平臺(tái)架構(gòu)概念設(shè)計(jì)階段車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

張 峰，段文立，劉楊勝，石蕩赫，陳渝祺

(重慶金康賽力斯新能源汽車設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 401135)

隨著消費(fèi)水平的升級(jí)，各大車企加快了推出新車的節(jié)奏，單一車型的開(kāi)發(fā)流程已經(jīng)不能滿足快速出車的要求，平臺(tái)架構(gòu)概念開(kāi)始廣泛出現(xiàn)在車企設(shè)計(jì)生產(chǎn)的過(guò)程中。目前，借助傳統(tǒng)汽車的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，各大車企已陸續(xù)推出了自己的平臺(tái)架構(gòu)。

楊宏等[1]對(duì)某純電動(dòng)專屬車身平臺(tái)架構(gòu)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了介紹，采用拓?fù)鋬?yōu)化定義了全新的載荷傳遞路徑，并對(duì)車身進(jìn)行了碰撞性能的分析和優(yōu)化，但使用的是單位載荷模擬碰撞工況，并非實(shí)際的碰撞載荷；趙永宏等[2]利用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，在剛度和碰撞綜合工況下對(duì)某平臺(tái)車身進(jìn)行了傳力路徑優(yōu)化，并探討了逐級(jí)施加約束控制后車身結(jié)構(gòu)內(nèi)的最優(yōu)載荷傳遞路徑，但在兩種工況下，使用的是同一個(gè)拓?fù)鋬?yōu)化模型，造成優(yōu)化結(jié)果的工程可實(shí)施性不好；麻桂艷等[3]利用參數(shù)化建模軟件SFE CONCEPT，提出將車身進(jìn)行模塊化分類，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)早期，可快速實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)的性能驗(yàn)證及優(yōu)化，快速實(shí)現(xiàn)平臺(tái)不同車型的參數(shù)化車身模型搭建，進(jìn)行平臺(tái)車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，但其研究的是單一動(dòng)力類型下的平臺(tái)車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并未考慮多動(dòng)力的平臺(tái)架構(gòu)車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略；王磊等[4]借助隱式參數(shù)化建模技術(shù)，建立了某平臺(tái)三廂車和兩廂車的SFE參數(shù)化車身模型，考慮車身剛度和模態(tài)性能，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、形狀參數(shù)化優(yōu)化和料厚優(yōu)化3種手段，對(duì)平臺(tái)上的兩款車型進(jìn)行了車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，但在車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，沒(méi)有考慮碰撞工況，其優(yōu)化方案的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高。

當(dāng)前很多工程人員和研究學(xué)者，做了很多關(guān)于平臺(tái)架構(gòu)車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究，提出了一些具體的方法和手段，但很少有系統(tǒng)研究在概念設(shè)計(jì)階段如何針對(duì)平臺(tái)架構(gòu)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的文章。為此提出了一種新的車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，考慮平臺(tái)架構(gòu)的不同車型和動(dòng)力，使得平臺(tái)架構(gòu)上的車身結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)較為理想的性能帶寬水平。

1 全局拓?fù)鋬?yōu)化

該平臺(tái)架構(gòu)軸距范圍2 780～2 860 mm，涵蓋純電和增程兩種動(dòng)力配置，車型包括高低兩種姿態(tài)。對(duì)于平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，帶寬越大，問(wèn)題越復(fù)雜，不能按傳統(tǒng)單一車型的開(kāi)發(fā)思維逐一設(shè)計(jì)，總體優(yōu)化策略為選取代表車型進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化的同時(shí)兼顧驗(yàn)證其他車型。在綜合考慮了各方面因素后，選取了平臺(tái)架構(gòu)上軸距最大的7座SUV作為主優(yōu)對(duì)象，考慮車身剛度、模態(tài)以及碰撞工況作為優(yōu)化工況，對(duì)平臺(tái)架構(gòu)下的車體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。同時(shí)通過(guò)將優(yōu)化方案代入不同車型不同動(dòng)力下進(jìn)行驗(yàn)證及優(yōu)化，保證整個(gè)平臺(tái)架構(gòu)下的車身結(jié)構(gòu)處于目標(biāo)性能帶寬下。

