[发明专利]一种基于切比雪夫方法的汽车碰撞安全可靠性设计方法

说明书

本发明涉及车辆结构优化设计领域，特别是一种基于切比雪夫方法的汽车碰撞安全可靠性设计方法。该汽车碰撞安全可靠性优化设计方法包括如下步骤：S1：建立汽车碰撞有限元模型；S2：定义优化问题，包括：选取设计变量，定义变量类型，选取优化目标和约束目标等；S3：采用DOE获取设计样本点和测试样本点；S4：搭建近似模型，利用近似模型预测响应；并对搭建完的近似模型进行精度验证；S5：运用Chebyshev分析方法获取响应上下界；S6：使用优化算法对响应的上界进行可靠性优化；S7：使用蒙特卡罗方法对所求优化设计解进行可靠性评估。本发明相对传统的确定性优化设计，能在满足碰撞性能的基础上，实现轻量化且提升设计解的可靠性。

技术领域

本发明涉及车辆结构优化设计领域，特别是一种基于切比雪夫方法的汽车碰撞安全可靠性设计方法。

背景技术

随着高性能计算机的出现，汽车行业已经可以使用多学科的优化和结构仿真手段解决车辆结构设计问题。在汽车轻量化结构设计过程中，通过计算机可以进行车辆近似模型的构建，并基于近似模型进行仿真试验和优化；同时，DOE(DESIGN OF EXPERIMENT试验设计)等方法的应用等更是能够为数据的获取提供便利；这些都大大减少了车辆开发的经济成本和时间成本。

汽车碰撞安全可靠性优化设计也是如此，其设计过程可以通过高性能计算机完成。但是，一方面，在传统的汽车碰撞安全可靠性优化设计中，通常默认设计变量为简单的随机变量，这可能导致所得到的优化设计解不满足约束或者在实际工程中无法应用。另一方面，传统的汽车碰撞安全可靠性优化设计中通常只针对已知变量的具体概率分布进行可靠性优化，却忽视了设计变量存在不确定的区间变量的问题，这也降低了获取的优化设计结果的可靠性。此外，在汽车碰撞安全可靠性优化设计过程中，由于工程问题具有很大的复杂性，大多数设计都无法获得设计变量详细的概率分布函数；这也使得完成的可靠性优化设计通常不具有实际的工程意义。

张海洋、吕晓江、周大永等作者发表在《汽车工程》月刊2020，42(2)：222-227中的文章《考虑稳健性的汽车结构耐撞性优化设计》中，在40％汽车偏置碰撞优化设计中考虑了稳健性，优化结果更符合工程实际；吕晓江、周大永、孙光永等作者发表《汽车工程》月刊2018，40(7)：790-794中的文章《基于多目标可靠性优化的骡车车身耐撞性及轻量化设计》则建立了骡车多目标可靠性优化流程，并在优化过程中考虑了可靠性。然而，上述文献中的设计变量均已知详细的概率分布或定义为随机变量，这使得在确定性条件下进行优化设计，所得的优化结果往往接近约束边界甚至处于不可行域内。传统的优化设计可以简单地理解为满足约束条件下目标函数所能达到的极值。

因此，如何解决汽车碰撞安全可靠性优化设计过程中上述问题；使得车辆轻量化设计过程中获得的碰撞安全可靠性优化设计解具有更高的可靠性和实际意义；成为车辆结构优化设计领域亟需克服的难题。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明提供了一种基于切比雪夫方法的汽车碰撞安全可靠性设计方法，该方法基于Chebyshev(切比雪夫)区间算法设计，能够在实现车辆设计轻量化的同时，提高车辆碰撞优化设计结果的可靠性。

一种汽车碰撞可靠性优化设计方法，该方法包括如下步骤：

S1：建立汽车碰撞有限元模型；整车有限元模型包括白车身、开启件、底盘、动力系统、电子电器以及用于测试的传感器；假人系统和安全带系统的质量通过质量点的方式添加；

S2：定义优化问题，包括：选取设计变量，定义变量的变化范围，选取优化目标和约束目标；

S3：通过DOE设计获取设计样本点和测试样本点的数据；

S4：将DOE设计中获取的数据通过数据拟合的方式建立设计变量与响应之间的函数关系；从而搭建出出近似模型，利用近似模型预测响应；并对搭建完的近似模型进行精度验证；