專利名稱：汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
為發(fā)展汽車，宇航，航空，船舶，重工機(jī)械等工程項(xiàng)目前期工程的同步研發(fā)能力，需要一種可以在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(CAD，CAE，CAS，這三種數(shù)據(jù)都是在同一物理座標(biāo)下用于描述同一設(shè)計(jì)產(chǎn)品物理特性的數(shù)據(jù)，CAD數(shù)據(jù)用于描述設(shè)計(jì)產(chǎn)品的幾何特性；CAE數(shù)據(jù)是基于CAD數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上生成的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，用于分析評估結(jié)構(gòu)性能；CAS數(shù)據(jù)是造型設(shè)計(jì)中描述造型特征的曲線和面)基礎(chǔ)上進(jìn)行變形從而快速獲得可用于CAE概念分析和CAD設(shè)計(jì)分析的軟件。為達(dá)此目的，需要在某參考數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上根據(jù)新的造型CAS外表面，將參考數(shù)據(jù)快速投影、變形 (網(wǎng)格變形或拓?fù)渥冃蔚热我獾姆绞?到與外CAS面重合，焊點(diǎn)同時作相應(yīng)變化。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是在新型號在參考數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上做重新設(shè)計(jì)，形成新的CAD數(shù)據(jù)。再由新的CAD數(shù)據(jù)建立新的各類CAE模型進(jìn)行性能分析。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法既費(fèi)時又低效，而且存在以下問題(1)由設(shè)計(jì)到性能分析需串聯(lián)進(jìn)行，性能分析需等設(shè)計(jì)完成后才能進(jìn)行，二者不能同步進(jìn)行；(2)重新設(shè)計(jì)沒有同步的性能分析做參考，往往有很大的盲目性，不能體現(xiàn)產(chǎn)品性能的要求；(3)性能分析結(jié)果很難直接生成概念設(shè)計(jì)，需要經(jīng)過多次循環(huán)方能達(dá)標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，能夠快速高效的對汽車車身基于原有的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而節(jié)省設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的技術(shù)方案是，包括如下步驟第一步，讀入優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)；第二步，捕捉優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)中的特征線，所述特征線是指所述特征線是指圍成汽車構(gòu)造型面的曲線；第三步，在特征線的基礎(chǔ)上對優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)變換形成控制模塊，即通過特征線生成線網(wǎng)格，在視圖平面內(nèi)通過掃描或拖伸由線網(wǎng)格形成面網(wǎng)格，再將面網(wǎng)格向垂直于視圖平面方向掃描或拖伸來生成一組套在現(xiàn)有CAD或CAE三維數(shù)模上的體網(wǎng)格單元，這組體網(wǎng)格單元就是控制模塊；第四步，聯(lián)接控制模塊和優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)，即確定變形區(qū)和緩沖區(qū)，使參考數(shù)據(jù)和控制模塊之間形成互相聯(lián)動的關(guān)系，所述變形區(qū)是指在后續(xù)步驟中需要根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行變化的區(qū)域，非變形區(qū)是指在后續(xù)步驟中不需要根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行變化的區(qū)域，所述緩沖區(qū)是指連結(jié)變形區(qū)和非變形區(qū)，在變形區(qū)和非變形區(qū)之間過渡的區(qū)域；第五步，讀入目標(biāo)數(shù)據(jù)，所述目標(biāo)數(shù)據(jù)包括特定的CAS面或CAS線，硬點(diǎn)變化，變形說明和要求，所述硬點(diǎn)是汽車設(shè)計(jì)中關(guān)鍵點(diǎn)的幾何位置和特性；第六步，通過對控制模塊進(jìn)行與第三步相對應(yīng)的反變換，從而對優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)根據(jù)變形要求進(jìn)行投影，拉伸，縮放，扭轉(zhuǎn)等變換，使其與新設(shè)計(jì)的目標(biāo)相吻合；第七步，對第六步變換后的車身形狀參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究修改，得到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的已經(jīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的車身形狀參考數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過上述步驟，能夠大大的方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1 