在平臺(tái)架構(gòu)概念設(shè)計(jì)階段的早期，通過(guò)全局拓?fù)鋬?yōu)化，嘗試尋找不同的車身傳力路徑。目前，行業(yè)內(nèi)關(guān)于拓?fù)鋬?yōu)化已經(jīng)有了很多的研究。在介紹拓?fù)鋬?yōu)化的文獻(xiàn)[5-7]中，對(duì)于碰撞工況的加載，采用的是簡(jiǎn)化均布載荷，這種加載方法過(guò)于簡(jiǎn)單，會(huì)導(dǎo)致拓?fù)鋬?yōu)化分析出來(lái)的結(jié)果工程可實(shí)施性不高。相較均布載荷法，非線性等效靜態(tài)載荷法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)優(yōu)化結(jié)果離散性更好，更容易解讀路徑；

2)優(yōu)化結(jié)果更接近于實(shí)際情況，工程應(yīng)用程度較高；

3)材料分布更合理，解讀出來(lái)的結(jié)構(gòu)輕量化效果更好。

在全局拓?fù)鋬?yōu)化階段，綜合考慮了彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、正碰、25%小偏置碰和側(cè)碰工況，優(yōu)化過(guò)程如下所述。

1.1 模型設(shè)置

剛度工況采用的是白車身模型，同時(shí)考慮前圍板、風(fēng)擋玻璃、地板等對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的影響，拓?fù)鋬?yōu)化模型如圖1所示。碰撞工況采用的是整車模型，在白車身模型基礎(chǔ)之上，增加前副車架、車門、前罩、IP、座椅、動(dòng)力總成、前后懸架等系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)，在概念設(shè)計(jì)階段，如果沒(méi)有參考模型，可以用集中質(zhì)量單元代替，通過(guò)RBE2或RBE3單元與設(shè)計(jì)空間的實(shí)體單元連接起來(lái)，拓?fù)鋬?yōu)化模型如圖2所示。

圖1 白車身拓?fù)鋬?yōu)化模型Fig. 1 Topology optimization model of BIW

圖2 整車拓?fù)鋬?yōu)化模型Fig. 2 Topology optimization model of whole vehicle

1.2 工況設(shè)置

對(duì)彎曲剛度工況，在前排及后排4個(gè)乘員位置各施加z向500 N集中力，共2 000 N。約束前懸減震器支座y向和z向平動(dòng)自由度以及后懸減震器全部方向平動(dòng)自由度。

對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度工況，在左右前懸減震器支座z向上建立MPC約束，約束后懸減震器支座全部方向的平動(dòng)自由度。

對(duì)碰撞工況，整車承受的是高速非線性動(dòng)態(tài)載荷，拓?fù)鋬?yōu)化需要將高速非線性動(dòng)態(tài)載荷等效為線性靜態(tài)載荷。主要等效方法是根據(jù)車身碰撞形態(tài)，將關(guān)鍵時(shí)刻車身結(jié)構(gòu)壓潰處的最大載荷作為等效靜態(tài)載荷。對(duì)于正碰和25%小偏置碰工況，線性化等效為4個(gè)靜力工況，對(duì)應(yīng)工況的加載位置如圖3所示，分別是：

圖3 FRB及SOB工況線性化載荷Fig. 3 FRB and SOB condition linearized load

1)工況1：加載在吸能盒中部；

2)工況2：加載在前縱梁和SHOTGUN的前端；

3)工況3：加載在前縱梁和SHOTGUN中部；

4)工況4：加載在門檻梁、A柱、中央通道、前縱梁根部。

其中，對(duì)于正碰工況，整車左右對(duì)稱加載，對(duì)于25%小偏置碰工況，只在整車左側(cè)加載。

對(duì)于側(cè)碰工況，提取壁障與前后門、門檻梁以及B柱的接觸力，分別施加在前后門的質(zhì)心位置處，以及壁障與門檻和B柱的接觸面積內(nèi)抓取的RBE2單元上，如圖4所示。

