一种钢制副车架的设计方法、装置、介质及设备与流程

本发明涉及以钢代铝的副车架设计，尤其涉及一种钢制副车架的设计方法、装置、介质及设备。

背景技术：

1、副车架作为车辆的关键承载零件，直接影响整车的安全性、操纵稳定性及噪声振动舒适性。目前，副车架主要以铝合金为原料进行制备，虽能实现轻量化，但存在明显短板：铝合金副车架主要采用真空压铸、挤压铝型材和焊接工艺，设备投资大、工艺复杂，加工成本高昂；同时铝材价格通常为钢材的3~5倍，材料成本居高不下，难以满足新能源汽车规模化降本需求。

2、为破解铝合金副车架的成本困境，行业逐步探索副车架以钢代铝的技术路径。但以钢代铝制备副车架并非简单的材料替换，而是需要在性能、成本、工艺之间做出的最优化权衡。

3、然而，现有技术中尚未形成一套科学、系统的副车架以钢代铝的设计方法，难以在保证副车架在安全性能和操作稳定性能（核心性能）的前提下，实现钢代铝方案的最优平衡，进而无法充分发挥钢制副车架的成本与工艺优势。

4、基于此，目前亟需一种钢制副车架的设计方法，实现副车架在核心性能、轻量化和成本之间的平衡。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种钢制副车架的设计方法、装置、介质及设备，以解决或者部分解决现有技术中在利用以钢代铝设计车辆副车架时，无法实现副车架在核心性能（安全性能和操作稳定性能）、轻量化和成本之间的平衡的技术问题。

2、本发明的第一方面，提供一种钢制副车架的设计方法，所述方法包括：

3、s1，基于铝合金副车架构建钢制副车架的初始结构模型，所述初始结构模型中存储有钢制副车架各部件的截面参数、厚度参数和搭接参数；

4、s2，对所述初始结构模型进行灵敏度分析，得到需要优化的多个目标关键参数；以钢制副车架的质量最小化为目标函数，在多维度约束条件的约束下，对所述多个目标关键参数进行优化，得到钢制轻量化结构模型；

5、s3，对所述钢制轻量化结构模型进行性能仿真分析，得到所述钢制轻量化结构模型的性能仿真结果；

6、s4，若所述性能仿真结果不满足预期要求，则调整所述各部件的截面参数、厚度参数和/或搭接参数，并循环执行步骤s1至步骤s3，直至所述性能仿真分析结果符合预设要求，输出所述钢制副车架的目标结构模型。

7、上述方案中，所述对所述初始结构模型进行灵敏度分析，得到需要优化的目标关键参数，包括：

8、从所述初始结构模型中提取所有的可优化参数；

9、利用局部灵敏度分析算法确定每个可优化参数针对各关键指标的灵敏度系数，所述关键指标包括：副车架总质量、弯曲刚度、扭转刚度、一阶模态、最大应力和副车架制造成本；

10、若有任一灵敏度系数超出预设灵敏度阈值，则确定所述可优化参数为所述目标关键参数。

11、上述方案中，所述以钢制副车架的质量最小化为目标函数，在多维度约束条件的约束下，对所述多个目标关键参数进行优化，包括：

12、将所述目标关键参数的初始值输入至所述初始结构模型，在所述多维约束条件的约束下，基于所述初始结构模型，利用目标优化算法对所述目标函数进行求解，输出所述目标关键参数的目标值。

13、上述方案中，所述多维约束条件包括：成本约束条件、工艺约束条件和刚度约束条件。

14、上述方案中，所述成本约束条件为钢制副车架的总成本小于铝合金副车架的总成本；

15、所述工艺约束条件为钢制副车架的零件需要利用冷成型工艺制备；

16、所述刚度约束条件为钢制副车架的抗弯截面刚度大于或等于铝合金副车架的抗弯截面刚度。

17、上述方案中，当副车架的零件截面为圆形截面，所述刚度约束条件为：

18、；其中，

19、所述为钢材弹性模量，所述为钢材圆形截面外径，所述为钢材厚度，所述铝材弹性模量，所述为铝材圆形截面外径，所述为铝材厚度。

20、上述方案中，当副车架的零件截面为矩形截面，所述刚度约束条件为：

21、；其中，

22、所述为钢材弹性模量，所述为钢材厚度，所述为钢材矩形截面宽度，所述为钢材矩形截面高度，所述为铝材弹性模量，所述为铝材厚度，所述为铝材矩形截面宽度，所述为铝材矩形截面高度。

23、本发明的第二方面，提供一种钢制副车架的设计装置，所述装置包括：

24、构建单元，用于基于铝合金副车架构建钢制副车架的初始结构模型，所述初始结构模型中存储有钢制副车架各零件的截面参数、厚度参数和搭接参数；

25、优化单元，用于对所述初始结构模型进行灵敏度分析，得到需要优化的多个目标关键参数；以钢制副车架的质量最小化为目标函数，在多维度约束条件的约束下，对所述多个目标关键参数进行优化，得到钢制轻量化结构模型；

26、分析单元，用于对所述钢制轻量化结构模型进行性能仿真分析，得到所述钢制轻量化结构模型的性能仿真结果；

27、执行单元，用于若所述性能仿真结果不满足预期要求，则调整所述各零件的截面参数、厚度参数和/或搭接参数，并循环执行步骤s1至步骤s3，直至所述性能仿真分析结果符合预设要求，输出所述钢制副车架的目标结构模型。

28、本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。

29、本发明的第四方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。

30、本发明提供了一种钢制副车架的设计方法、装置、介质及设备，方法包括：s1，基于铝合金副车架构建钢制副车架的初始结构模型，所述初始结构模型中存储有钢制副车架各零件的截面参数、厚度参数和搭接参数；s2，对所述初始结构模型进行灵敏度分析，得到需要优化的多个目标关键参数；以钢制副车架的质量最小化为目标函数，在多维度约束条件的约束下，对所述目标关键参数进行优化，得到钢制轻量化结构模型；s3，对所述钢制轻量化结构模型进行性能仿真分析，得到所述钢制轻量化结构模型的性能仿真结果；s4，若所述性能仿真结果不满足预期要求，则调整所述各零件的截面参数、厚度参数和/或搭接参数，并循环执行步骤s1至步骤s3，直至所述性能仿真分析结果符合预设要求，输出所述钢制副车架的目标结构模型；如此，本发明通过以铝合金副车架为基准构建初始结构模型，从源头保证钢制副车架的刚度、强度及模态满足安全性能与操纵稳定性能要求；通过灵敏度分析筛选关键优化参数，以质量最小化为目标函数，并在性能约束、成本约束及工艺约束下开展多目标优化，确保在保证核心性能不降低的前提下，实现重量最优与成本可控；再通过性能仿真验证与闭环迭代调整，最终使副车架在核心性能、轻量化水平及制造成本三者之间达到最佳平衡，有效解决了传统以钢代铝设计难以兼顾性能、轻量化与成本的技术问题。

1.一种钢制副车架的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初始结构模型进行灵敏度分析，得到需要优化的目标关键参数，包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以钢制副车架的质量最小化为目标函数，在多维度约束条件的约束下，对所述多个目标关键参数进行优化，包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多维约束条件包括：成本约束条件、工艺约束条件和刚度约束条件。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成本约束条件为钢制副车架的总成本小于铝合金副车架的总成本；

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当副车架的零件截面为圆形截面，所述刚度约束条件为：

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当副车架的零件截面为矩形截面，所述刚度约束条件为：

8.一种钢制副车架的设计装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。