圖7為本發(fā)明汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法各步驟的示意圖；圖8為本發(fā)明汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法總體流程的示意圖；圖9為本發(fā)明汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法CAE Morphing功能的示意圖；圖10和圖11為本發(fā)明汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法CAD Morphing功能的示意圖；圖12為本發(fā)明汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法CAS Morphing功能的示意圖；圖13和圖14為本發(fā)明汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法CAE參數(shù)模型功能的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟第一步，讀入優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)，如圖1所示，例如讀入原先車型的車身形狀參考數(shù)據(jù)。第二步，捕捉優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)中的特征線，所述特征線是指所述特征線是指圍成汽車構(gòu)造型面的曲線，在圖1所示的車身形狀參考數(shù)據(jù)中，其特征線如圖2 所示。第三步，在特征線的基礎(chǔ)上對優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)變換形成控制模塊，即通過特征線生成線網(wǎng)格，在視圖平面內(nèi)通過掃描或拖伸由線網(wǎng)格形成面網(wǎng)格，再將面網(wǎng)格向垂直于視圖平面方向掃描或拖伸來生成一組套在現(xiàn)有CAD或CAE三維數(shù)模上的體網(wǎng)格單元，這組體網(wǎng)格單元就是控制模塊；圖1所示車身形狀參考數(shù)據(jù)生成的控制模塊的過程如圖3所示，生成的控制模塊從立體角度看如圖4所示。第四步，聯(lián)接控制模塊和優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)，即確定變形區(qū)和緩沖區(qū)，使參考數(shù)據(jù)和控制模塊之間形成互相聯(lián)動的關(guān)系，如圖4所示，控制模塊已經(jīng)套在圖1 所示的車身參考數(shù)據(jù)中；其中，聯(lián)接控制模塊和優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)時，可以只聯(lián)接控制模塊和變形區(qū)，緩沖區(qū)的三維數(shù)據(jù)；所述變形區(qū)是指在后續(xù)步驟中需要根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行變化的區(qū)域，非變形區(qū)是指在后續(xù)步驟中不需要根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行變化的區(qū)域，所述緩沖區(qū)是指連結(jié)變形區(qū)和非變形區(qū)，在變形區(qū)和非變形區(qū)之間過渡的區(qū)域。第五步，讀入目標(biāo)數(shù)據(jù)，所述目標(biāo)數(shù)據(jù)包括特定的CAS面或CAS線，硬點(diǎn)變化，變形說明和要求，所述硬點(diǎn)是汽車設(shè)計(jì)中關(guān)鍵點(diǎn)的幾何位置和特性；如圖5所示，圖5中已經(jīng)顯示了新車型的外形輪廓。在目前的汽車車型的更新?lián)Q代中，尤其是對于一些車型的小改款中，往往是保留車型原有的設(shè)計(jì)風(fēng)格，而對局部內(nèi)容，諸如軸距、部分車身尺寸或其他內(nèi)容進(jìn)行修改，或者采用新的發(fā)動機(jī)、變速箱等配置，要求新的車型對新的配置內(nèi)容進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。