1.3 MMO多模型拓?fù)鋬?yōu)化

多模型優(yōu)化(multi-model optimization，MMO)，可以在一次優(yōu)化計(jì)算中同時(shí)考慮多個(gè)計(jì)算模型，這些模型共享某些共同的設(shè)計(jì)變量，共享的設(shè)計(jì)變量會(huì)得到相同的優(yōu)化結(jié)果。其優(yōu)勢(shì)在于：

1)模型可以是完全不同，或者部分相同；

2)載荷可以不同，參數(shù)可以不同，目標(biāo)函數(shù)、約束及響應(yīng)可以單獨(dú)定義，也可以組合定義；

3)多模型優(yōu)化主要考慮性能和擴(kuò)展性，非常適合于平臺(tái)架構(gòu)開(kāi)發(fā)上使用。

MMO優(yōu)化流程如圖5所示。

圖5 MMO優(yōu)化流程Fig. 5 MMO optimization process

本次平臺(tái)架構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型為：

(1)

式中：f(M)為設(shè)計(jì)空間的質(zhì)量，ρi為設(shè)計(jì)空間材料的相對(duì)密度，f(Cbend)、f(Ctorsion)、f(CFRB)、f(CSOB)、f(CMDB)分別為優(yōu)化模型的彎曲剛度工況、扭轉(zhuǎn)剛度工況、FRB工況、SOB工況和MDB工況對(duì)應(yīng)下的全局柔度，fo(Cbend)、fo(Ctorsion)、fo(CFRB)、fo(CSOB)、fo(CMDB)分別為彎曲剛度工況、扭轉(zhuǎn)剛度工況、FRB工況、SOB工況和MDB工況對(duì)應(yīng)下的全局柔度目標(biāo)值。其中，碰撞工況全局柔度目標(biāo)值是根據(jù)柔度與質(zhì)量的Pareto曲線來(lái)確定的。

通過(guò)MMO多模型拓?fù)鋬?yōu)化，聯(lián)合設(shè)計(jì)部門，共同對(duì)拓?fù)浣Y(jié)果進(jìn)行解讀，得到3種不同的傳力路徑形式，如圖6所示。

圖6 拓?fù)鋬?yōu)化方案解讀Fig. 6 Interpretation of topology optimization scheme

2 傳力路徑對(duì)比分析及優(yōu)化

2.1 不同傳力路徑模型搭建

利用隱式參數(shù)化建模軟件SFE CONCEPT，同時(shí)考慮到上車身通常不在平臺(tái)架構(gòu)的范圍內(nèi)，結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化解讀出來(lái)的3種不同傳力路徑，選取了高低兩款成熟的上車身與平臺(tái)架構(gòu)下車身進(jìn)行模型耦合，搭建高低車分析模型共6個(gè)，如圖7所示。

圖7 不同傳力路徑的平臺(tái)架構(gòu)高低車分析模型Fig. 7 High and low vehicle analysis model of platform architecture with different transmission paths

2.2 不同傳力路徑碰撞分析及優(yōu)化

平臺(tái)架構(gòu)包含EVR和EV兩種動(dòng)力類型，相較于EV動(dòng)力，因增加了增程器以及排氣系統(tǒng)，EVR動(dòng)力類型的前艙空間布置非常緊湊，占用了大部分的碰撞吸能空間，碰撞工況更為惡劣一些，故主優(yōu)車型的動(dòng)力選擇EVR。對(duì)3種不同傳力路徑的車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了FRB工況分析，各路徑結(jié)構(gòu)下的初始車身變形模式如圖8所示。

