[發明專利]一種汽車車身低阻低噪協同設計優化方法

有效

• 申請號: 201410500438.6
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104331536B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 谷正氣;張勇;尹小放;梁敏
• 申請（專利權）人: 湖南文理學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于車輛工程領域，具體涉及汽車車身參數設計優化方法。

背景技術

長期以來，汽車車身造型一直是在美學基礎上，通過控制車身造型幾何參數，來降低風阻，實現減小油耗。然而隨著實用車速的提高，在車輛高速行駛時，由于汽車車身三維復雜曲面所包含的前擋風玻璃、后視鏡、天線、門把手、車輪輪罩等邊緣突出物產生了極強的風鳴噪聲。同時，由于通風換氣需要，高速行駛后開啟車窗，在車窗A柱、B柱等位置處由于壓力脈動，產生了風振噪聲。風鳴噪聲和風振噪聲均屬于氣流和汽車車身相互作用而產生的氣動噪聲。這些噪聲當車速超過80公里每小時后，氣動噪聲聲壓級可達110dB以上。氣動噪聲的存在嚴重的影響到車輛的乘坐舒適性，若長時間駕駛員處于強烈的風振噪聲中，極易加速疲勞，進而間接的影響到車輛行駛安全性。本發明申請者近年來多項研究成果表明，通過控制車身造型幾何參數，可以有效控制氣動噪聲。

顯然，氣動阻力和氣動噪聲屬于不同的兩類空氣動力學范疇，低阻、低噪之間存在復雜的耦合關系，但兩者的目標函數不一致，氣動阻力最小的車身，氣動噪聲不一定最低。

就目前的公開的技術來看，尚無在車身設計上，即考慮降低氣動阻力，又能保證較小的氣動噪聲的設計方法。

針對以上技術存在不足，本發明提出了一種汽車車身低阻低噪協同設計優化方法。

發明內容

本發明方法包括以下步驟：

步驟一：建立汽車車身外形尺寸與氣動阻力和氣動噪聲近似模型；

①.建立樣本點集與約束：首先根據待優化的具有美學特征的汽車車身，構建造型特征點集X₁＝{X₁₁，X₁₂，……X_1m}和X₂＝{X₂₁，X₂₂，……X_2n}作為設計向量，此處，特征點集分別是根據經驗，選取對氣動阻力和氣動噪聲產生影響的位置點進行構建。再根據汽車車身幾何參數設計標準(如最小進入角、離去角、最小離地間隙等)及該車型某些硬點約束(如發動機艙最低點、人機工程下的乘員艙最小高度)分別確定兩個特征點集的上下限a≤X_1i≤b和c≤X_2j≤d；在硬點條件約束(即該位置的特征點位置不變)下，進行試驗設計(DOE)，即改變汽車車身幾何造型特征點X_1i、X_2j，構造新的汽車車身造型，分別應用計算流體力學CFD軟件(如：fluent、STAR-CCM+、CFX、STAR-CD等)計算新汽車車身的氣動阻力和氣動噪聲，構建起氣動阻力和氣動噪聲在特征樣本點上的在空間分布，得到各樣本點處氣動阻力系數(Cd)和氣動噪聲聲壓級(dB)的響應值；

②.誤差樣本點剔除和添加：剔除掉樣本點中誤差偏離大的點，同時添加樣本點，以提高模型精度；

③.根據各樣本點和樣本點響應值，構建擬合函數即近似代理模型。

④.可靠性分析：在特征點集X₁、X₂中隨機抽取第1m+1和2n+1的樣本點，生成新的汽車車身幾何模型，重新應用計算流體力學CFD技術，計算該樣本點下的氣動阻力系數Cd和氣動噪聲dB，對比樣本點1m+1和2n+1在近似代理模型中的響應值，判斷誤差是否在允許范圍內，如果滿足精度要求，則進入第二步驟；否則重復進行該步驟②、③、④，直到滿足工程要求；

步驟二：對步驟一中建立的近似模型進行單目標優化，將獲得的最優阻力系數Cd和聲壓級dB下的作為多目標優化時的邊界設定依據；

需要說明的是，由于低阻和低噪是模糊概念，存在一定約束條件下極小值，而非最低值。而且，低阻和低噪在車身設計上存在互斥性矛盾，不同風格的汽車造型特征，對低阻和低噪的取舍權重不同，因此不同的氣動阻力和氣動噪聲權重對應不同的優化解(解集)；

步驟三：構建車身低阻、低噪協同優化數學模型：

其中，X為車身特征點參數向量，表征車身不同外形，Cd₀和dB₀是原車身氣動阻力系數和聲壓級，而Cd和dB是優化過程中的中間變量，M和N分別為阻力和噪聲學科的權重系數，顯然，M+N＝1。

步驟四：構建協同優化基本框架(如附圖1)。