如果是更換發(fā)動機(jī)、變速箱等配置，就需要車身有合適的空間容納這些新的配置，這在新的車型中就會包括特定的CAS面或CAS線；而如果軸距發(fā)生了變化，就會有相應(yīng)的硬點(diǎn)變化，新的車型必須與這些硬點(diǎn)變化相匹配；在對車身進(jìn)行變化的時候，設(shè)計(jì)者可以提出一些特定的變形說明和要求，例如在軸距加長之后，只增加車身的長度和寬度，而不增加車身的高度，或者同時增加車身的長度、寬度和高度。第六步，通過對控制模塊進(jìn)行與第三步相對應(yīng)的反變換，從而對優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)根據(jù)變形要求進(jìn)行投影，拉伸，縮放，扭轉(zhuǎn)等變換，使其與新設(shè)計(jì)的目標(biāo)相吻合；如圖6所示，控制模塊已經(jīng)與新的車身外形輪廓相匹配。第七步，對第六步變換后的車身形狀參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究修改，得到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的已經(jīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的車身形狀參考數(shù)據(jù)，如圖7所示。本發(fā)明的總體流程還可參見圖8所示。本發(fā)明利用已經(jīng)生成的有限元網(wǎng)格或CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在不需要重新設(shè)計(jì)的情況下，直接對參考CAD模型和CAE網(wǎng)格進(jìn)行投影，拉伸，縮放，扭轉(zhuǎn)等變換，使其直接生成新的變形模型的方法。本發(fā)明的主要應(yīng)用功能包括以下四大方面(I)CAE Morphing:是直接對CAE有限元網(wǎng)格進(jìn)行投影，拉伸，縮放，扭轉(zhuǎn)等變換， 使其直接生成新的變形后的可直接用于有限元分析模型的方法，有限元模型可包括碰撞， 應(yīng)力應(yīng)變，剛度模態(tài)，噪聲，流體和熱場等，如圖9所示。(2) CAD Morphing 是直接對CAD三維數(shù)模進(jìn)行投影，拉伸，縮放，扭轉(zhuǎn)等變換，使其直接生成新的變形后的可直接用于設(shè)計(jì)的CAD模型的方法，如圖10和圖11所示；(3) CAS Morphing 是直接對CAS面三維數(shù)模進(jìn)行投影，拉伸，縮放，扭轉(zhuǎn)等變換， 使其直接生成新的可直接用于造型主題設(shè)計(jì)的方法，圖12所示；(4) CAE參數(shù)模型是直接對CAE三維數(shù)模進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，使其直接生成新的可用于優(yōu)化設(shè)計(jì)的CAE模型的方法，如圖13和圖14所示。由于不需要反復(fù)進(jìn)行CAD到CAE的交互設(shè)計(jì)驗(yàn)證循環(huán)，所以可以大大縮短模型準(zhǔn)備周期。除了網(wǎng)格變形功能以外，還有直接對CAD模型變形的功能，直接morphing產(chǎn)生的 CAD數(shù)據(jù)，可直接用于設(shè)計(jì)。Morphing的CAD和CAE網(wǎng)格的變形可通過共用控制塊實(shí)現(xiàn)同步，同量變化，實(shí)現(xiàn)同步設(shè)計(jì)，同步分析。采用本發(fā)明的軟件還可以具有表面插入特征，縫合網(wǎng)格、網(wǎng)格映射等功能，為CAE 建模提供各種方便實(shí)用的工具。另外，參數(shù)化建模功能、同時設(shè)置多個變形變量、批處理等高級功能使得采用本發(fā)明的軟件能與優(yōu)化軟件一起耦合求解各類優(yōu)化問題。本發(fā)明通過上述步驟，能夠達(dá)到(1)大大加快工程項(xiàng)目研發(fā)速度，提升汽車的自主研發(fā)能力；例如現(xiàn)有汽車前期開發(fā)中，設(shè)計(jì)CAE分析的一個周期需要六個月，而以本發(fā)明所提供的方法，則可縮短到三個月。
(2)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與性能分析同步并聯(lián)進(jìn)行，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程是先形成新的CAD數(shù)據(jù)， 再由新的CAD數(shù)據(jù)建立新的各類CAE模型進(jìn)行性能分析，分析需等設(shè)計(jì)完成后才能開始；而本發(fā)明將參考車的CAE模型直接投影變化，而無需等設(shè)計(jì)完成，所以設(shè)計(jì)與性能分析同步并聯(lián)進(jìn)行的，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量，改進(jìn)產(chǎn)品性能有重大貢獻(xiàn)。(3)車身形狀參考數(shù)據(jù)的CAD和CAE網(wǎng)格的變形可通過共用控制塊實(shí)現(xiàn)同步，同量變化，實(shí)現(xiàn)分析性能分析結(jié)果直接形成概念設(shè)計(jì)，避免了設(shè)計(jì)和分析的脫節(jié)。(4)本發(fā)明的使用，將性能分析引入到最早的概念設(shè)計(jì)階段。在早期概念設(shè)計(jì)階段，往往新數(shù)據(jù)是不完整的，而性能分析是需要建立在完整的的CAE模型基礎(chǔ)上的，而本發(fā)明基于參考車數(shù)模變化，參考車數(shù)模是完整和可靠的，可以幫助設(shè)計(jì)人員提早發(fā)現(xiàn)潛在的問題，避免后期返工。(5)本發(fā)明還可與其它優(yōu)化軟件聯(lián)用，在采用本發(fā)明的軟件的界面下，對需要變化的部分，做一參數(shù)化定義，形成參數(shù)化模型；利用優(yōu)化軟件，例如Isight，Optimous等，自動調(diào)用該參數(shù)化模型，形成系列化模型，然后自動調(diào)用求解器求解；根據(jù)性能要求，生成輸入輸出矩陣，形成參數(shù)化模型，在節(jié)約成本，降低能耗方面，有著積極的作用。
