面向汽車輕量化設計的關鍵技術研究.pdf

1、汽車輕量化已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的一個關鍵性課題。結構優(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施途徑。目前關于輕量化實施途徑的相關研究較多,但是輕量化理論體系及輕量化途徑的相關分析流程需要進一步的完善。
　　 本文將多目標優(yōu)化及多學科優(yōu)化方法等現(xiàn)代設計方法加以運用,并結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)對輕量化的各種途徑進行了深入的研究。從車身整體尺寸優(yōu)化、零件結構優(yōu)化、零件材料類型及零件

2、規(guī)格選擇優(yōu)化、輕量化工藝的多學科優(yōu)化設計等方面展開了詳細的研究。本文主要開展了以下幾個方面的研究:
　　 1.基于車身總體尺寸優(yōu)化的多目標輕量化優(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。實際上,合理的汽車總體尺寸參數(shù)設計是整車取得較好輕量化效果的前提。本文在開發(fā)一款跟原車型結構相似、整車尺寸加長加寬加高的新車型時,將整車長度、整車高度、整車寬度及部分零件厚度作為設計變量,采用最優(yōu)拉丁方試驗設計方

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

4、的基于遺傳蟻群融合算法的優(yōu)化策略。這種算法的特點是融合蟻群算法的特點與遺傳算法(GA)交叉、變異進化策略,改善了解空間搜索的全局性。在對某車型滑移門系統(tǒng)進行輕量化設計時,將滑移門上中下三根導軌的形狀作為優(yōu)化變量,并結合Kring法構建了滑移門聲學、開啟平順性等性能參數(shù)的近似模型。其中,滑移門開啟平順性的評價指標結合了某韓國專家的工程設計經(jīng)驗,提出了用滑移門開啟時質(zhì)心位置的加速度偏離整個運行過程的平均加速度的大小值來衡量整個滑移門開啟的平

5、順性。最后用本文提出的遺傳蟻群混合算法進行尋優(yōu),在滿足聲學和開啟平順性的同時減輕了滑移門的質(zhì)量。實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的組合多目標優(yōu)化方法。常規(guī)的輕量化設計往往在零件材料或者零件規(guī)格單一化的基礎上對零件厚度進行優(yōu)化設計。推導出這種多材料-多零件規(guī)格的組合多目標優(yōu)化的數(shù)學模型。通過將

6、材料類型而不是材料的多個屬性、零件規(guī)格而不是零件的幾何和價格屬性定義為離散變量,大大降低了優(yōu)化問題的復雜程度。采用最優(yōu)拉丁方試驗設計及最小二乘響應面方法構建了組合多目標優(yōu)化系統(tǒng)的各個目標及約束性能參數(shù)的近似模型。利用多目標遺傳優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ?qū)M合多目標優(yōu)化模型進行優(yōu)化。利用此方法對某方向盤進行了輕量化設計,為驗證優(yōu)化結果建立了方向盤抗壓試驗臺架。結果表明了此方法的可行性。
　　 4.面向輕量化工藝的多學科優(yōu)化技術。通過多學

7、科優(yōu)化設計理論,將拼焊板技術和熱成形板技術在工程問題中的應用進行了深入的研究。拼焊板的應用中:采用均勻拉丁方試驗設計方法進行樣本數(shù)據(jù)設計,并且采用移動最小二乘響應面方法構建了拼焊板內(nèi)板門系統(tǒng)的剛度、強度、側碰MDO(多學科系統(tǒng))的近似模型。利用連續(xù)二次規(guī)劃優(yōu)化方法對此近似模型進行優(yōu)化,將拼焊板內(nèi)板焊縫線位置及各板件的厚度作為設計變量,在使門系統(tǒng)的下垂剛度、強度及側碰性能得到提高的同時,使得門系統(tǒng)重量得到較大程度的減輕。熱成形板的應用中: