè)滑移門(mén)開(kāi)啟的平

5、順性。最后用本文提出的遺傳蟻群混合算法進(jìn)行尋優(yōu),在滿足聲學(xué)和開(kāi)啟平順性的同時(shí)減輕了滑移門(mén)的質(zhì)量。實(shí)例顯示了算法很好的優(yōu)化效果。
　　 3.多材料-多零件規(guī)格組合多目標(biāo)輕量化優(yōu)化方法。提出一種把零部件系統(tǒng)的材料類型、零件規(guī)格、零件厚度組合在一起的以重量及成本最小化為目標(biāo)的組合多目標(biāo)優(yōu)化方法。常規(guī)的輕量化設(shè)計(jì)往往在零件材料或者零件規(guī)格單一化的基礎(chǔ)上對(duì)零件厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。推導(dǎo)出這種多材料-多零件規(guī)格的組合多目標(biāo)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)將

6、材料類型而不是材料的多個(gè)屬性、零件規(guī)格而不是零件的幾何和價(jià)格屬性定義為離散變量,大大降低了優(yōu)化問(wèn)題的復(fù)雜程度。采用最優(yōu)拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)及最小二乘響應(yīng)面方法構(gòu)建了組合多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)的各個(gè)目標(biāo)及約束性能參數(shù)的近似模型。利用多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ?qū)M合多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化。利用此方法對(duì)某方向盤(pán)進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì),為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果建立了方向盤(pán)抗壓試驗(yàn)臺(tái)架。結(jié)果表明了此方法的可行性。
　　 4.面向輕量化工藝的多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)。通過(guò)多學(xué)

7、科優(yōu)化設(shè)計(jì)理論,將拼焊板技術(shù)和熱成形板技術(shù)在工程問(wèn)題中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。拼焊板的應(yīng)用中:采用均勻拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行樣本數(shù)據(jù)設(shè)計(jì),并且采用移動(dòng)最小二乘響應(yīng)面方法構(gòu)建了拼焊板內(nèi)板門(mén)系統(tǒng)的剛度、強(qiáng)度、側(cè)碰MDO(多學(xué)科系統(tǒng))的近似模型。利用連續(xù)二次規(guī)劃優(yōu)化方法對(duì)此近似模型進(jìn)行優(yōu)化,將拼焊板內(nèi)板焊縫線位置及各板件的厚度作為設(shè)計(jì)變量,在使門(mén)系統(tǒng)的下垂剛度、強(qiáng)度及側(cè)碰性能得到提高的同時(shí),使得門(mén)系統(tǒng)重量得到較大程度的減輕。熱成形板的應(yīng)用中: