天津一汽轿车车身

1、3.2课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利 授权情况3.2.1课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势中国汽车工业自20世纪80年代中期以来得到迅猛发展，特别是20世纪90 年代以来，国外汽车工业公司纷纷在中国开展生产销售业务，极大地提升了国内 汽车行业的生产率和竞争力。与此同时，中国的汽车产量也迅速增加，2006年 中国汽车产量已达728万辆，成为仅次于美国和日本的世界第三大汽车生产国。 轿车车身的自主研发能力是轿车自主创新及实现自主品牌战略的标志，具有非常 重要的战略意义。随着车身设计的复杂性和技术含量不断提高以及用户对车身的 个性化需求愈来愈强烈，车身的开发将

2、趋于模块化、标准化。1)车身设计技术汽车车身不仅组成零件繁多，而且结构复杂。在现代轿车的设计开发过程中， 轿车车身大多数采用全承载式结构。以普通轿车白车身为例，是由钢板冲压件焊 接而成的空间板梁组合壳体，由400500多个冲压件组成。车身设计复杂，设 计周期长，是汽车整车开发的瓶颈环节。传统的车身设计方法1采用塑造汽车 外形的油泥模型，再根据油泥模型制造主样板、主图板、主模型进而完成汽车结 构设计。这种方式存在开发周期长、设计累计误差大、开发成本高和产品的通用 化及系列化程度低等问题，已经逐渐被现代车身设计方法所取代。20世纪80年 代以来，计算机软硬件技术取得了突破性的进步，高速图形工作站和

3、功能强大的 CAD系统的出现，使得国内外各大汽车公司纷纷引进了 CAD/CAM等先进的设计方 法来进行车身设计，车身设计由此翻开了崭新的一页。随着CAD/CAM技术的应用， 计算机数学模型被用来表达车身表面形状，并贯穿于车身CAD、CAE、CAPP、CAM 等整个过程，从而使得设计观念和方法得到了彻底的更新。由于车身数学模型在 开发各环节中直接传递，确保了设计速度和一致准确性，而且所发现的问题易于 修改，使车身设计的质量得到明显提高，周期显著缩短。计算机在车身设计工程应用方面，其发展过程大体上可分为五个阶段，即： 电子二维绘图(Electronic Drawing);三维设计(3D Desig

4、n);数字样机 (Digital Mock-up);虚拟产品及工艺(Virtual Product & Process);智 能软件(Knowledgeware)。计算机虽然已经广泛地运用在我国汽车企业的车身设 计中，但与世界先进汽车工业的计算机整体应用水平仍存在着巨大的差距。先进 国家汽车工业的计算机应用水平已发展到第四阶段，但我国车身设计的计算机应 用刚刚进人第二阶段和第三阶段。目前，我国汽车行业在采用信息化技术改造传统设计手段方面有了长足的进 步。尽管一些中外合资的大型汽车公司主要的设计与制造技术以及一些产品是以 引进为主的，但是，多数企业已经部分或全面地采用CAD/CAE/CAM 一体

5、化技术进 行新产品的开发和模具产品的设计制造。而并行工程、虚拟制造等技术尚处于研 究阶段，通过不断的探索正在向实用阶段过渡，目前国内仅有极少数的企业真正 达到这一水平。因此，开展基于虚拟制造技术的车身开发设计，对于发展我国民 族汽车工业具有重要的价值。2)车身创新设计使能技术(1)数字化产品定义及数字化产品开发产品数字化定义2(Digital Product Definition,DPD)技术是在产品信息 建模技术上发展起来的、面向产品数据管理层的应用技术，其主要目标是以面向 产品管理层的信息建模为目的，以设计、制造等过程中应用层建模为基础，以数 字化过程的多种规范为约束条件，以产品结构树为纽

6、带，最终实现产品的数字化 定义及其产品数据管理的过程。数字样机3(Digital mock-up，DMU)概念的建立是基于传统制造系统中的 物理样机(physical mock-up，PMU)，通过用反映一定物理样机功能的数字模型 来表示物理样机的各实物部分，达到减少物理样机制造的目的。按照复杂产品研 制的不同阶段，数字样机的定义可以划分为3级4： 一级数字样机，是面向方 案设计的样机，主要由主尺寸表面模型、产品模型的包络空间以及主要的空间位 置分布等组成；二级数字样机，是面向产品的初步设计，它定义了产品的初步结 构形式，并完成了产品模型之间连接界面的干涉检查；三级数字样机，是对产品 模型的精

