[發(fā)明專利]一種桁架式無人車輛車體輕量化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710330989.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN108133068B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭凱鋒;廖桐舟;王超;米召陽(yáng);王磊;孫曉策;陳柄言;王申義;楊桂玲;房加志;楊克萍;王軍;邵朋禮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)北方車輛研究所
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/15
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

本發(fā)明涉及一種桁架式無人車輛車體輕量化設(shè)計(jì)方法，包括下述步驟：建立桁架式車體三維模型；建立梁?jiǎn)卧邢拊Ｐ?；建立垂向和縱向沖擊載荷分析工況并進(jìn)行分析；建立優(yōu)化分析模型，并進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，以形成桁架式車體設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明能快速完成桁架式車體輕量化設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)桁架式車體在拓?fù)湫问健⒘旱慕孛骖愋汀⒈诤瘛⒉牧系暮侠砥ヅ?，給桁架式車體在方案設(shè)計(jì)階段提供最重要的指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種桁架式無人車輛車體輕量化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著車用無人車輛在機(jī)動(dòng)性能、偵察能力等多方面的不斷提高，傳統(tǒng)的裝甲車體已經(jīng)無法協(xié)調(diào)高強(qiáng)度和輕質(zhì)量之間的矛盾，而混合材料的桁架式車體結(jié)構(gòu)有望解決這一問題。這種結(jié)構(gòu)充分利用了梁在不同受力、不同材料、不同尺寸的強(qiáng)度特性，從而在不降低整車剛強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，可大大降低車體質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)形式的車體設(shè)計(jì)，其核心技術(shù)在于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、梁的截面類型、壁厚和材料這四個(gè)屬性的最優(yōu)匹配，簡(jiǎn)言之，即在合適的位置，用合適的梁，屬于車身輕量化研究方向。然而針對(duì)這類型的車體，目前在軍用車上少有見聞。

民用車輛在車身輕量化方面已取得一定的研究成果，但所得成果較難直接應(yīng)用于軍用無人桁架式車體設(shè)計(jì)上。

對(duì)于轎車，車身主要以鈑金件為主，其輕量化研究的內(nèi)容主要集中于材料與板厚在車身鈑金件中的合理匹配，而輕量化目標(biāo)側(cè)重于碰撞性能。對(duì)桁架式無人車輛車體，它研制周期短，產(chǎn)量小，在進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能的選擇型材，省去復(fù)雜的模具開發(fā)，因此鈑金件的輕量化技術(shù)較難直接用于梁型材式結(jié)構(gòu)。另外軍車行駛在越野路面，受沖擊載荷大，因此研究側(cè)重點(diǎn)是滿足沖擊載荷下的車體剛強(qiáng)度，而不側(cè)重于碰撞性能。

對(duì)于貨車，車架主要由兩根主縱梁和一些橫梁組成，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，材料基本全為鋼材，因而輕量化方面的研究主要集中在板厚的優(yōu)化和連接方式的改進(jìn)。而車車車體底部承載發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)、頂部搭載打擊武器、側(cè)部可能加裝披掛裝甲，它在三個(gè)維度上都要求有足夠的強(qiáng)度。因此，相對(duì)于貨車車架的輕量化研究，在合適的位置，用合適的梁這一理念在無人車體的設(shè)計(jì)上將變得更為復(fù)雜。

對(duì)于客車，骨架由底架和廂體組成，其輕量化主要體現(xiàn)在底架用鋼材，廂體用鋁材。由于廂體受力小，同樣出于經(jīng)濟(jì)性考慮，廂體骨架也都是用同一型號(hào)的梁圍成。而桁架式無人車輛車體的每根梁的受力情況都與位置和總體布置相關(guān)，因此對(duì)于它的輕量化設(shè)計(jì)也更復(fù)雜。

另一方面，民用車體的優(yōu)化方式的側(cè)重點(diǎn)也不適用于桁架式無人車輛車體的輕量化設(shè)計(jì)。

(1)拓?fù)鋬?yōu)化：以轎車為例，在開發(fā)新型車時(shí)，可參照對(duì)標(biāo)車先進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。即給定設(shè)計(jì)空間，根據(jù)密度最優(yōu)法得到拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果。盡管該結(jié)果對(duì)整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的幫助，但也有許多不足之處，一是優(yōu)化出來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在直接指導(dǎo)車體三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面參考性不大；二是所優(yōu)化出的梁的截面特性不規(guī)則，不易實(shí)現(xiàn)工程化。對(duì)于無人車輛，由于沒有駕駛員席位。發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等大尺寸、大質(zhì)量的零部在車內(nèi)布置的隨意性很大，這也就使得車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)隨意性很大。因此不可能像民用車那樣依照對(duì)標(biāo)車去快速地開發(fā)出新型車體，更不易采用拓?fù)鋬?yōu)化得到梁去設(shè)計(jì)由型材構(gòu)成的桁架式車體。

(2)形貌優(yōu)化：形貌優(yōu)化僅能優(yōu)化小范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)變動(dòng)，因此適用于零件級(jí)的優(yōu)化任務(wù)。而對(duì)于衍架式結(jié)構(gòu)的車體，梁的位置變動(dòng)都比較大，因此需要重新建立有限元模型再進(jìn)行分析與優(yōu)化，因此形貌優(yōu)化也不適合。

(3)車體的有限元網(wǎng)格單元一般在幾十萬這一量級(jí)上，因此其優(yōu)化速度都是相當(dāng)慢的，即便使用近似模型進(jìn)行的優(yōu)化，也是想法耗時(shí)的。完全跟不上整車方案的變動(dòng)速度。因此，針對(duì)桁架式無人軍用車體的輕量化設(shè)計(jì)需要尋求合理而快速的求解方案。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種桁架式無人車輛車體輕量化設(shè)計(jì)方法，可快速完成衍架式車體輕量化設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)衍架式車體在拓?fù)湫问?、梁的截面類型、壁厚、材料的合理匹配?/p>