一种基于使用场景的商用车车架多工况优化方法与流程

本发明属于车辆设计，具体涉及一种基于使用场景的商用车车架多工况优化方法。

背景技术：

1、随着汽车行业及仿真技术的发展，仿真优化方法以及贯穿到涵盖概念设产品迭代及产品优化的汽车产品开发及使用过程中。以车架开发为例，在车辆产品概念设计阶段，可先量化开发需求，对车架结构的设计参数进行调整，寻找满足开发需求的最优路径。而在车辆产品迭代和优化阶段，可通过仿真优化确定更详细的车架结构，例如车架各子结构的长宽高后等，以及确定各结构件之间的连接关系等，从而实现车架轻量化、模块化、性能优化以及高可靠耐久性等，进而节省了车架开发、使用以及维护成本。

2、当前基于车架的仿真优化分析多是针对车架局部结构进行优化，通常只考虑了车架刚度及频率值的提升，忽略了车架使用场景对应的工况，导致车架的仿真结果不准确。

3、此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于使用场景的商用车车架多工况优化方法，是非常有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述当前基于车架的仿真优化分析多是针对车架局部结构进行优化，通常只考虑了车架刚度及频率值的提升，忽略了车架使用场景对应的工况，导致车架的仿真结果不准确的缺陷，本发明提供一种基于使用场景的商用车车架多工况优化方法，以解决上述技术问题。

2、本发明提供一种基于使用场景的商用车车架多工况优化方法，包括如下步骤：s1.获取车架开发需求，为车架整体及局部优化选取使用工况，并确定使用场景因素；

3、s2.计算纵梁截面性能，结合使用场景对车架纵梁结构进行优化并确定；

4、s3.基于确定的车架纵梁结构搭建整体及局部的车架拓扑模型，基于扭矩性能确定车架横梁信息，进行基于使用工况的车架拓扑优化，形成车架初步设计方案；

5、s4.基于车架初步设计方案，对车架各位置结构尺寸及位置参数进行灵敏对分析，选取优化参数，并确定优化参数最优值；

6、s5.对车架各性能进行校核，并对车架拓扑模型进行局部调整，确定车架最终设计方案。

7、进一步地，步骤s1具体步骤如下：

8、s11.获取车架开发需求，解析出车辆在使用过程中各子结构对车架性能的影响；s12.为车架整体及局部优化选取强度工况、刚度工况以及模态分析作为使用工况；

9、s13.确定车辆轴距、载重、材料以及路况作为车架整体及局部优化的使用场景因素。

10、进一步地，步骤s2具体步骤如下：

11、s21.获取已设计的车载纵梁结构，基于截面模量及材料参数计算纵梁可承受的最大弯矩及扭矩，确定最优纵梁截面性能；

12、s22.基于最优纵梁截面性能对车架纵梁结构进行优化，确定车架纵梁结构。

13、进一步地，步骤s21具体步骤如下：

14、s211.获取已设计的车架纵梁结构；

15、s212.判断是否存在有限元处理工具；

16、若是，进入步骤s214；

17、若否，进入步骤s213；

18、s213.通过最大扭矩及弯矩公式计算纵梁可承受垂向及横向最大弯矩与纵梁可承受最大扭矩，进入步骤s215；

19、s214.使用有限元处理软件划分纵梁截面网络，计算截面抗弯及抗截面系数，计算纵梁可承受的最大弯矩及扭矩；

20、s215.将计算出的纵梁可承受的最大弯矩及扭矩与纵梁设计值以及纵梁经验值进行比较，确定最优纵梁截面。

21、进一步地，步骤s3具体步骤如下：

22、s31.基于确定的车架纵梁结构，搭建车架拓扑模型，确定拓扑区域；

23、s32.确定车架拓扑模型的优化变量、优化约束条件以及优化目标，基于车架工况进行车架拓扑模型的优化控制，得到初始拓扑结果，确定横梁数量及位置，完成整车拓扑优化；

24、s33.根据横梁位置确定有效传力路径，对车架局部的横梁具体结构及连接板具体结构进行确定，确定最终的横梁总成结构，得到车辆框架，完成局部拓扑优化；

25、s34.整合整车拓扑优化结果与局部拓扑优化结果，并结合安装限制以及可制造性能，得到确定的车架横梁总成结构。

26、进一步地，步骤s32具体步骤如下：

27、s321.在车架拓扑模型的初始拓扑结果中引入悬架系统模型、副车架模型及主副车架连接件；

28、s322.将车辆中载荷大于阈值的结构以质量点形式引入到车架拓扑模型；

29、s323.确定车架拓扑模型的优化变量为单轴弯曲工况、轴间弯曲工况、综合弯曲工况下的结构柔度最小，以及扭转刚度最大、扭矩频率最高；

30、s324.确定车架拓扑模型的优化约束条件为优化结构体积分数上限不超过阈值；s325.确定车架拓扑模型的优化变量为调整空间位置的横梁结构所在区域；

31、s326.基于拓扑优化区域的车架有限元模型、优化变量、优化约束条件以及优化目标，对车辆各结构赋予材料属性，建立连接关系，得到车架拓扑模型的初始拓扑结果，确定横梁数量及位置，确定可加工横梁总成的结构。

32、进一步地，步骤s33具体步骤如下：

33、s331.选择完整车架模型作为第一模型，选择车架本体模型作为第二模型；

34、s332.确定优化目标为车架质量最小；

35、s333.基于第一模型及第二模型使用mmo多模型拓扑优化算法，并基于优化目标对车架拓扑模型进行局部优化。

36、进一步地，步骤s4具体步骤如下：

37、s41.基于车架拓扑优化得到车辆横梁总成结构，选择各结构件的厚度、横梁纵向位置作为参数；

38、s42.计算所选参数对车架弯曲刚度、扭转刚度、前三阶模态频率值及重量的灵敏度，并按照重量进行灵敏度归一化处理；

39、s43.选取灵敏度高于阈值上限以及阈值下限的参数作为优化参数；

40、s44.以质量最小为优化目标，以弯曲、扭转刚度大于等于要求值，以及前三阶模态频率值大于等于要求值为优化约束，对横梁位置进行设定幅度内的调整，并结合优化结果及制造要求确定各结构件厚度，确定优化参数最优值，完成参数优化。

41、进一步地，步骤s5具体步骤如下：

42、s51.基于参数优化结果搭建车架模型；

43、s52.基于车架模型对典型工况强度的性能参数进行计算，并与目标值进行比较；若满足要求，输出车架模型作为最终优化结果，结束；

44、若不满足要求，进入步骤s53；

45、s53.对各结构局部进行设定幅度内应力调制，直至满足目标值要求。

46、进一步地，步骤s53中当某结构局部应力高于阈值时，通过形状优化方式对该结构进行调节，以降低应力最大值。

47、本发明的有益效果在于：

48、本发明提供的基于使用场景的商用车车架多工况优化方法，根据车辆在使用过程中各子结构对车架性能的影响，选取对应使用工况实现对车架整体到局部的优化，能够准确仿真车架结构，并能对车架设计进行指导，确定车架材料分布及传力路径，在满足开发目标的基础上，实现车架轻量化、性能最优化，从而提升材料利用率、节省使用及维护成本。

49、此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

50、由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。