7、确定义，包括产品模型应遵循的各种标准所形成的产品尺寸模型。复杂产品的开发一般是一个庞大而复杂的系统工程，因此建立统一的产品数 字化定义规范，对于异地协同设计是至关重要的。目前为止数字化设计技术的发 展历程可以大体上划分为以下三个阶段5：CAx工具的广泛应用。自20世纪 50年代开始，各种CAD / CAM工具开始出现并逐步应用到制造业中。这些工具的 应用表明制造业已经开始将利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志 着数字化设计的开始。并行工程(Concurrent Engineering, CE)思想的提出与 推行。20世纪80年代后期提出的并行工程是一种新的指导产品开发的哲理，是 在现

8、代信息技术的支持下对传统的产品开发方式的一种根本性改进PDM(产品数 据管理)技术及DFx(如DFM、DFA等)技术是并行工程思想在产品设计阶段的具体 体现。虚拟样机(Virtual Prototyping, VP)技术。随着技术的不断进步，仿 真在产品设计过程中的应用变得越来越广泛而深刻，由原先的局部应用(单领域、 单点)逐步扩展到系统应用(多领域、全生命周期)。虚拟样机技术正是这一发展 趋势的典型代表。产品设计的数字化是企业信息化的重要内容。近年来，随着产品复杂性的不 断增长，以及企业问竞争的日趋激烈，传统的产品设计方法已经很难满足企业当 前生存和发展的需要。为了能在竞争中处于有利位置，实

9、现产品设计数字化势在 必行。目前，数字样机技术在汽车行业主要用于装配、布局及干涉检查6-7。 Antonino8提出一种可用于验证装配及维护过程的虚拟现实工具，并探讨了虚 拟现实技术与信息系统集成技术。(2)虚拟样机技术虚拟样机技术(Virtual Prototyping, VP)起源于上个世纪九十年代，以机 械系统运动学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基 于图形的用户界面技术，以及广泛应用的网络技术、计算机技术、信息技术、集 成技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，将虚拟技术与仿真技 术相结合，使CAD/CAE/CAM技术提升到更高层次，从而使得复杂产品的

10、数字化开 发称为可能9。Fan Dai等10将虚拟样机技术定义为一种快速评价不同物理 产品设计的方法。Rajit Gadh等11认为虚拟样机就是不制造产品的物理样机 而进行产品的分析，虚拟样机不必具有最终产品的所有特征，只需具有检验产品 设计是否满足要求的关键特征。KerttulaM等12提出的虚拟显示样机技术中， 将虚拟样机技定义为一个产品的数字模型。Antonino Gomes De Sa等8认为虚 拟样机是虚拟现实与产品设计和仿真的集成。Tseng M M等13将虚拟样机定义 为取代实际产品模型的一种数字模型，通过它可以对实际的物理产品进行几何、 功能和可制造性方面的建模和分析。Bloo

11、r M S等14则认为虚拟样机是将目前 CAD/CAE等CAx技术结合在一起的一种集成技术，虚拟样机技术贯穿于产品生命 周期的全过程。目前，国外虚拟样机相关的软件化过程已经成熟，较有影响的是美国机械动 力公司(Mechanical Dynamics Inc, MDI)的 ADAMAS, CADSI 的 DADS,德国航天 局的 SLMPACK，其他还有 Working Model、FlOW3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS、 Pamcrash等等。在应用研究方面，国外以Boeing公司为代表，在飞机设计中率 先实现了 100%的数字化定义。汽车工业的通用、福特、奔驰等都是虚拟样机的

