一種座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)把多目標(biāo)問(wèn)題變?yōu)橹饕繕?biāo)問(wèn)題、把非線性問(wèn)題變?yōu)橼呌谥庇^的線性問(wèn)題，最終建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的公式迭代就能抉擇出最優(yōu)方案。
【專利說(shuō)明】一種座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車座椅制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在工程中多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題就目前來(lái)看依然存在諸多困難，如價(jià)格最低，重量最輕， 工藝最簡(jiǎn)單多目標(biāo)同時(shí)做到最優(yōu)是一個(gè)非常復(fù)雜的工程問(wèn)題。
[0003] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題：工程中的大多 設(shè)計(jì)變量屬離散變量，座椅骨架優(yōu)化問(wèn)題的設(shè)計(jì)變量也不例外，由此導(dǎo)致其數(shù)學(xué)模型中的 目標(biāo)函數(shù)及約束函數(shù)的不連續(xù)性，從而將連續(xù)變量問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型變成不可微的，離散優(yōu) 化問(wèn)題的難度在于解析的數(shù)學(xué)工具變得力所難及。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種把多目標(biāo)問(wèn)題變?yōu)橹饕繕?biāo)問(wèn)題、把非線 性問(wèn)題變?yōu)橼呌谥庇^的線性問(wèn)題，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的公式迭代就能抉擇出最優(yōu)方案的座椅骨 架輕量化設(shè)計(jì)方法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 可以把多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為主要目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，這在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中是有理論 依據(jù)的。如：要求座椅骨架做到最輕，那么我們可以把價(jià)格控制和剛度強(qiáng)度問(wèn)題作為約束條 件來(lái)處理進(jìn)而解決優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。同樣，如果座椅廠商要求本座椅骨架價(jià)格做到最低，那我 們可以把剛度強(qiáng)度、輕量化問(wèn)題作為約束條件來(lái)解決優(yōu)化問(wèn)題。這樣我們可以把復(fù)雜的工 程多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題變得簡(jiǎn)單易解決。
[0007] 找出其主導(dǎo)作用的離散變量，盡量減少離散變量，盡量使非線性問(wèn)題趨于線性化， 使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單。
[0008] 由于座椅骨架設(shè)計(jì)根據(jù)車身邊界和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，系統(tǒng)布置和尺寸基本確定， 為滿足設(shè)計(jì)剛度強(qiáng)度要求，僅能夠?qū)Σ牧项愋汀⒐茏雍外k金規(guī)格、焊接工藝和緊固方式、鈑 金和管子成型工藝等進(jìn)行改進(jìn)，所以起主導(dǎo)作用的設(shè)計(jì)變量基本確立，且這些設(shè)計(jì)變量具 有離散性質(zhì)，離散變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)在工程中更具有實(shí)際意義。即這些設(shè)計(jì)變量并不是連續(xù)區(qū) 間，而是分散的具體參數(shù)。
[0009] 設(shè)計(jì)要滿足結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)度約束條件，即通過(guò)法規(guī)要求的各項(xiàng)試驗(yàn)，根據(jù)法規(guī)， 可知目前對(duì)后排靠背的試驗(yàn)要求有 ：GB150183-2006-行李箱入侵試驗(yàn)，GB14167-安全 帶固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)（三點(diǎn)式安全帶后排座椅），ECE R14 - ISOFIX固定裝置強(qiáng)度試驗(yàn)， GB11550-2009-頭枕靜強(qiáng)度試驗(yàn)。剛度強(qiáng)度約束函數(shù)采用有限元模型表達(dá)，通過(guò)有限元模 型計(jì)算得出設(shè)計(jì)變量的可行域。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及歷史數(shù)據(jù)，認(rèn)為分析類型的主次性排序?yàn)椋?