圖8 不同傳力路徑下的7座SUV初始FRB工況車身變形模式Fig. 8 Initial body deformation of 7-seat SUV under FRB condition with different force transmission paths

從初始結(jié)果可以看出，3種不同傳力路徑下都沒(méi)有產(chǎn)生正常的變形模式。為了確定平臺(tái)架構(gòu)的傳力路徑形式，需對(duì)3種不同傳力路徑進(jìn)行優(yōu)化，其優(yōu)化策略主要為：對(duì)于3種傳力路徑的共有結(jié)構(gòu)，采用同一種優(yōu)化方案；對(duì)于不同傳力路徑的特有結(jié)構(gòu)，采用對(duì)應(yīng)路徑下的特有優(yōu)化方案。

通過(guò)對(duì)初始分析結(jié)果的解讀，從料厚、材料牌號(hào)、結(jié)構(gòu)3個(gè)方向?qū)?種不同傳力路徑的共有結(jié)構(gòu)和特有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，3種不同傳力路徑的優(yōu)化方案如圖9～11所示。

圖9 路徑A優(yōu)化方案Fig. 9 Path A optimization scheme

圖10 路徑B優(yōu)化方案Fig. 10 Path B optimization scheme

圖11 路徑C優(yōu)化方案Fig. 11 Path C optimization scheme

優(yōu)化后的3種不同傳力路徑下的FRB工況車身變形模式如圖12所示。從圖中可以看出：路徑B的前縱梁變形模式最好，吸能盒和縱梁前段潰縮變形，縱梁中段發(fā)生Z形的折彎變形，縱梁后段有些許的潰縮。

圖12 不同傳力路徑下的7座SUV優(yōu)化后FRB工況車身變形模式Fig. 12 Optimized FRB deformation mode of 7-seat SUV under different transmission paths

2.3 優(yōu)化方案在不同車型及動(dòng)力上的驗(yàn)證

對(duì)于平臺(tái)架構(gòu)傳力路徑的確定，需拉通考慮平臺(tái)架構(gòu)不同車型和不同動(dòng)力。將2.2節(jié)中的優(yōu)化方案代入到三廂轎車的EVR和EV動(dòng)力，以及7座SUV的EV動(dòng)力下進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如圖13所示。從圖中可以看出：優(yōu)化方案在平臺(tái)架構(gòu)不同車型不同動(dòng)力下進(jìn)行驗(yàn)證，得到的結(jié)論與主優(yōu)車型是一樣的。

圖13 優(yōu)化后的不同傳力路徑下的不同車型不同動(dòng)力的FRB工況車身變形模式Fig. 13 Optimized FRB body deformation modes of different power and vehicle types under different transmission paths

高低車不同動(dòng)力下FRB工況的重要指標(biāo)對(duì)比情況如圖14所示。從圖中可以看出：優(yōu)化后的3種不同傳力路徑的FRB工況性能指標(biāo)都有較大提升，且A、B路徑的性能情況要優(yōu)于路徑C。考慮到平臺(tái)架構(gòu)要兼顧EV和EVR兩種動(dòng)力類型，且路徑B下的車身質(zhì)量要減少9 kg，最終平臺(tái)架構(gòu)的車身傳力路徑確定為路徑B的形式。

圖14 不同車型不同動(dòng)力下的3種傳力路徑FRB工況關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)化前后對(duì)比Fig. 14 Comparison before and after optimization of key indexes of FRB condition of three force transmission paths under different vehicles and power types

3 車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在確定了平臺(tái)的傳力路徑形式后，接下來(lái)需要對(duì)具體傳力路徑下的車身截面以及車身料厚進(jìn)行優(yōu)化，在保證性能最優(yōu)的前提下盡量實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。

