專利名稱：用于優(yōu)化駕駛艙支承結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，用于優(yōu)化機(jī)動(dòng)車(chē)的駕駛搶支承結(jié)構(gòu)，該 駕駛艙支承結(jié)構(gòu)用作交通工具車(chē)身和駕駛艙部件之間的連接部分。
背景技術(shù)：
這種支承結(jié)構(gòu)(例如以駕駛艙橫梁的形式安裝到交通工具中) 目前以傳統(tǒng)的方式在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改變并隨后借助才莫擬和/或測(cè)試來(lái) 檢測(cè)靜力及動(dòng)力載荷情況。在此存在的問(wèn)題是，在不能滿足要求時(shí)， 會(huì)需要改造或重新設(shè)計(jì)，尤其當(dāng)在設(shè)計(jì)中非常晚的時(shí)刻才認(rèn)識(shí)到該 缺陷時(shí)，會(huì)才及大地妨礙開(kāi)發(fā)過(guò)程。在汽車(chē)領(lǐng)域中也已經(jīng)熟知，借助于有限元法來(lái)計(jì)算和優(yōu)化支承 結(jié)構(gòu)。在此通常這樣進(jìn)4亍，即將基于已獲得的結(jié)構(gòu)方面的經(jīng)-驗(yàn)的初 始模型設(shè)計(jì)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并隨后對(duì)其進(jìn)行迭代優(yōu)化過(guò)程。此處在交通 工具駕駛艙區(qū)域中的問(wèn)題在于，即在迭代過(guò)程中可能會(huì)在交通工具 車(chē)身和駕駛艙部件之間的區(qū)域中出現(xiàn)邊緣不齊整(或者說(shuō)有裂縫的zerkliiftet)的安裝空間的問(wèn)題。特別是在晚期i殳計(jì)階^:中幾乎不可 能對(duì)安裝空間進(jìn)行更改。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種用于優(yōu)化駕駛艙支承結(jié)構(gòu)的方 法，該方法在前述的應(yīng)用情況中也能^是供最佳產(chǎn)物。
才艮據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)開(kāi)頭所述類(lèi)型的方法而實(shí)現(xiàn)，其中首 先測(cè)定可供支承結(jié)構(gòu)使用的最大安裝空間(或者說(shuō)結(jié)構(gòu)空間)，并 將該安裝空間設(shè)計(jì)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，然后為了滿足以體積優(yōu)化和重量?jī)?yōu) 化為目標(biāo)的確定的邊界條件，對(duì)該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)4亍迭代優(yōu)化過(guò)程，最 終將通過(guò)迭代優(yōu)化過(guò)程獲得的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性地轉(zhuǎn)變?yōu)榭墒褂猛?常的方法技術(shù)生產(chǎn)的組件。令人驚奇地示出了，在使用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu)(該初始結(jié) 構(gòu)基本符合于可供使用的最大的安裝空間時(shí))時(shí)，由于在優(yōu)化過(guò)程 中 一方面明確限定了安裝空間界限，另 一方面能采用用于構(gòu)建的空 間部分(該構(gòu)建至今在設(shè)計(jì)支承結(jié)構(gòu)時(shí)沒(méi)有被考慮到)，所以在交 通工具駕駛艙區(qū)域中可以非常有效地改善所優(yōu)化的組件。借助于4艮據(jù)本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)建重量?jī)?yōu)化和體積優(yōu)化 的駕駛艙支承結(jié)構(gòu)，同時(shí)該駕駛艙支承結(jié)構(gòu)還實(shí)現(xiàn)了所有載荷要 求。為了在優(yōu)化過(guò)程中遵守載荷要求，在本發(fā)明的特別優(yōu)選的設(shè)計(jì) 方案中設(shè)計(jì)，考慮結(jié)構(gòu)的靜力和/或動(dòng)力載荷要求作為邊界條件?？梢杂心康牡仡A(yù)定動(dòng)力和/或靜力的載荷的作用點(diǎn)作為另外的 邊界條件，其中這一點(diǎn)本身又可以在具有可供使用的安裝空間的知 識(shí)的情況下進(jìn)行。優(yōu)選4吏用確定的重量預(yù)值作為目標(biāo)預(yù)值，可以4吏用該目標(biāo)預(yù)值 作為用于結(jié)束迭代優(yōu)化過(guò)程(該迭代優(yōu)化過(guò)程沒(méi)有限定步驟數(shù)目) 的數(shù)值，其中，當(dāng)僅要由唯——種原材料構(gòu)成支承結(jié)構(gòu)時(shí)，網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)的體積與重量直接成比例。還表明了，例如在將體積模型結(jié)構(gòu)改再次實(shí)現(xiàn)重量明顯的降低。