權(quán)利要求
1.一種汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟 第一步，讀入優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)；第二步，捕捉優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)中的特征線，所述特征線是指所述特征線是指圍成汽車構(gòu)造型面的曲線；第三步，在特征線的基礎(chǔ)上對優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)變換形成控制模塊，即通過特征線生成線網(wǎng)格，在視圖平面內(nèi)通過掃描或拖伸由線網(wǎng)格形成面網(wǎng)格，再將面網(wǎng)格向垂直于視圖平面方向掃描或拖伸來生成一組套在現(xiàn)有CAD或CAE三維數(shù)模上的體網(wǎng)格單元，這組體網(wǎng)格單元就是控制模塊；第四步，聯(lián)接控制模塊和優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)，即確定變形區(qū)和緩沖區(qū)，使參考數(shù)據(jù)和控制模塊之間形成互相聯(lián)動的關(guān)系，所述變形區(qū)是指在后續(xù)步驟中需要根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行變化的區(qū)域，非變形區(qū)是指在后續(xù)步驟中不需要根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行變化的區(qū)域，所述緩沖區(qū)是指連結(jié)變形區(qū)和非變形區(qū)，在變形區(qū)和非變形區(qū)之間過渡的區(qū)域；第五步，讀入目標(biāo)數(shù)據(jù)，所述目標(biāo)數(shù)據(jù)包括特定的CAS面或CAS線，硬點(diǎn)變化，變形說明和要求，所述硬點(diǎn)是汽車設(shè)計(jì)中關(guān)鍵點(diǎn)的幾何位置和特性；第六步，通過對控制模塊進(jìn)行與第三步相對應(yīng)的反變換，從而對優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)根據(jù)變形要求進(jìn)行投影，拉伸，縮放，扭轉(zhuǎn)等變換，使其與新設(shè)計(jì)的目標(biāo)相吻合；第七步，對第六步變換后的車身形狀參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究修改，得到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的已經(jīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的車身形狀參考數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述第四步中，聯(lián)接控制模塊和優(yōu)化設(shè)計(jì)前的車身形狀參考數(shù)據(jù)時，只要聯(lián)接控制模塊和變形區(qū)，緩沖區(qū)的三維數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，對需要變形區(qū)做參數(shù)化定義，形成參數(shù)化模型；利用優(yōu)化軟件，自動調(diào)用該參數(shù)化模型，形成系列化模型，然后自動調(diào)用求解器求解；根據(jù)性能要求，生成輸入輸出矩陣，形成參數(shù)化模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過提取現(xiàn)有車型的特征線，再根據(jù)特征線生成控制模塊，將控制模塊與原有車型的數(shù)據(jù)相聯(lián)接，對控制模塊按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行修改，從而對車型的特征線作出調(diào)整，以完成對汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明能夠大大的方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本。
文檔編號G06F17/50GK102201017SQ20101013117
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者李廣駿 申請人:帝特汽車技術(shù)(上海)有限公司