、行 李箱入侵分析；2、安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析；3、頭枕靜強(qiáng)度分析；4、ISOFIX固定裝置強(qiáng)度分 析。ISOFIX固定裝置強(qiáng)度分析主要對(duì)局部進(jìn)行校核，局部改動(dòng)對(duì)靠背整體重量影響較小， 另認(rèn)為行李箱入侵分析對(duì)結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)度的要求最為苛刻，即行李箱入侵分析有限元模型可 以作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束函數(shù)主要表達(dá)方式（見(jiàn)圖1)。設(shè)計(jì)還要滿足成本控制的約束條件。 重量最輕作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0010] 通過(guò)以上描述我們可以建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型：
[0011] 一種座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型：
[0012] 一、設(shè)計(jì)變量：X = {XI，X2, X3}T三維設(shè)計(jì)空間，
[0013] Dai-管子與管子對(duì)接焊接方式，
[0014] 2)、X2--圓鋼管規(guī)格，
[0015] 3)、X3--鈑金材料；
[0016] 二、設(shè)計(jì)變量區(qū)間：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型： 一、 設(shè)計(jì)變量：x = {XI，X2, Χ3}τ三維設(shè)計(jì)空間， 1) 、Xl--管子與管子對(duì)接焊接方式， 2) 、Χ2--圓鋼管規(guī)格， 3) 、Χ3--鈑金材料； 二、 設(shè)計(jì)變量區(qū)間：
A-管子端頭壓扁焊接， B-管子端頭切近似半圓弧焊接， 管子規(guī)格由管子外徑和壁厚來(lái)定義，如25*1. 5為外徑25mm，壁厚I. 5mm， 鈑金材料可選項(xiàng)為SAPH440、SPra540、SPra590,價(jià)格依次升高，管子材料作為設(shè)計(jì)參數(shù) 中的已知常量，材料為Q235 ; 三、 約束條件：? (X) g2 (X) gl(X) = gl(Xl，X2，X3)，為滿足行李箱碰撞的剛度強(qiáng)度要求，通過(guò)建立行李箱碰撞分析 有限元模型驗(yàn)證， g2(X) = &(父1，父2，父3)，為滿足價(jià)格控制要求； 四、 目標(biāo)函數(shù)： f⑴=f(Xl，X2, X3)--座椅重量； 五、 設(shè)計(jì)目標(biāo)：min f(X) min f(X) =minf(Xl,X2,X3)--座椅重量最輕； 六、 計(jì)算過(guò)程： 1) 根據(jù)價(jià)格約束函數(shù)，選擇價(jià)格最低的SAPH440， 2) 通過(guò)建立行李箱碰撞分析有限元模型驗(yàn)證行李箱碰撞的剛度強(qiáng)度要求，選擇B焊接 方式， 3) 根據(jù)圓鋼管規(guī)格計(jì)算各規(guī)格座椅重量，選擇使座椅重量最輕的管子規(guī)格。
2. 如權(quán)利要求1所述的座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化： min f (X) = minf (XI, X2, X3) f(X) = X1+X2+X3 Xl為B焊接方式帶來(lái)的重量變化，是常量Cl, X2為一定長(zhǎng)度不同管子規(guī)格管子重量： X2 = LX β X π *(rl2-r22) = LX β X π *(Dt-t2) rl-外圓半徑 r2-內(nèi)圓半徑 t-管子厚度 D--管子外徑 L--管子長(zhǎng)度 β--管子材料密度 X 3為不同鈑金材料帶來(lái)的重量變化，是常量C2整理得： f (X) = C1+LX β X Ji · (Dt-t2)+C2 由公式可以看出對(duì)f (X)求極小值，即對(duì)f (D，t) = Dt-t2求極小值 25 ^ D ^ 30 1. 5 彡 t 彡 2. 0。
3. 如權(quán)利要求1所述的座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，按座椅重量依次較重， 管子規(guī)格的排序?yàn)椋?5*1· 5, 30*1. 5, 25*2. 0, 30*2. 0。
4. 如權(quán)利要求1所述的座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，優(yōu)化后的方案再進(jìn)行 安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度、頭枕靜強(qiáng)度、ISOFIX固定裝置的強(qiáng)度分析，均能夠滿足要求，則認(rèn)為優(yōu) 化方案可以實(shí)施。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104376182SQ201410691255
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】陳長(zhǎng)亮, 馬朝暉 申請(qǐng)人:蕪湖瑞泰汽車零部件有限公司