[发明专利]基于“高-低-高”波形的汽车前端结构正向设计方法

说明书

本发明公开一种基于“高‑低‑高”波形的汽车前端结构正向设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)定义碰撞波形的设计参数，2)基于遗传算法与车辆‑乘员单自由度碰撞模型进行目标波形优化，3)子结构的确定，4)子结构参数设计。本发明考虑车辆碰撞安全性能，以位移域碰撞波形为指导依据，在概念设计阶段总布置空间确定的情况下，就利用解析模型计算设计碰撞波形，节约了人力物力，避免在详细设计阶段耗费过多时间。

技术领域

本发明涉及一种车辆前端结构的设计方法，更具体地说，本发明涉及一种基于车辆碰撞安全性能的前端结构的正向设计方法。

背景技术

汽车碰撞安全性是指在交通事故后，能够对车内乘员或车外行人进行保护，以免发生伤害或使伤害降低到最低程度的性能。在车辆正面碰撞过程中，最终用于评价车辆碰撞安全性的指标为乘员伤害，而乘员伤害为车辆前端吸能结构与约束系统耦合共同作用的结果，良好的前端结构不仅能够降低乘员伤害，也能够为后期约束系统的设计留出足够的设计余量。

早期进行车辆结构设计时，考虑到经验以及研发手段的匮乏，大多情况下会在详细设计阶段才对车辆的碰撞安全性能进行优化。这种研发模式下，工程师的经验及企业以往的车型及技术积累就相当重要，可以在设计早期提供关键性的指导。但是这种方法忽视了车辆的整体性能，从而导致后期的工作量加剧，在详细设计阶段耗费大量时间通过不断仿真计算对结构进行修改和验证。长此以往产品的研发周期会显著增加，不仅会耗费大量时间和人力成本，还会限制研发水平的提升。

发明内容

针对车辆的传统结构设计方法所存在的耗时多，低水平重复寻优的问题，本发明提出了一种基于车辆碰撞安全性能的前端结构正向设计方法。本发明在车辆的概念设计阶段，以提高乘员碰撞安全性为目标对车辆的碰撞波形进行优化，基于“高-低-高”波形，将其作为车辆前端结构的总设计目标，通过对车辆前端结构进行能量分解，获得吸能盒与前纵梁的子结构设计子目标，通过实现子目标从而实现车辆前端结构的设计总目标。本发明在早期就将碰撞安全性能设计需求考虑在内，极大程度的节约了人力、财力，以及缩短产品开发周期。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于“高-低-高”波形的汽车前端结构正向设计方法，包括如下步骤：

1)定义碰撞波形的设计参数

以车辆加速度-位移域三梯形波作为目标波形优化基础，选取6个位移域宽度参数d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆和3个加速度峰值宽度参数a₁、a₂、a₃，6个位移域对应的时间域为t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆；

以及车体前端吸能总空间D_v；

2)基于遗传算法与车辆-乘员单自由度碰撞模型进行目标波形优化

根据

以a₁、a₂、d₁、d₂、d₃、d₄和d₅为波形的设计变量，求解a₃和d₆，并将位移域的三梯形波转化到时间域，如公式(3)：

优化算法的参数如下：