12、 最早实践者，也是最大的受益者。此外，工程机械制造商Caterpillar公司、 JohnDeere公司、美国通用汽车公司电动机车部门、美国航空航天局(NASA)的喷 气推进试验室(JPL)等在新产品开发研制中都大量使用了基于全数字化的虚拟样 机技术，雷诺、三菱发动机和大众(Wolkswagen)汽车公司各自应用不同的数字化 解决方案实施数字化车辆设计15。VP技术丰富和深化了产品数字化开发技术，在复杂产品的开发中，对于启 迪设计创新、提高设计质量、减少设计错误、加快产品开发周期具有重要意义， 同时非常适合异地网络化制造模式。国内虚拟样机技术的应用研究刚刚起步，目 前在航空发动机、武器装备、机

13、械系统等方面有初步应用，但整体上与国外相比 还有很大差距。（3）模块化和平台设计模块化设计（Modular Design）以产品功能-结构模块为基本单元，根据产品 功能需求，通过模块组合，进行产品系列派生，满足用户个性化需求，缩短设计 周期，降低设计、制造成本，是一种组合创新设计方法。模块化设计包括模块划 分、产品规划、模块组合、模块编码、模块创建、计算机辅助模块化设计等。天 津大学在传统模块化设计的基础上，发展了基于参数化建模、变量化分析和结构 优化的广义模块化设计理论、方法和技术。模块化设计是大规模定制和可适应设计的基础。模块化设计16的概念可追 溯到上世纪20年代，目前在机械、电子、船舶

14、、建筑、电力、武器装备等行业 中得到广泛应用17。模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同 性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块， 通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。 它包括两方面内容：一是根据设计要求进行功能分析，合理创建出一组模块，即 模块划分（模块识别）；二是根据设计要求将一组存在的特定模块合理组合成模块 化产品方案，即模块综合。模块识别是模块化设计的前提和基础。模块划分是否合理，直接影响模块化 系统的功能、性能和成本。模块划分可以有不同的方法和层次，但一般主要从功 能的角度进行分析和讨论模块的划分问题。在功能

15、分析的基础上，进行合理的功 能分解，实现合理的模块划分，创建出满足特定功能的模块。G. Erixon18等 提出了子功能为独立模块的11个条件，作为模块划分的通用原则，并建立模块 识别矩阵（MIM），据此对各功能载体进行聚类。P.GU19等提出了 一种面向产品 生命周期工程多目标（易于回收性、可升级、可重复用、重构等）的模块划分方法， 在进行功能结构分析时使用模糊数学中权重的概念，为模块识别从定性转向定量 提供了依据。Robert B Stone20提出一种用于产品架构开发的功能模型定量化 建模方法，将模型中各个子功能与能量流、物流和信号流相关联，并以客户需求 程度为衡量尺度，建立需求、功能数

16、据库，并将功能与需求的关系定量化，由此 作为模块识别与模块发展的主要依据。模块综合就是选择合适的模块进行组合，以得到满足用户需求的产品。OGrady21-22研究了分布协同的网络设计环境下模块的综合方法，通过一个面 向对象的模块化产品设计环境，可以将不同地区、不同模块制造商提供的模块快 速综合，以构建满足用户需求的模块化产品。对于单个产品，常常采用有向图来 表达模块构型和布局结构23，用图的顶点表示模块，顶点之间的边连接表示模 块之间的装配关系；文献24利用图论研究了基于web产品平台开发技术。有向 图可以有效地表示单个产品模块的布局，但对于产品族中多个产品及其公共模块 的表示却不方便和直观。

17、超图25的每一条边可以同两个以上的顶点相关，因此， 它可以表示更一般的关系类型，而不仅仅是二元关系。由于超图与组合矩阵之间 的对应关系，使其非常便于数学实现。本课题组26提出了基于矩阵的模块化产品系列表达方法。在此基础上对模 块矩阵的深层机理进行了分析，建立了基于模块矩阵的模块规划模型，通过引入 概念模块、辅助功能集等概念，阐明了模块横、纵系列化的本质，并以之为基础， 提出了 一套广义模块化设计方法27。产品平台设计是通过一组产品共享的子系统或产品平台（包含一组零件或模 块）及接口，可高效地派生系列新产品。产品平台设计是模块化设计技术的拓展 和进一步提升。智能车身结构设计方法智能CAD是指通过

