[發(fā)明專利]一種基于切比雪夫方法的汽車碰撞安全可靠性設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011455477.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112507458A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷先廣;陳瑞;張代勝;黃岳竹;高夢(mèng)琳;張宇;李翼良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)智能制造技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/02
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

本發(fā)明涉及車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種基于切比雪夫方法的汽車碰撞安全可靠性設(shè)計(jì)方法。該汽車碰撞安全可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：S1：建立汽車碰撞有限元模型；S2：定義優(yōu)化問(wèn)題，包括：選取設(shè)計(jì)變量，定義變量類型，選取優(yōu)化目標(biāo)和約束目標(biāo)等；S3：采用DOE獲取設(shè)計(jì)樣本點(diǎn)和測(cè)試樣本點(diǎn)；S4：搭建近似模型，利用近似模型預(yù)測(cè)響應(yīng)；并對(duì)搭建完的近似模型進(jìn)行精度驗(yàn)證；S5：運(yùn)用Chebyshev分析方法獲取響應(yīng)上下界；S6：使用優(yōu)化算法對(duì)響應(yīng)的上界進(jìn)行可靠性優(yōu)化；S7：使用蒙特卡羅方法對(duì)所求優(yōu)化設(shè)計(jì)解進(jìn)行可靠性評(píng)估。本發(fā)明相對(duì)傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)，能在滿足碰撞性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輕量化且提升設(shè)計(jì)解的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種基于切比雪夫方法的汽車碰撞安全可靠性設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，汽車行業(yè)已經(jīng)可以使用多學(xué)科的優(yōu)化和結(jié)構(gòu)仿真手段解決車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。在汽車輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行車輛近似模型的構(gòu)建，并基于近似模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)和優(yōu)化；同時(shí)，DOE(DESIGN OF EXPERIMENT試驗(yàn)設(shè)計(jì))等方法的應(yīng)用等更是能夠?yàn)閿?shù)據(jù)的獲取提供便利；這些都大大減少了車輛開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本。

汽車碰撞安全可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)也是如此，其設(shè)計(jì)過(guò)程可以通過(guò)高性能計(jì)算機(jī)完成。但是，一方面，在傳統(tǒng)的汽車碰撞安全可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通常默認(rèn)設(shè)計(jì)變量為簡(jiǎn)單的隨機(jī)變量，這可能導(dǎo)致所得到的優(yōu)化設(shè)計(jì)解不滿足約束或者在實(shí)際工程中無(wú)法應(yīng)用。另一方面，傳統(tǒng)的汽車碰撞安全可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)中通常只針對(duì)已知變量的具體概率分布進(jìn)行可靠性優(yōu)化，卻忽視了設(shè)計(jì)變量存在不確定的區(qū)間變量的問(wèn)題，這也降低了獲取的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。此外，在汽車碰撞安全可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于工程問(wèn)題具有很大的復(fù)雜性，大多數(shù)設(shè)計(jì)都無(wú)法獲得設(shè)計(jì)變量詳細(xì)的概率分布函數(shù)；這也使得完成的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)通常不具有實(shí)際的工程意義。

張海洋、呂曉江、周大永等作者發(fā)表在《汽車工程》月刊2020，42(2)：222-227中的文章《考慮穩(wěn)健性的汽車結(jié)構(gòu)耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)》中，在40％汽車偏置碰撞優(yōu)化設(shè)計(jì)中考慮了穩(wěn)健性，優(yōu)化結(jié)果更符合工程實(shí)際；呂曉江、周大永、孫光永等作者發(fā)表《汽車工程》月刊2018，40(7)：790-794中的文章《基于多目標(biāo)可靠性優(yōu)化的騾車車身耐撞性及輕量化設(shè)計(jì)》則建立了騾車多目標(biāo)可靠性優(yōu)化流程，并在優(yōu)化過(guò)程中考慮了可靠性。然而，上述文獻(xiàn)中的設(shè)計(jì)變量均已知詳細(xì)的概率分布或定義為隨機(jī)變量，這使得在確定性條件下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，所得的優(yōu)化結(jié)果往往接近約束邊界甚至處于不可行域內(nèi)。傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)單地理解為滿足約束條件下目標(biāo)函數(shù)所能達(dá)到的極值。

因此，如何解決汽車碰撞安全可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中上述問(wèn)題；使得車輛輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中獲得的碰撞安全可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)解具有更高的可靠性和實(shí)際意義；成為車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域亟需克服的難題。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于切比雪夫方法的汽車碰撞安全可靠性設(shè)計(jì)方法，該方法基于Chebyshev(切比雪夫)區(qū)間算法設(shè)計(jì)，能夠在實(shí)現(xiàn)車輛設(shè)計(jì)輕量化的同時(shí)，提高車輛碰撞優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。

一種汽車碰撞可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法包括如下步驟：

S1：建立汽車碰撞有限元模型；整車有限元模型包括白車身、開(kāi)啟件、底盤、動(dòng)力系統(tǒng)、電子電器以及用于測(cè)試的傳感器；假人系統(tǒng)和安全帶系統(tǒng)的質(zhì)量通過(guò)質(zhì)量點(diǎn)的方式添加；

S2：定義優(yōu)化問(wèn)題，包括：選取設(shè)計(jì)變量，定義變量的變化范圍，選取優(yōu)化目標(biāo)和約束目標(biāo)；

S3：通過(guò)DOE設(shè)計(jì)獲取設(shè)計(jì)樣本點(diǎn)和測(cè)試樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)；

S4：將DOE設(shè)計(jì)中獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方式建立設(shè)計(jì)變量與響應(yīng)之間的函數(shù)關(guān)系；從而搭建出出近似模型，利用近似模型預(yù)測(cè)響應(yīng)；并對(duì)搭建完的近似模型進(jìn)行精度驗(yàn)證；