本发明涉及一种汽车技术领域的白车身早期概念开发的优化方法，特别是一种主动搭建和修改模型的优化方法。
背景技术：
目前，汽车工业快速发展，研发是汽车工业的核心基础，早期开发又是整个研发流程中的重中之重，在当前的开发流程中，各大整车企业都在加大早期研发的投入，力争在研发早期尽可能多的发现并解决问题，以此来提高整个研发流程的效率和质量，从而有效降低整个研发流程的成本和风险。而在早期研发中，白车身早期概念拓扑空间优化设计又是早期开发中的第一步，能为整车拓扑架构设计起到重要的指引作用。目前，在早期研发过程中，针对白车身的设计，往往因为输入条件，时间节点及工具使用等各种因素限制的原因，不能进行有效的白车身早期概念拓扑空间优化设计，从而导致整车在拓扑架构层面上不能得到充分的论证，即结构工程师在早期的开发设计中也无法得到相关的拓扑空间的性能分析结果输入，导致工作盲目性较大且设计周期较长。同样，cae工程师在设计早期又无法获得完整的cad空间及结构模型，从而无法对车身结构进行分析及优化，使得在研发早期无法快速发现车身整体架构层面的问题，进而难以对该阶段提出有效性的建议，无法有效保障后续的设计需求。在汽车白车身的早期设计中，往往需要考虑车身碰撞、顶压、刚度等多种复杂工况的性能要求，使得设计者难以在较短时间内设计出质量小、性能优的车身结构，从而阻碍了“分析驱动设计”的产品正向开发设计策略的发展。
在白车身早期开发流程中，不同企业的开发流程及优化算法各有差异，优化效率也各有优劣，而优化结果有时难以及时有效的为工程实际项目提供有力支持。因此在实际车身早期开发中，需要一套完整成熟的开发优化流程来提高设计效率，及时反馈优化结果并转化为车身结构设计语言，从而能实际应用到车身开发中。在白车身的早期概念设计阶段，由于输入数据较少，利用传统开发流程中的手段，cad工程师无法搭建完整的白车身模型，进而使得cae工程师不能及时地展开结构分析优化工作，这样便大大增加了研发周期以及开发成本。
技术实现要素：
为了克服已有技术的缺点，本文结合等效静态载荷的思想，提出一种基于参数化模型主动搭建和拓扑优化的白车身早期概念拓扑空间优化设计分析及解析的方法。该方法以车身造型和总布置参数为输入条件，利用参数化软件建立车身参数化空间拓扑模型和参考车模型，在前处理软件中进行体网格划分和工况加载，再利用拓扑优化软件对空间拓扑模型和参考车模型进行考虑多种碰撞工况、顶压以及多种刚度等工况的多学科拓扑优化，然后利用参数化软件对拓扑优化结果进行有效解析。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括以下步骤：第一，以车身造型和总布置参数为输入条件，主动搭建拓扑空间模型和参考车模型；第二，将优化结果在参考车中解析并验证；第三，实时修改更新空间模型和参考车模型，并对其再次优化；第四，可以利用参数化软件对将空间模型和参考车模型进行无数次修改，优化迭代。
为高效的开展早期开发，快速解析概念拓扑空间的优化结果，使用参数化建模软件进行早期概念结构模型搭建可很好地解决上述问题。参数化建模软件采用分析驱动设计的理念，能在没有cad模型的情况下，利用包括整车基本尺寸、总布置要求或者造型面等少量的抽象输入数据，快速正向建立结构模型。使得cae在产品研发流程中不仅仅是验证工具的角色，真正达到在设计早期阶段开始就能对工程师起到指导作用，并利用早期设计阶段设计空间较大的优势寻求更多更优的设计解决方案。
基于总布置空间要求，结合车身设计部门提供的断面数据、cas数据或其他参考数据等，利用参数化建模软件参数化模块化的特点，可以快速建立车身拓扑优化的3d空间模型，早期概念阶段主要以3d实体单元模拟，通过拓扑优化寻找材料分配的最佳布局。