為了不必對(duì)迭代優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行不必要的計(jì)算，在特別優(yōu)選的本 發(fā)明的改進(jìn)方案中設(shè)計(jì)，選擇粗網(wǎng)格劃分用于開(kāi)始的、描繪安裝空 間的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，將該粗網(wǎng)格劃分進(jìn)行細(xì)化直到優(yōu)化過(guò)程結(jié)束。最后 直到優(yōu)化過(guò)程的結(jié)束才需要詳細(xì)形成用于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，而 通過(guò)初始結(jié)構(gòu)的粗網(wǎng)格劃分可以快速接近最終狀態(tài)，此外還減少了 用于制造初始結(jié)構(gòu)的成本。如已經(jīng)提到的，通過(guò)優(yōu)化過(guò)程獲得的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可用于改變作為 鑄件的支承結(jié)構(gòu)。該改變可以通過(guò)計(jì)算才幾輔助的方法而實(shí)現(xiàn)，其中 例如已經(jīng)鑄件脫模方向被考慮作為在優(yōu)化過(guò)程中的邊界條件?；旧弦部梢詫?shí)現(xiàn)，當(dāng)使用金屬作為原材料時(shí)，將駕駛艙支承 結(jié)構(gòu)制造為板結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)。當(dāng)載荷要求具有相對(duì)低的重要性 時(shí)，將塑料用于駕駛艙支承結(jié)構(gòu)自然是毫無(wú)問(wèn)題的。混合結(jié)構(gòu)也是 可以的，例如通過(guò)噴塑到金屬結(jié)構(gòu)上的塑并+件。


4妄下來(lái)將參照附圖詳細(xì)iJt明本方法的實(shí)施例。示出了 圖1是可使用的安裝空間的立體視圖；圖2A、 2A1和2A2在整體圖中、在與中部區(qū)域相連的左側(cè)區(qū) i^的方文大圖中和在與中部區(qū)i^相連的右側(cè)區(qū)i^的》文大圖中示出了 用于描繪圖1的安裝空間的網(wǎng)^"結(jié)構(gòu)；圖2B、 2B1和2B2是在整體圖中、在與中部區(qū)域相連的左側(cè) 區(qū)域的》文大圖中和在與中部區(qū)域相連的右側(cè)區(qū)域的》丈大圖中作為 迭代優(yōu)化過(guò)程的中間產(chǎn)物的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的立體視圖； 圖2C、 2C1和2C2是在整體圖中、在與中部區(qū)域相連的左側(cè) 區(qū)域的》文大圖中和在與中部區(qū)域相連的右側(cè)區(qū)域的方文大圖中作為 迭代優(yōu)化過(guò)程的下一步中間產(chǎn)物的網(wǎng)才各結(jié)構(gòu)的立體^L圖；圖2D、 2D1和2D2是在整體圖中、在與中部區(qū)域相連的左側(cè) 區(qū)域的方文大圖中和在與中部區(qū)域相連的右側(cè)區(qū)域的》文大圖中作為 迭代優(yōu)化過(guò)程的更進(jìn)一步中間產(chǎn)物的網(wǎng)4各結(jié)構(gòu)的立體背面一見(jiàn)圖；圖2E是作為迭代優(yōu)化過(guò)程的下一步中間產(chǎn)物的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的立 體背面視圖；圖2F是作為迭代優(yōu)化過(guò)程的下一步中間產(chǎn)物的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的立 體背面^L圖；圖2G是優(yōu)化的網(wǎng)才各結(jié)構(gòu)的立體4見(jiàn)圖；以及圖3是駕駛搶支承結(jié)構(gòu)的立體視圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中示出了安裝空間IO的立體一見(jiàn)圖，如該安裝空間在搶 壁和駕駛艙模塊之間的交通工具駕駛艙區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，該艙壁將交通 工具的發(fā)動(dòng)機(jī)室與座艙分隔，該駕駛艙模塊形成可見(jiàn)的表面并包括 交通工具駕駛艙的功能部件，例如空調(diào)、音頻裝置、雜物箱、煙灰 缸、儀表托架等。此外，還要保留安裝空間用于其它的交通工具部 件(如安全氣嚢和轉(zhuǎn)向柱)。在安裝空間10中設(shè)置了駕駛艙支承結(jié) 構(gòu)，駕駛艙支承結(jié)構(gòu)必須支承性地使不同的駕駛艙模塊與交通工具意義，且特別是在側(cè)面碰撞的情況下，駕駛艙支承結(jié)構(gòu)還必須承受 巨大的力量并穩(wěn)固座艙。由于必須存在例如用于轉(zhuǎn)向柱的凹口 12、
