汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)
在汽車設(shè)計開發(fā)中，大多數(shù)的問題都起源于概念設(shè)計階段，并且能夠在該階段被解決。此時解決問題的空間相對大，成本低，所以提高概念設(shè)計階段的效率必須成為成功的車企的最終目標(biāo)。然而在早期發(fā)現(xiàn)大量問題并解決是一項(xiàng)很艱難的任務(wù)。



基于SFE概念設(shè)計流程的優(yōu)勢

在概念設(shè)計階段，造型、布置的多樣性導(dǎo)致車身結(jié)構(gòu)設(shè)計邊界往往不確定，但需要在非常短的時間內(nèi)完成多布置、多造型的結(jié)構(gòu)性能評估，為布置和造型在性能方面確定方向和邊界，進(jìn)而在項(xiàng)目開發(fā)前期就能夠確定車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的方向。傳統(tǒng)CAD-CAE建模到分析的工作模式，周期較長往往不能很好勝任此任務(wù)，其流程如下圖：



傳統(tǒng)流程主要缺點(diǎn)在于： CAD無法參數(shù)化、CAD與CAE之間手動完成、無法進(jìn)行多方案快速設(shè)計分析，CAE模型的可重復(fù)利用性低，因此周期長成本高。而基于SFE參數(shù)化流程能較好解決此問題，如下圖：



其特點(diǎn)是模型全參數(shù)化驅(qū)動，對客戶需求進(jìn)行快速響應(yīng)、大量的快速方案分析和優(yōu)化，減少了后續(xù)方案修改次數(shù)，節(jié)約更改成本；形成企業(yè)知識庫，保證資源的可重復(fù)利用、多工況同時考慮使得設(shè)計一次性成功成為可能，因此縮短設(shè)計周期。

SFE CONCEPT是達(dá)索公司一款專業(yè)參數(shù)化建模軟件，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)CAD結(jié)構(gòu)參數(shù)化，并可自動劃分網(wǎng)格輸出CAE模型。針對車身造型及布置更新快的特點(diǎn)，可通過調(diào)整基點(diǎn)位置、基線長度、曲率等，快速完成大到整車拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，小到截面尺寸等不同造型和布置方案的仿真模型搭建工作。



SFE模型計算精度
相對于傳統(tǒng)CAD-CAE方法，基于SFE的模型有自身特點(diǎn)，其一般要做更多簡化，以適應(yīng)快速方案迭代的要求。簡化后SFE模型與傳統(tǒng)方法模型計算結(jié)果會有所出入，然而通過優(yōu)化SFE建模方法和特征簡化的取舍，可將這種差異控制在一定范圍內(nèi)，如下表所示為SFE模型與傳統(tǒng)CAE模型計算結(jié)果對比：



可以看出對于碰撞、模態(tài)和剛度分析，SFE模型都能有較好的精度可滿足工程分析要求。當(dāng)然對精度的控制與建模效率是一對矛盾，是否嚴(yán)格控制取決于該工程問題的階段和復(fù)雜程度。

SFE參數(shù)化優(yōu)化的一般優(yōu)化方法
穩(wěn)定的SFE參數(shù)化模型搭建好后，即可基于該模型進(jìn)行敏感度分析與參數(shù)化多目標(biāo)優(yōu)化，其一般流程如下：



1、試驗(yàn)方法：基于自變量的數(shù)量和維度，通過科學(xué)的設(shè)計，在減少計算樣本數(shù)量的同時，盡可能保證最終的精確度；
2、代理模型：基于有限組數(shù)據(jù)，得到自變量與單個響應(yīng)之間的對應(yīng)關(guān)系函數(shù)；
3、多目標(biāo)優(yōu)化算法：在推導(dǎo)出的自變量與多個響應(yīng)間對應(yīng)關(guān)系基礎(chǔ)上，求出工程可行的最優(yōu)解集。
針對多目標(biāo)優(yōu)化DOE、代理模型和多目標(biāo)優(yōu)化算法，研究領(lǐng)域存在多種可選方案，每種方法的參數(shù)設(shè)置也不盡相同，需根據(jù)具體工程問題選取，主要選擇組合如下：



基于SFE參數(shù)化優(yōu)化的項(xiàng)目應(yīng)用
案例1針對某項(xiàng)目白車身減重任務(wù)重、時間短的特點(diǎn)，首次采用基于SFE的車身快速化開發(fā)優(yōu)化技術(shù)，建立下車體全參數(shù)化車身模型并對下車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行形狀和材料厚度優(yōu)化，在主要性能指標(biāo)（整車剛度、整車模態(tài)、碰撞性能）基本保持不變的前提下，實(shí)現(xiàn)下車體減重16.4kg。



案例2為某7座SUV車型E柱下接頭隔板支架形狀與位置優(yōu)化，該車型由于尾門洞開口大，BIW模態(tài)較差，選擇性能敏感度最高的零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)與厚度優(yōu)化。以該件跨距、位置、厚度參數(shù)為設(shè)計變量，優(yōu)化后在重量增加不大條件下BIW一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)可提升0.84Hz。并可得到跨距、位置對性能的影響曲線，為后續(xù)車型設(shè)計提供指導(dǎo)。



基于SFE的優(yōu)化流程由于具有模型參數(shù)化、更新效率高、可同時考慮多工況等的諸多優(yōu)勢，越來越受到各大主機(jī)廠重視，相信隨著應(yīng)用的深入，此方法必將在項(xiàng)目中發(fā)揮更大作用。