3.1 截面優(yōu)化

利用參數(shù)化優(yōu)化的手段，聯(lián)合SFE CONCEPT軟件，提取梁截面大小參數(shù)作為變量，考慮剛度工況進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化，得到各個(gè)參數(shù)的最佳匹配效果。

在SFE CONCEPT軟件中錄制87個(gè)截面幾何變量，每個(gè)位置的局部形狀改變均可以由一個(gè)參數(shù)來(lái)控制，通過(guò)ISIGHT軟件調(diào)用變量表來(lái)驅(qū)動(dòng)SFE對(duì)模型的幾何形狀進(jìn)行更改，參數(shù)化優(yōu)化的流程如圖15所示：首先考慮彎曲扭轉(zhuǎn)剛度，對(duì)這些變量進(jìn)行靈敏度分析(parameter study)篩選出敏感變量31個(gè)；以篩選出的變量為設(shè)計(jì)變量，選用合適的算法來(lái)生成樣本點(diǎn)進(jìn)行DOE分析，構(gòu)建響應(yīng)面；以白車身的質(zhì)量最輕、彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度性能最佳為目標(biāo)，利用合適的算法進(jìn)行優(yōu)化。

圖15 參數(shù)化優(yōu)化流程圖Fig.15 Parametric optimization flow chart

優(yōu)化后的部分參數(shù)變化情況如圖16所示，性能優(yōu)化情況如表1所示，從表中可以看出：通過(guò)優(yōu)化，雖然車身質(zhì)量略有增加，但車身的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度性能大幅增加，為后續(xù)通過(guò)料厚優(yōu)化進(jìn)行減質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

圖16 部分設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化結(jié)果Fig. 16 Partial optimization results of design variables

表1 參數(shù)化優(yōu)化前后結(jié)果對(duì)比

3.2 料厚優(yōu)化

對(duì)于車身鈑金件的料厚優(yōu)化，目前主要有2種思路：第1種是文獻(xiàn)[8-9]中所述的基于Optistruct軟件，考慮剛度模態(tài)性能進(jìn)行料厚優(yōu)化；第2種是文獻(xiàn)[10-12]中所述的以料厚為變量，通過(guò)DOE建立其近似模型，基于近似模型進(jìn)行料厚優(yōu)化。上述兩種不同的車身鈑金件料厚優(yōu)化方法，都有其各自的不足：對(duì)于基于Optistruct的料厚靈敏度優(yōu)化，其不能考慮非線性工況，只能基于剛度模態(tài)等線性工況進(jìn)行優(yōu)化，且只能進(jìn)行單優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置，導(dǎo)致其優(yōu)化考慮工況較少，優(yōu)化結(jié)果工程可實(shí)施率不高；而對(duì)于車身鈑金件料厚的近似模型優(yōu)化，雖然其可以考慮包括線性工況和非線性工況在內(nèi)的多種工況，但因其需要進(jìn)行大量的樣本點(diǎn)DOE分析，需大量計(jì)算資源與時(shí)間，且如果考慮了碰撞這種非線性極強(qiáng)的工況，除了計(jì)算資源與時(shí)間耗費(fèi)較大以外，不容易搭出精度可靠的近似模型，優(yōu)化效果不可控制。

針對(duì)正碰工況，采用等效靜態(tài)載荷法(ESL)，以車身鈑金件料厚為優(yōu)化變量，考慮車身剛度、模態(tài)和正碰性能，進(jìn)行了料厚減質(zhì)量?jī)?yōu)化，相較于上述兩種優(yōu)化思路，ESL法具有如下優(yōu)勢(shì)[13-15]：

1)ESL法可以利用成熟的線性優(yōu)化方法求解，一般運(yùn)行5次非線性分析和25輪線性優(yōu)化便可達(dá)到收斂，優(yōu)化效率和算法可靠性大大優(yōu)于靈敏度優(yōu)化和近似模型優(yōu)化；