18、专家系统、人工神经网络等人工智能技术等在设计过程中 的应用，使其具有某种程度人工智能的CAD系统。专家系统28是一个能在某个 特定领域内，用人类专家的知识、经验和能力去解决领域中复杂问题的计算机程 序系统。它不同于通常的问题求解系统，其基本思想是使计算机的工作过程能尽 量模拟领域专家解决实际问题的过程。专家系统在CAD中适时给出智能化提示， 告诉设计人员下一步该做什么以及当前设计存在的问题，建议解决问题的途径； 或模拟人的智慧，根据出现的问题提出合理的解决方案。专家系统是基于知识的 系统，专家系统技术是知识获取、处理和运用的技术。知识工程是专家系统技术 的基础。专家系统通常由知识库、推理机、知

19、识获取系统、解释机构和一些界面 组成。人工神经网络29具有下列特征：它包含大量的人工神经元，提供了大 量可供调节的变量；信息是分布式存储的，从而提供了联想与全息记忆的能力； 具有高度的自适应能力，高度的容错能力，很强的计算能力以及自组织能力。 人工神经网络已在语音识别、模式分类、自动控制等领域取得了比较成功的应用， 在工程设计中的应用正在不断地研究发展，如基于人工神经网络的机械设计领域 知识表达方法的研究，智能系统的知识自动获取、基因遗传算法的原理在机械工 程中的应用等。目前，神经网络和专家系统有联合起来的趋势，神经网络也可设 计成某种专家系统，实现专家系统的功能。基于神经网络的专家系统在知识

20、获取、并行推理、适应性学习、联想推理、容错能力方面明显优于传统的专家系统30。汽车车身的产品开发设计与制造是极其复杂的系统工程，在车身的开发过程 中，具有丰富专业知识和经验的设计人员具有举足轻重的作用。以计算机技术作 为设计的工具，利用参数化建模设计方法和理论，基于知识工程等开发参数化、 智能化的车身设计CAD模块，可以支持具有初级专业知识的设计人员顺利完成由 知识驱动的专业自动化设计，并可达到提高设计效率和设计质量的目的。我国汽车行业经过十多年努力和发展，CAD技术、专家系统、知识库技术等 新兴技术在我国汽车行业的应用已取得很大的进步，而且一些大学和科研机构也 在独立地或与汽车公司合作开发一

21、些在通用的CAD软件基础上的汽车设计专业 模块。例如：吉林大学的福特一中国研究与发展基金项目组率先探索KBE在汽车 行业中的应用，在通用CAD软件的基础上开发专用的汽车专业设计模块31-32； 同济大学在UG平台上开发汽车总体设计专家系统33等等。但是由于我国CAD技术起步较晚，加上现有通用CAD软件的专用性较差，CAD 技术的应用与国外汽车公司相比还有很大的差距，国内各汽车公司普遍存在CAD 软件利用率低，设计效率低下的问题。加大CAD软件在汽车开发中的应用力度， 并且结合汽车设计的专业经验开发一些通用CAD软件平台上的面向汽车设计的 专业模块以帮助设计人员提高产品的开发效率和质量，是缩短我

22、国与国外汽车设 计水平的差距，早日实现我国轿车自主开发能力的有效措施之一。(5) (5)车身结构分析和优化技术研究随着高性能计算机技术的不断发展和数值计算方法的深入研究，结构分析和 优化技术日趋成熟，并逐渐应用到车身各个设计阶段。以有限元方法为主体的车 身结构分析，避免了设计的盲目性、减少了设计成本以及缩短了车身结构的开发 周期。以有限元法为基础的车身结构分析已成为一种面向车身结构设计全过程的 分析方法，车身结构设计的过程也成为一种设计、分析和优化并行的过程，优化 的思想在设计的各个阶段被引入。有限元法在汽车结构分析上的使用可以追溯到20世纪60年代中期34，并 在20世纪80年代得到普及。但

