一种悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架设计方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件结构设计技术领域，具体涉及一种悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架设计方法。

背景技术

汽车内饰产品是现代汽车中最复杂的子系统之一，从外观和功能角度来看，它们不仅赋予汽车与众不同的特征，而且必须在特有风格表面下实现定义所需功能。目前的市场上，采用悬浮造型的副仪表板产品已经被广泛使用在很多的汽车内饰设计上，特别是电动汽车上，虽然这类悬浮造型的内饰设计很吸引消费者眼球，但由于悬浮结构的自身特点(悬浮端部易变形和抖动)，使得其在设计上存在不小的困难，其中主要难点在于平衡结构性能与结构减重之间的矛盾。

悬浮骨架结构中常用的钣金支架是影响目标达成的关键零件。现有技术中，钣金支架方案是根据以往工程经验进行设计的，然后采用壳单元建模并进行CAE仿真评估，此过程中通常会经过手动修改CAE模型迭代优化多个方案以期望达成设计目标，但CAE结果显示模态和滥用力变形要求与重量目标总是不能兼顾，由此可见该类产品的设计空间较小。即使进一步考虑借助CAE优化软件对钣金支架材料厚度分布进行优化，即通过去除低效的壳单元来优化原始设计方案的材料分布，也无法同时满足上述三项设计目标，因此有必要提出一种新的悬浮类汽车副仪表板的钣金支架设计方法。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架设计方法，以解决现有技术中悬浮类钣金支架设计不能达标的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架设计方法，其包括如下步骤：

划出钣金支架的设计空间，并建立实体网格模型；

对实体网格模型进行拓扑优化；

根据拓扑优化的结果，进行钣金支架结构设计；

对钣金支架结构中的相关参数进行多学科设计优化。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本申请提供的设计方法，首先划出钣金支架所需的设计空间，并建立实体网格模型，通过对实体网格模型进行拓扑优化以得到实体拓扑优化结构，然后根据拓扑优化的结果建模出钣金数据，最后对新建模钣金支架结构进行参数优化，使得新的钣金支架满足设计要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述钣金支架的设计空间根据汽车内部零部件限定的副仪表板悬浮扶手的实际可用空间划出。

进一步的，所述拓扑优化的优化目标为质量最小化，约束条件包括滥用力变形要求和一阶模态要求。

进一步的，所述相关参数包括每个钣金零部件的整体厚度和局部几何特征尺寸。

进一步的，所述局部几何特征尺寸包括圆角半径、法兰宽度或者孔径尺寸中的至少一项。

进一步的，所述多学科设计参数优化的优化目标为质量最小化，约束条件包括滥用力变形要求和一阶模态要求。

进一步的，所述钣金支架的设计空间采用CAD几何建模软件划出。

进一步的，所述实体网格模型利用CAE建模软件建立。

附图说明

图1为现有技术中某一车型内汽车副仪表板悬浮扶手钣金支架的结构特性示意图；

图2为本发明实施例提供的一种悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架设计方法的步骤示意图；

图3为某一车型中悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架根据步骤S1中确定的设计空间及实体网格示意图；

图4为根据步骤S2对实体网格模型进行拓扑优化的结构示意图；

图5为根据本申请实施例提供的设计方法设计的某一车型内悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架的结构示意图；

图6为图5中钣金支架的结构特性示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90°或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

为了便于叙述，在本申请中，以某一车型内汽车副仪表板悬浮扶手钣金支架的结构加以说明为了满足结构设计，该型钣金支架的模态要求为一阶模态不小于30Hz，滥用力变形要求为扶手上加载500N时结构变形小于10mm，重量要求为整体支架小于4.8Kg。

现有技术中，如图1所示，根据现有优化方案制造的钣金支架重量5.7Kg，一阶模态24Hz，竖向受受力500N变形10mm，不能满足要求，为了对钣金支架的进行结构设计和优化，如图2所示，本申请实施例提供了一种悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架设计方法，其包括如下步骤：

S1，划出钣金支架的设计空间，并利用建模软件建立实体网格模型；

其中，划出钣金支架的设计空间是采用CAD集合建模软件将汽车内部零部件限定的钣金支架的实际可用空间划出，如在汽车内部预定安装悬浮类汽车副仪表板的位置，对于已经有零部件或者车身主体结构的位置留空，对于其他的部分作为可用空间实体化处理，这样就可以根据车身内结构划出钣金的设计空间，然后通过CAE建模软件建立实体网格模型，如图3所示，为确定的某一车型中悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架的设计空间示意图。

S2，对实体网格模型进行拓扑优化；

具体的，采用CAE优化软件对实体网格模型进行拓扑优化，其中，所述拓扑优化的优化目标为质量最小化，约束条件包括滥用力变形要求和一阶模态要求，上述实施方案中的设计空间经过该步骤的拓扑优化过程后结构如图4所示，为一个能够满足滥用力变形要求和一阶模态要求基本骨架构造。

S3，根据拓扑优化的结果，进行钣金支架结构设计；

具体的，根据上述拓扑优化后得到的骨架构造，建模出钣金支架的优化后的CAD数据，采用钣金材料对悬浮类汽车副仪表板骨架结构的钣金支架的结构进行设计，形成初始的钣金支架结构。

S4，对钣金支架结构中的相关参数进行参数优化。

其中，为了实现质量最小化的目的，达到车辆设计减重的效果，在材料和结构形状基本不变的情况下，主要优化参数为每个钣金零部件的整体厚度，除此之外，还可以优化诸如圆角半径、法兰宽度或者孔径尺寸的局部几何特征尺寸。具体的，所述多学科设计参数优化的优化目标为质量最小化，约束条件包括滥用力变形要求和一阶模态要求，最后形成钣金支架的最终结构，如图5所示。

上述最终结构的钣金支架经测试，如图6所示，钣金支架重量4.5Kg，一阶模态30.1Hz，竖向受受力500N变形8.3mm，同时满足了上述三项设计要求。

本申请提供的设计方法，首先划出钣金支架设计空间，并建立实体网格模型，通过对实体网格模型进行拓扑优化以得到实体结构，然后根据拓扑优化的启示建模出钣金数据，最后对钣金支架结构进行参数优化，使得新的钣金支架满足设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。