2)ESL法可以選擇不同的性能指標(biāo)，如：質(zhì)量、位移和應(yīng)變能等作為目標(biāo)函數(shù)，而不僅限于內(nèi)能密度均勻化一個(gè)目標(biāo)，因而更符合工程實(shí)際的要求。

基于ESL法，利用GENESIS軟件對(duì)平臺(tái)架構(gòu)的下車身鈑金件進(jìn)行料厚優(yōu)化，設(shè)計(jì)變量如圖17所示，對(duì)稱件設(shè)為一個(gè)變量，共29個(gè)變量。

圖17 料厚優(yōu)化設(shè)計(jì)變量Fig. 17 Material thickness optimization design variables

本次優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型為：

(2)

式中：f(M)，fi(I)為車身質(zhì)量和正碰過(guò)程中的前圍板6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位置侵入量(i=1,2,…,6)，ti為平臺(tái)架構(gòu)車身下車體鈑金件料厚變量，fo(I)為車身優(yōu)化前前圍板正碰過(guò)程中的6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位置初始侵入量，f(Sbend)、f(Storsion)、f(Mbend)、f(Mtorsion)為優(yōu)化模型的車身彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)，fo(Sbend)、fo(Storsion)、fo(Mbend)、fo(Mtorsion)為初始模型的車身彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)。

通過(guò)優(yōu)化，白車身質(zhì)量減少15.7 kg，部分料厚變化情況如表2所示。

表2 料厚變化情況

續(xù)表2

對(duì)減質(zhì)量后的模型進(jìn)行相關(guān)性能驗(yàn)證，其剛度模態(tài)變化情況如表3所示，從表中可以看出：料厚優(yōu)化后的車身剛度和模態(tài)值變化不大，減質(zhì)量效果十分明顯。

表3 料厚優(yōu)化前后性能對(duì)比

料厚優(yōu)化后的車身FRB工況變形模式如圖18所示，從圖中可以看出：優(yōu)化后的前縱梁變形模式良好，吸能盒和縱梁前段潰縮變形，縱梁中段發(fā)生Z形的折彎變形，縱梁后段有些許的潰縮。

圖18 減質(zhì)量后的FRB工況車身變形Fig. 18 Body deformation in FRB condition after weight reduction

料厚優(yōu)化前后的FRB工況關(guān)鍵性能指標(biāo)值及目標(biāo)值對(duì)比如圖19所示，從圖中可以看出：優(yōu)化后的FRB工況指標(biāo)值相較優(yōu)化前略有降低，但仍滿足目標(biāo)值要求。

圖19 減質(zhì)量前后FRB工況關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比Fig. 19 Comparison of key indicators of FRB before and after weight reduction

料厚優(yōu)化后的車身MDB工況變形模式如圖20所示，從圖中可以看出：優(yōu)化后的車身B柱沒(méi)有產(chǎn)生潰縮變形，沒(méi)有產(chǎn)生較大的折彎侵入。

圖20 減質(zhì)量后的MDB工況車身變形Fig. 20 Body deformation of MDB condition after weight reduction

料厚優(yōu)化前后的MDB工況關(guān)鍵性能指標(biāo)值及目標(biāo)值對(duì)比如圖21所示，從圖中可以看出：優(yōu)化后的MDB工況指標(biāo)值相較優(yōu)化前基本不變，滿足目標(biāo)值要求。

圖21 減質(zhì)量前后MDB工況關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比Fig. 21 Comparison of key indicators of MDB condition before and after weight reduction

3.3 優(yōu)化方案在不同車型不同動(dòng)力下的驗(yàn)證及優(yōu)化

利用SFE CONCEPT快速建立平臺(tái)架構(gòu)不同車型的參數(shù)化車身模型，將截面優(yōu)化方案和料厚優(yōu)化方案代入到平臺(tái)架構(gòu)的不同車型不同動(dòng)力下進(jìn)行驗(yàn)證，剛度模態(tài)性能如圖22和表4所示。

