[发明专利]基于非线性规划的纯电动汽车车架轻量化方法

权利要求书

1.基于非线性规划的纯电动汽车车架轻量化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立车架的有限元模型，对车架进行正面碰撞、自由模态、弯曲刚度和扭转刚度四种工况建立有限元建模，并对车架的四种工况有限元模型进行仿真分析；

S2、确定优化的目标函数和设计变量，借助Hypermesh软件求出目标函数的数学表达式；

S3、确定优化的约束条件，对各约束响应进行样本数据的采集；

S4、对样本数据进行处理，利用二阶响应面模型对各个约束响应进行函数拟合，求出各个约束的近似代理模型；

S5、利用各个约束的代理模型和目标函数的数学表达式构造非线性规划模型，求解该优化模型。

2.根据权利要求1所述的基于非线性规划的纯电动汽车车架轻量化方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、在UG中对车架进行简化，并导入到Hypermesh中对几何模型进行进一步简化；

S12、进行部件中面的抽取、网格类型的选择、网格划分、赋予网格材料属性、部件的连接、边界条件的设置、接触的设置、控制参数的设定，完成车架的有限元建模；

S13、对车架正面碰撞、自由模态、弯曲刚度和扭转刚度四种工况进行仿真分析，并对正面碰撞工况下的前围板X向侵入量、大梁Z向变形量、B柱加速度峰值、一阶自由模态、弯曲刚度及扭转刚度六个参数进行评价。

3.根据权利要求1所述的基于非线性规划的纯电动汽车车架轻量化方法，其特征在于，所述步骤S2具体实现方法为：将前板、大梁、前横梁、后横梁、后板的厚度作为设计变量，分别设为t₁、t₂、t₃、t₄、t₅，以车架质量M最小化为目标函数，借助Hypermesh软件求出目标函数的数学表达式。

4.根据权利要求1所述的基于非线性规划的纯电动汽车车架轻量化方法，其特征在于，所述步骤S3具体实现方法为：

把前围板X向侵入量、大梁Z向变形量、B柱加速度峰值、一阶自由模态、弯曲刚度及扭转刚度作为优化的约束条件；

对各约束响应进行样本数据的采集的方法为：选取六因素五水平正交试验表L₂₅(5⁶)的前5列，选择其中试验得出的系数矩阵是线性无关的18组试验，并补充系数矩阵是线性无关的3组试验，共21组试验；利用这21组试验建立21个线性无关的方程组，作为样本数据；另外从剩余的六因素五水平正交表中随机取出5组试验，用以验证近似模型的精度。

5.根据权利要求1所述的基于非线性规划的纯电动汽车车架轻量化方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下子步骤：

S41、把试验组的响应值代入以下二阶响应面模型，求得约束响应的拟合函数的数学解析式：

其中，β₀、β_i、β_ii、β_ij代表多项式系数，x_i、x_j代表优化中的设计变量，k代表优化变量的数量，i,j＝1,2,…,k；

S42、对所得的样本数据进行处理，利用二阶响应面模型对各个约束响应进行函数拟合，求出各个约束的近似代理模型；把试验组的响应值代入响应面模型中，并使用MATLAB软件求每组约束响应线性方程组，求出每个约束响应的系数，把求解出的每一项的系数代入到响应面模型中即可求得约束响应的拟合函数的数学解析式；

S43、求出每个拟合函数的可决系数R²，用以衡量拟合优度：

其中，n代表试验点数量，y_i表示响应量实测值，表示预测值，表示实测值均值；若通过试验求出的可决系数的值小于0.8，则返回步骤S1，重新进行试验。

6.根据权利要求1所述的基于非线性规划的纯电动汽车车架轻量化方法，其特征在于，所述步骤S5具体实现方法为：明确设计变量的变化范围和约束条件的上下限，利用步骤S2求得的目标函数的表达式和步骤S4求得的各个约束响应的近似解析式构造优化的非线性规划模型，然后使用Lingo软件求解此非线性规划模型，得到非线性规划模型的解。