23、是早期的有限元分析多用于车身模态或静刚度等 线弹性分析，而汽车耐撞性计算机模拟技术直至1985年之后才开始迅猛发展并 得到大量应用35。在这之前，限于当时的理论水平，人们还不可能对汽车碰撞 这种复杂的力学问题有深入全面的了解，当时主要依靠多刚体系统动力学方法和 机械振动学方法来进行汽车碰撞响应分析36。1985年之后，显式有限元方法 研究获得突破，标志着汽车碰撞仿真研究新时期的开始。动态非线性显式有限元 方法采用中心差分法，可以用来计算具有大位移、大变形、复杂接触和高速冲击 等特性的复杂力学问题，常用的动态显式有限元软件有LS-DYNA、PAMCRASH、 RADIOSS等。动态显式有限元方法

24、的发展，为汽车整车碰撞安全性及部件的抗碰 撞特性的研究提供了一个有力的工具，许多学者展开对汽车碰撞安全性的深入研 究和分析，主要包括整车的碰撞安全性分析37-39、关键零部件的吸能模式和 机理研究40-42等。有限元分析仅仅可以告诉给定的设计方案是否满足设计目标，而并不能指导 如何改进，进而找到最优的设计。传统的结构设计方法是设计人员依靠经验和直 觉提出改进方案，然后重新分析和校核，直到找到一个满意的设计。这种设计过 程不仅耗时费力而且容易出错，并且得到的结果仅仅是一个可行方案，多数不是 最优设计。随着计算机技术的发展和有限元分析方法在车身设计中的应用日益广 泛，计算机辅助优化技术(CAO)开

25、始在车身开发中得到应用。早期的结构优化的基本思想是，将数学规划理论与有限元方法相结合，构建 车身结构优化设计模型，基于数学规划算法在计算机上进行多次迭代计算，直到 找到最优解。随着结构分析能力和手段的不断完善，以及现代优化理论的不断发 展，车身结构优化的研究范围也从基于刚度及模态等单一准则优化43-45发展 到考虑结构耐撞性优化在内的多学科优化设计。首先，车身结构耐撞性优化研究得到广泛研究并取得重要进展。由于显式有 限元分析需要非常小的积分时间步长，使得借助显式有限元方法进行汽车碰撞仿 真分析的计算时间相当昂贵。而优化设计通常需要经过几次反复迭代计算才可以 完成，这样使得完全集成有限元分析进行

26、优化迭代变得不太可能。此外，由于碰 撞分析的响应函数的导数大多不是连续函数，使得直接应用序列二次规划等基于 梯度的优化算法进行求解变得困难。鉴于此，近十多年来研究人员展开广泛的针 对薄壁构件、车身部件直至整车结构的耐撞性优化设计技术研究。Yamazaki和Han46直接把显式有限元程序集成到优化过程中，采用正交试 验设计方法安排试验点，采用二阶响应面模型构建碰撞响应和设计变量的映射关 系，优化简单形状的直管件结构尺寸以使碰撞能量吸收能力达到最大，并在此基 础上对比分析了圆柱管和方形管的碰撞能量吸收能力。随后他们又利用此方法研 究了类似汽车前纵梁的S形方管的抗撞性优化问题47。Lust48在优化

27、过程中 通过构建碰撞约束方程的非线性近似模型从而减少计算量，提出一种两阶段碰撞 分析技术，基于非线性数学规划理论，求解包含线弹性和碰撞两类约束的优化设 计问题o Marklund和Nilsson49通过比较分析局部和全局近似方法在汽车侧面 碰撞优化中的应用效果，指出汽车碰撞这类瞬态问题应该使用全局近似方法来构 建近似模型，并在此基础上对B柱基于碰撞安全性进行优化，使得B柱的质量减 轻25%。Avalle等50基于响应面方法使用多点优化步骤，以最大碰撞力与平 均碰撞力的比值为优化目标，优化设计波纹圆管、锥形圆管以及锥形方管三种薄 壁构件。王海亮等51,52使用中心组合法在设计空间中选择少量样本获

28、得设计的响 应特性，然后用二阶响应面模型构建近似模型，并应用Pareto遗传算法对方形 薄壁构建以及汽车前纵梁进行耐撞性优化设计。Ebisugi等53提出一种解决薄板构件在非线性动态载荷下的结构优化方 法，这种方法的基本思路是在优化过程中使得所有壳单元的塑性应变值尽可能的 相等。Andersson和Redhe54采用中心组合方法构造样本空间，利用二阶响应 面方法构建近似模型，同时考虑驾驶舱侵入距离和碰撞加速度两个目标，采用遗 传算法进行汽车正面耐碰撞优化设计。Redhe等55对比分析了响应面方法和基 于蒙特卡罗仿真的随机优化方法(stochastic optimization)在汽车耐撞性优化

