[發明專利]基于車身自由變形的汽車減阻優化方法

在審

• 申請號: 201910326895.0
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110309531A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 魯聰;彭昌明;陳保安;康財杰;楊瀟
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種基于車身自由變形的汽車減阻優化方法，該方法包括基于汽車車身STL文件和自由變形技術設計自由變形程序，建立汽車車身的參數化模型；以汽車的風阻系數為優化目標，考慮自由變形時車身正投影面積變化對風阻系數的影響，建立基于關鍵控制點進行自由變形的車身外流場仿真模型；基于樣本點和響應構建kriging代理模型，利用遺傳算法對所建立的kriging代理模型進行全局尋優，得到設計變量的最優組合；利用自由變形程序對原始車身STL文件進行變形處理，得到車身自由變形優化模型。本發明具有原理簡單、可操作性強、設計靈活、可靠性高及適用面廣等特點，對汽車空氣動力學減阻優化研究具有重要指導和借鑒意義。

技術領域

本發明屬于汽車車身空氣動力學減阻仿真優化設計領域，特別涉及一種基于車身自由變形的汽車減阻優化方法。

背景技術

汽車車身設計和優化貫穿于整個汽車設計流程，在設計汽車車身時，不僅需要考慮車身的整車氣動性能，還需要考慮汽車舒適性、安全性，并且要符合人們的審美觀。只有在前期的車身概念設計階段綜合考慮各個相關因素，才能設計出氣動性、舒適性、安全性及美學效果等都俱佳的車身。

隨著人們環境保護意識的提高，以及國家的政策導向，新能源汽車越來越受到人們的追捧。但是面對目前新能源汽車續航能力不足的缺點，人們對于選擇新能源汽車存在一定的疑慮。要提高新能源汽車的續航能力，一個有效的手段就是降低新能源汽車的空氣阻力系數。國內外對于汽車氣動減阻的研究主要集中于添加氣動附件或者局部改形方面。然而，由于各個車型造型各異，各不相同，依靠工程師經驗添加氣動附件和局部改形具有很大的局限性、盲目性和低效性，只適用于某款車型且是車身設計后期改型，而不具有普適性，不適用于車身前期設計階段氣動性能的評估。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的以上問題，提出了一種基于車身自由變形的汽車減阻優化方法。

本發明的技術方案是：一種基于車身自由變形的汽車減阻優化方法，包括以下步驟：

S1、根據汽車車身模型STL文件和自由變形技術設計自由變形程序，建立汽車車身的參數化模型；

S2、以汽車的風阻系數為優化目標，考慮自由變形時車身正投影面積變化對風阻系數的影響，建立基于關鍵控制點進行自由變形的車身外流場仿真模型；

S3、根據樣本點和響應構建kriging代理模型，利用遺傳算法對所建立的kriging代理模型進行全局尋優，得到設計變量的最優組合；

S4、根據設計變量的最優組合，利用自由變形程序對原始車身STL文件進行處理，實現相應變形，采用逆向工程技術將變形后的車身STL文件轉化為STEP文件，得到車身自由變形優化模型。

進一步地，所述步驟S1中，汽車車身模型STL文件采用ASCII明碼格式，其包括文件路徑及文件名的信息、三角面片單元的法線矢量坐標、三角形面片的3個頂點的x、y、z 坐標；根據STL文件的中三角形面片的一個頂點的數據格式，設計一個類Vertex來存放此頂點的三個坐標數據，將一個三角形面片的三個頂點的坐標數據類Vertex存放到容器vector變量中，并用容器vector存放三角形面片的法向量。

進一步地，所述步驟S1中，在平行框架中加入局部坐標系，構建局部坐標與全局坐標的對應關系，表示為

X＝X₀+sS+tT+uU

其中，X表示任意點的全局坐標，(s,t,u)表示任意點的局部坐標，X₀表示局部坐標系原點，(S,T,U)表示局部坐標系坐標軸；

在可變性平行框架中添加控制點柵格，在s方向形成l+1個平面，在t方向形成m+1個平面，在u方向形成n+1個平面，得到控制點坐標和任意點的笛卡兒坐標；

控制點坐標表示為