圖22 平臺(tái)架構(gòu)高低車車身剛度模態(tài)性能驗(yàn)證Fig. 22 Modal and stiffness performance verification of high and low vehicle body of platform architecture

表4 高低車剛度和模態(tài)值

將優(yōu)化方案代入到EVR動(dòng)力下的高低車進(jìn)行FRB工況分析，結(jié)果如圖23所示。從圖中可以看出：在EVR動(dòng)力下，架構(gòu)高低車車身在FRB工況下，都具有較好的車身變形模式。

圖23 高低車EVR動(dòng)力FRB工況驗(yàn)證分析結(jié)果Fig. 23 FRB condition verification results under high and low vehicle with EVR power

將優(yōu)化方案代入到EV動(dòng)力下的高低車進(jìn)行FRB工況分析，結(jié)果如圖24所示。從圖中可以看出：在EV動(dòng)力下，高低車車身變形模式不理想，且大多數(shù)性能指標(biāo)不滿足目標(biāo)值，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，對(duì)于平臺(tái)架構(gòu)的EV動(dòng)力，提出了如圖25所示的高低車車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

圖24 高低車EV動(dòng)力FRB工況驗(yàn)證分析結(jié)果Fig. 24 FRB condition verification results under high and low vehicle with EV power

圖25 EV動(dòng)力下的高低車結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案Fig. 25 High and low vehicle structure optimization scheme with EV power

優(yōu)化后的EV動(dòng)力下的高低車FRB工況的分析結(jié)果如圖26所示。從圖中可以看出：優(yōu)化后的前縱梁變形模式良好，吸能盒和縱梁前段潰縮變形，縱梁中段發(fā)生Z形的折彎變形，縱梁后段有些許的潰縮。

圖26 高低車EV動(dòng)力FRB工況優(yōu)化結(jié)果Fig. 26 Optimization results of high and low vehicle under FRB condition with EV power

經(jīng)過(guò)優(yōu)化，平臺(tái)架構(gòu)不同車型、不同動(dòng)力的FRB工況關(guān)鍵指標(biāo)項(xiàng)與目標(biāo)值的對(duì)比如圖27所示，從圖中可以看出：優(yōu)化后的FRB工況指標(biāo)值均滿足目標(biāo)值要求。

圖27 平臺(tái)架構(gòu)不同車型、不同動(dòng)力FRB工況關(guān)鍵指標(biāo)項(xiàng)驗(yàn)證值Fig. 27 Validation values of key indicators of FRB condition under different vehicle and power types

4 結(jié) 語(yǔ)

1)利用MMO法進(jìn)行綜合工況拓?fù)鋬?yōu)化，采用碰撞等效載荷法進(jìn)行加載，解讀出來(lái)的車身傳力路徑結(jié)果工程可實(shí)施性更高。后續(xù)的研究重點(diǎn)是如何在拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果解讀中減少人為因素的影響，將拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)化為更精確的分析模型。

2)采用近似模型法對(duì)車身截面進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，考慮的是剛度工況。后續(xù)的研究重點(diǎn)是如何在考慮車身模態(tài)和碰撞工況的前提下，搭建精準(zhǔn)的近似模型進(jìn)行截面優(yōu)化。

3)考慮碰撞、剛度和模態(tài)工況，基于ESL法進(jìn)行了車身的料厚優(yōu)化。后續(xù)的研究重點(diǎn)是基于該技術(shù)路線，如何開(kāi)展車身的形貌優(yōu)化、形狀優(yōu)化等。

4)對(duì)平臺(tái)架構(gòu)的車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是基于尺寸最大的車型進(jìn)行的，這種技術(shù)路線勢(shì)必會(huì)造成較小尺寸車型性能過(guò)剩的情況，若考慮將優(yōu)化方案代入到其他小尺寸車型中進(jìn)行驗(yàn)證并開(kāi)展輕量化設(shè)計(jì)的工作，將使文中的研究結(jié)論更加合理。