29、 设计的性能，结果表明响应面方法更适合在设计变量小于1015个的情况，而 随着设计变量的增多，随机优化方法的收敛特性得到提高，如果结合两个方法， 可以使得优化效率大大提高。现代承载式车身结构几乎承受轿车在使用过程中的所有载荷，主要包括扭转 和弯曲载荷，因此轿车车身的刚度特性具有非常重要的作用。此外，车身结构低 阶弹性模态不仅是控制汽车常规振动的关键指标，而且反映了汽车车身的整体刚 度性能56。因此，车身结构设计不仅要考虑汽车的耐撞性，而且需要同时分析 车身的刚度以及动态特性。随着结构优化技术在汽车设计中的应用不断深入，一 些学者开始关注考虑车身刚度、NVH以及结构耐撞性等性能在内的多学科优化设

30、 计。Sobieszczanski-Sobieski等57同时考虑静态弯曲刚度、扭转刚度、低阶 扭转和弯曲模态以及车身顶盖抗压强度，按不同领域及不同工况建立响应的近似 模型，构造和选择合适的近似模型代替有限元计算，利用带有254个并行处理器 的高性能计算机在一天得到优化结果，优化后车身减轻15kg并且车身结构性能 得到显著提高。Kodiyalam和Yang58,59等利用高性能计算机群对汽车NVH、车身顶盖抗 压、100%正面碰撞、50%偏置碰撞、侧面碰撞等多个学科优化设计。采用基于 灵敏度的近似方法构建NVH响应的近似模型，利用在拉丁超立方构建碰撞分析的 样本空间，并采用Kriging近似方

31、法构建碰撞响应的近似模型，最后用序列二次 规划法进行优化求解。Craig60等采用基于D-最优设计来对设计空间进行布点，首先采用线性响 应面模型对设计变量进行筛选，剔除掉对碰撞响应影响不大的设计变量，然后构 建近似模型，对包含正面碰撞和扭转模态等多个学科的优化问题迭代求解，使汽 车质量减轻4.7%。综上所述，车身结构优化技术已经取得显著进步并且日趋深入。车身设计过 程中，已从解析法和经验设计法发展到采用有限元方法分析车身结构性能，已从 传统优化设计中仅限于基于刚度、强度或模态单一准则优化发展到考虑结构耐撞 性优化在内的多学科优化设计，已从对车身单一零部件的分析和优化发展到对白 车身乃至整车进行

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51、ace methodology: application to crashworthiness design of vehicle structures. Structural and Multidisciplinary Optimization, 2002, 24(4): 325-33251王海亮，林忠钦，金先龙基于响应面模型的薄壁构件耐撞性优化设计.应用力学学报，2003, 20(3): 61-6652 Wang H L, Lin Z Q. Study on optimal design to improve auto-body structural crashworthiness. Jo

52、urnal of Harbin Institute of Technology, 2005,12(1): 111-11853 Ebisugi T., Hideharu F. Watanabe G. Study of optimal structure design method for dynamic nonlinear problem. JSAE Review, 1998, 19(3): 251-25554 Andersson J., Redhe M. Response surface methods and Pareto optimization in crashworthiness de

53、sign, Proceedings of DETC03, ASME design engineering technical conference and information in engineering conference, Chicago, USA, 200355 Redhe M., Giger M., Nilsson L. An investigation of structural optimization in crashworthiness design using a stochastic approach, Structural and Multidisciplinary

54、 Optimization, 2004, 27 (6): 446-45956高云凯.汽车车身结构分析.北京理工大学出版社，200657 Sobieszczanski-Sobieski J., Kodiyalam S., Yang R.Y. Optimization of car body under constraints of noise, vibration, and harshness (NVH), and crash, Structural and Multidisciplinary Optimization, 2001, 22(4):295-30658 Yang R.J., Tho