安全氣嚢凹處14、用于通風(fēng)管道且用于安裝空調(diào)的通道開(kāi)口 16、 以及用于其它部件(如音頻裝置或?qū)Ш皆O(shè)備)的容納開(kāi)口 18,特別 是鑒于載荷要求，安裝空間限制產(chǎn)生了困難的障礙。為了不是開(kāi)始就由于這種安裝空間限制而陷入沖突(在較晚的 設(shè)計(jì)階段中只能以最高的成本排除該沖突)，而形成用于產(chǎn)生初始 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)20的安裝空間10 (圖1中示出)，如該初始網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在圖 2A以及圖2A1和圖2A2中示出的那才羊。圖2A示出了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的 整體圖。圖2A1和圖2A2示出了與中部區(qū)域相連的左側(cè)區(qū)域的放 大圖或與中部區(qū)域相連的右側(cè)區(qū)域的放大圖。該初始網(wǎng)格結(jié)構(gòu)20基本上符合于安裝空間10 (圖1中示出)， 但是，其中由于通過(guò)網(wǎng)柵圖案22可看出的相對(duì)粗糙選擇的網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，可以接受一定的抽象度。當(dāng)使用輕合金完成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(圖2A及圖2A1和圖2A2中示出) 時(shí)，例如當(dāng)駕駛艙橫梁作為典型的駕駛艙支承結(jié)構(gòu)時(shí)可以使用該網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)，那么在圖2A及圖2A1和圖2A2中示出的體積具有65.5kg 的重量。參照?qǐng)D2A的顯示方式，圖2B、 2C和2D還分別示出了整體圖 (2B、 2C或2D)、與中部區(qū)域相連的左側(cè)區(qū)域的放大圖(2B1、 2C1 或2D1 )或與中部區(qū)域相連的右側(cè)區(qū)域的》文大圖(2B2、2C2或2D2 )。在圖2B和2C及圖2B1/2B2和圖2C1/2C2中示出了迭代優(yōu)化 過(guò)程的兩個(gè)連續(xù)步驟的產(chǎn)物，該優(yōu)化過(guò)程具有這種目的，即優(yōu)化在 圖2A及圖2A1和圖2A2中示出的初始結(jié)構(gòu)20，鑒于該初始結(jié)構(gòu) 的體積進(jìn)而優(yōu)化該初始結(jié)構(gòu)的重量。在此，圖2B及圖2B1和圖2B2 示出網(wǎng)格結(jié)構(gòu)24，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的重量為45.5kg,而圖2C及圖2C1 和圖2C2示出了另一優(yōu)化的網(wǎng)4各結(jié)構(gòu)26，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的重量為 35.6kg。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的清晰度相應(yīng)于在圖2A及圖2A1和圖2A2中示 出的初始模型20的網(wǎng)柵22。在圖2D及圖2D1和圖2D2示出的支承結(jié)構(gòu)28已經(jīng)細(xì)化了網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)(如在更小的網(wǎng)4冊(cè)上可清晰地識(shí)別)，由于復(fù)制4支術(shù)的原因 該網(wǎng)4冊(cè)作為4象素結(jié)構(gòu)示出。聯(lián)合其他優(yōu)化步驟，在隨后的步驟中進(jìn)一步細(xì)化的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn) 生了才艮據(jù)圖2E的網(wǎng)才各結(jié)構(gòu)30 (其重量為20.3kg)，產(chǎn)生了在圖2F 中示出的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)32 (其重量為llkg)，以及作為迭代優(yōu)化過(guò)程的 結(jié)束而產(chǎn)生了沖艮據(jù)圖2G的網(wǎng)才各結(jié)構(gòu)34，在使用輕合金作為原材料 時(shí)，其體積的重量只有5kg。因?yàn)樵诖蛴【W(wǎng)格結(jié)構(gòu)的示意圖時(shí)，同 樣在》文大圖中也會(huì)出現(xiàn)線條的重合，所以為了更好的理解而在圖2E 至2G中示出了作為層狀模型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在圖2G中示出的網(wǎng)格 結(jié)構(gòu)34作為最終結(jié)構(gòu)被改變成如圖3中示出的駕駛搶橫梁36。在 示出的實(shí)施例中，由鎂鑄件生產(chǎn)駕駛艙橫梁36，其中在圖3中示出 的組件具有2.7kg的重量。此外，同樣已經(jīng)在優(yōu)化過(guò)程中考慮到這 種鑄件的脫模方向，因此那里不會(huì)產(chǎn)生隨后不能改變?yōu)殍T件或只能 以較高的成本改變?yōu)殍T件的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在圖3中示出的駕駛艙橫梁36具有固定孔38，借助于該固定 孔可以將駕駛搶橫梁與交通工具的未加工的車(chē)身擰緊。在圖1中示 出的凹口是開(kāi)》文的，乂人而可能已經(jīng)在駕馬史搶橫梁36的結(jié)構(gòu)改變之 前設(shè)計(jì)的駕駛艙模塊可以毫無(wú)問(wèn)題地固定在橫梁36上。當(dāng)在圖3中示出由鎂合金構(gòu)成的橫梁時(shí)，優(yōu)化過(guò)程的產(chǎn)物可以 設(shè)計(jì)為板結(jié)構(gòu)和/或焊接結(jié)構(gòu)，其中可能的差別也已經(jīng)被考慮作為在 優(yōu)化過(guò)程的進(jìn)程中的邊界條件，類(lèi)似于在鑄件的情況下的脫模方 向。