拓扑空间优化的特点是早期、宏观、概念。建立拓扑空间模型首先必须满足总布置的各项要求(如整车尺寸、硬点位置等)，如该阶段已有内外cas面，则必须满足内外cas面的要求。其次根据并行搭建的参数化模型或者其它供参考的实际模型，3d空间模型必须完全“包络”实际的2d网格单元模型。最后3d空间模型要求结构简单直观，能进行快速的调整修改。由于参数化软件搭建的3d空间模型为参数化模型，灵活性高，当总布置数据发生变化时，3d空间模型能够实现快速参数化修改，大大减少了拓扑空间模型的前处理时间。
根据整车早期开发的各项需求(如总布置要求等)，利用优化软件完成面向车身刚度、碰撞及减重等多工况的车体框架(载荷传递路径)的早期概念拓扑优化设计及解析工作。确定车身整体拓扑优化的载荷输入工况要求，包括但不限于车身扭转、弯曲、前弯曲、后弯曲、后背门开口扭转、全宽正碰、odb偏置碰撞、侧面碰撞、侧面柱撞、顶压、后碰等。
本发明的有益效果是：基于该方法得到的车身早期概念拓扑空间优化拓扑优化结果不仅能够很好地满足工程设计要求，而且能够大幅缩短开发设计周期，具有较高的工程实用价值。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本发明的实施例如图1所示。根据整车早期开发的各项需求(如总布置要求等)，利用拓扑优化软件完成面向车身刚度、碰撞及减重等多工况的车体框架(载荷传递路径)的早期概念拓扑优化设计及解析工作。在参数化建模软件中建立模型，导入到前处理软件中，利用优化定义面板定义优化变量、约束和目标以及优化参数；然后提交拓扑优化软件中进行结构分析和优化；最后利用参数化建模软件对拓扑优化结果进行有效解析。
确定车身整体拓扑优化的载荷输入工况要求，包括但不限于车身扭转、弯曲、前弯曲、后弯曲、后背门开口扭转、全宽正碰、odb偏置碰撞、侧面碰撞、侧面柱撞、顶压、后碰等。
拓扑优化设计的流程包括：1)模型处理；2)多目标拓扑优化；3)优化结果分析筛选和验证。
1、模型处理
根据车身设计空间搭建初始模型。根据开发车型的标杆车或以前同一平台车型，在对其进行各种碰撞仿真分析的基础上，提取等效静载荷，通过添加等效静载荷与惯性释放技术实现碰撞工况的等效。
为了更好地模拟实车模型，可将实车中的相关质量集成以质量点的形式进行定义设置，定义的质量点包括副车架质量集成、发动机质量集成、电池质量集成、驾驶员及其他乘员质量、前后轮胎及备胎质量、前后门质量等，根据输入的质心坐标确定质量点位置，利用rbe3技术建立质量点与安装点之间的柔性连接，完成质量点的定义设置。
2、多目标拓扑优化
由于前期拓扑阶段几乎无法直接定义刚度值，故以各分析工况下的应变能最小化为目标函数，综合考虑多种刚度和碰撞工况等学科，形成多学科多目标拓扑优化模型。选择质量比作为约束函数，所有拓扑空间内的实体单元为设计变量，兼顾左右两侧车体结构的对称性，添加必要的工艺约束条件，利用拓扑优化软件进行拓扑优化。
3、优化结果分析筛选
由于拓扑优化结果与约束函数(质量比)有直接关系，为确保拓扑优化结果稳健性，建议计算不同质量比下的多目标拓扑优化结果，并综合参考所有拓扑优化结果进行载荷路径解读。
对结果进行分析筛选，识别重要载荷路径，解析结果可形成方案，输出给各相关部门确认，最终应用到模型的更新中。
4、优化结果解析验证
结果解析是整个拓扑空间优化的“点睛”阶段。没有正确的解析结构，整个优化过程没有价值。所以需要全面评估概念拓扑空间模型的优化结果，选择符合各项要求的概念拓扑方案解析到参数化模型中。方案解析是将抽象的3d计算结果设计成符合各项原则(工艺，制造等)的实际车身结构，并加以分析验证。
对于拓扑空间模型优化结果的解析，主要分为整车传力路径解析和重点区域解析，经过对整车拓扑空间模型在不同工况作用下的优化结果的解析，可以根据材料分布清晰地找出每个工况下整车的传力路径，由此便可以更有针对性地设计整车框架，合理地布置整车模型中的横梁和纵梁；确定整车框架后，便根据优化结果对重点区域进行结构解析，即根据重点区域的材料分布情况，合理地设计加强结构。经过拓扑解析的结构方案，要尽量符合工程实际需求，因此在项目实施中须及时将拓扑解析结果反馈给相关部门，优选拓扑解析方案，并输出优化后的结果模型。