55、C.H., Gu L. Recent Development in Multidisciplinary Design Optimization of Vehicle Structures, AIAA-2002-5606, 200259 Kodiyalam S., Yang R.J., Gu L. et al. Multidisciplinary design optimization of a vehicle system in a scalable, high performance computing environment ， Structural and Multidisciplina

56、ry Optimization, 2004, 26(3-4): 256 -2633.3课题主要研究内容、拟解决的技术难点和主要创新点，现有研究基础3.3.1主要研究内容提出一种新的轿车车身产品创新设计技术流程，该流程基于分阶段的车身结构性 能优化分析策略，实现多学科、多目标的车身结构性能优化设计；开发车身智能设计 CAD平台、优化设计及试验平台集成的创新设计系统，实现车身总布置设计、概念设计、 结构设计的集成及CAD/CAE/PDM集成，满足车身快速创新设计要求。车身创新系统的 技术构架如图1所示，主要研究内容如下：车身设计平台车身仿真平台车身试验平台集成管理平台车身总布置设计结构仿真分析刚度

57、试验数字化管理工具车身概念设计空气动力学分析强度试验数字化规范工具车身结构概念设计动力学分析风洞试验试验知识管理车身总成设计碰撞分析动力学试验设计知识管理车门设计NVH仿真分析路面谱试验权限管理顶盖设计成形性分析NVH试验设计流程管理$88CAD/CAE/PDM，规范库、设计知识库、可重用知识库、功能模块库、模板库、试验知识库图1车身创新设计系统1)基于多领域车身虚拟样机技术研究(1)研究数字化产品定义的关键技术，包括：产品核心模型、分析模型及应 用模型的创建方法；建立多领域车身产品的数字化模型，包括核心模型、分析 模型、应用模型。(2)建立车身总布置设计产品核心模型；建立车身总布置设计阶段的

58、仿真分 析模型，包括人机工程学校验、简化的车身强度刚度计算及碰撞模拟仿真分析 等的仿真分析模型，以及各分析模型对应的优化模型、仿真过程模型及仿真结 果模型；建立车身总布置设计阶段的设计性能初步预测、评价及优化方法及体 系；(3)建立车身概念设计(车身工业造型设计)产品核心模型；建立概念车身的 空气动力学分析、车身成形性初步分析、装焊可行性初步分析及可装配性初步 分析等的分析模型，各分析模型的优化模型、仿真过程模型及仿真结果模型； 建立车身概念设计阶段的性能优化及可制造性评价体系及工具；(4)建立车身结构概念设计及详细设计的产品核心模型；建立车身结构分析、 空气动力学分析、碰撞分析、车身成形性分

59、析、装焊可行性分析及可装配性分 析等的分析模型，各分析模型的优化模型、仿真过程模型及仿真结果模型；建 立整车车身结构设计性能预测、评价及优化方法及工具。2)车身产品数字化定义规范及软件使能方法研究(1)针对企业现状，建立适用车身设计的车身产品数字化定义规范，包括三 维数字化建模规范、模型质量检测规范、仿真分析规范；(2)针对车身产品，研究数字化车身产品层次结构模型、相关的产品数据管 理(PDM)及支撑技术；(3)研究车身产品数字化规范的软件使能方法，包括车身数字化定义的工具 技术、信息集成技术。3)车身产品表达、融合与重用技术(1)在车身产品规范化定义基础上，建立车身各设计阶段基于核心设计模型

60、的 产品结构，并创建其参数化的关联设计模板；(2)研究典型车身设计过程，包括：车身总布置设计、概念设计、结构设计， 建立典型车身设计过程模型；研究面向过程的车身智能CAD方法；(3)建立可重用的车身设计知识模型，包括：面向设计的参数化功能模块库、 车身附件库，研究关联接口特征的自动创建方法及关联设计方法；典型车身、 断面结构、零件的参数化模型库。(4)研究设计经验及知识在设计过程及模型中的融入技术，实现设计知识、模 型及设计过程的重用；4)车身物理仿真试验及产品仿真模型的缩放技术。(1)建立车身物理试验平台，包括各类通用(强度、刚度、动力学等)和车身 专用物理及物理仿真试验台(路面谱物理仿真及