這種已描述的方法也可以應(yīng)用于由塑料構(gòu)成的駕駛搶支承結(jié) 構(gòu)，其中在同樣的載荷要求時(shí)，出現(xiàn)已優(yōu)化的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的相應(yīng)較大 的體積，以及'混和結(jié)構(gòu)也是可以的。如果證明，在預(yù)定的邊界條件下不能夠通過(guò)優(yōu)化過(guò)程獲得可改 變的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，那么可以以邊界條件的優(yōu)先性對(duì)邊界條件加權(quán)或在 邊界條件的要求中逐步降低各個(gè)邊界條件。例如，這種邊界條件是目標(biāo)重量、原材料、靜力和/或動(dòng)力的栽荷要求或 一定的載荷作用點(diǎn)， 在該作用點(diǎn)中存在結(jié)構(gòu)的公差。前述邊界條件的列舉并非窮盡式的 列舉。
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)化機(jī)動(dòng)車(chē)的駕駛艙支承結(jié)構(gòu)(36)的方法，所述駕駛艙支承結(jié)構(gòu)用作交通工具車(chē)身和駕駛艙部件之間連接部分，其特征在于，測(cè)定可供所述支承結(jié)構(gòu)(36)使用的最大安裝空間(10)并將所述安裝空間描繪為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(20)，為了滿足以體積優(yōu)化和重量?jī)?yōu)化為目標(biāo)的確定的邊界條件，對(duì)所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行迭代優(yōu)化過(guò)程，并將通過(guò)所述迭代優(yōu)化過(guò)程獲得的所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(34)結(jié)構(gòu)性地轉(zhuǎn)變?yōu)榭墒褂猛ǔ５姆椒夹g(shù)生產(chǎn)的組件(36)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，考慮所述駕駛艙支 承結(jié)構(gòu)(36)的靜力和/或動(dòng)力載荷要求作為邊界條件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，動(dòng)力和/或靜 力載荷的作用點(diǎn)(38)被預(yù)先確定為邊界條件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)達(dá) 到一定的重量預(yù)值時(shí)結(jié)束所述優(yōu)化過(guò)程。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，選擇粗 網(wǎng)格劃分(22)用于開(kāi)始的描繪所述安裝空間(10)的所述網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)(20)，將所述粗網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化直到優(yōu)化過(guò)程結(jié)束。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述駕 馬史艙支承結(jié)構(gòu)(36)制造成鑄件。
7. 沖艮據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述鑄件的脫模方 向被考慮作為在所述優(yōu)化過(guò)程中的邊界條件。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述駕 駛艙支承結(jié)構(gòu)(36)由金屬制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將所述駕駛搶支承 結(jié)構(gòu)(36)制成板材結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所 述駕駛艙支承結(jié)構(gòu)制成塑料件或者制成由金屬和塑料構(gòu)成的 混合件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化機(jī)動(dòng)車(chē)的駕駛艙支承結(jié)構(gòu)(36)的方法。為了靈活利用可供使用的安裝空間，首先確定可供該支承結(jié)構(gòu)使用的最大安裝空間(10)并將該安裝空間設(shè)計(jì)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。對(duì)該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行迭代優(yōu)化過(guò)程以滿足確定的以體積優(yōu)化和重量?jī)?yōu)化為目標(biāo)的邊界條件。最后將所獲得的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性地改變?yōu)榭墒褂猛ǔ５姆椒夹g(shù)生產(chǎn)的組件。
文檔編號(hào)B62D65/00GK101131711SQ20071013879
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者托馬斯·福爾貝格, 迪爾克·蒙丁格 申請(qǐng)人:西門(mén)子威迪歐汽車(chē)電子股份公司