一種座椅骨架輕量化設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種座椅骨架輕量化設計方法，通過把多目標問題變?yōu)橹饕繕藛栴}、把非線性問題變?yōu)橼呌谥庇^的線性問題，最終建立的優(yōu)化數(shù)學模型能夠通過簡單的公式迭代就能抉擇出最優(yōu)方案。
【專利說明】一種座椅骨架輕量化設計方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車座椅制造【技術領域】，尤其涉及一種座椅骨架輕量化設計方法。

【背景技術】
[0002] 在工程中多目標優(yōu)化問題就目前來看依然存在諸多困難，如價格最低，重量最輕， 工藝最簡單多目標同時做到最優(yōu)是一個非常復雜的工程問題。
[0003] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題：工程中的大多 設計變量屬離散變量，座椅骨架優(yōu)化問題的設計變量也不例外，由此導致其數(shù)學模型中的 目標函數(shù)及約束函數(shù)的不連續(xù)性，從而將連續(xù)變量問題的數(shù)學模型變成不可微的，離散優(yōu) 化問題的難度在于解析的數(shù)學工具變得力所難及。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種把多目標問題變?yōu)橹饕繕藛栴}、把非線 性問題變?yōu)橼呌谥庇^的線性問題，能夠通過簡單的公式迭代就能抉擇出最優(yōu)方案的座椅骨 架輕量化設計方法。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：
[0006] 可以把多目標優(yōu)化問題轉化為主要目標優(yōu)化問題，這在機械優(yōu)化設計中是有理論 依據(jù)的。如：要求座椅骨架做到最輕，那么我們可以把價格控制和剛度強度問題作為約束條 件來處理進而解決優(yōu)化設計問題。同樣，如果座椅廠商要求本座椅骨架價格做到最低，那我 們可以把剛度強度、輕量化問題作為約束條件來解決優(yōu)化問題。這樣我們可以把復雜的工 程多目標優(yōu)化問題變得簡單易解決。
[0007] 找出其主導作用的離散變量，盡量減少離散變量，盡量使非線性問題趨于線性化， 使問題變得簡單。
[0008] 由于座椅骨架設計根據(jù)車身邊界和設計規(guī)范的要求，系統(tǒng)布置和尺寸基本確定， 為滿足設計剛度強度要求，僅能夠對材料類型、管子和鈑金規(guī)格、焊接工藝和緊固方式、鈑 金和管子成型工藝等進行改進，所以起主導作用的設計變量基本確立，且這些設計變量具 有離散性質，離散變量優(yōu)化設計在工程中更具有實際意義。即這些設計變量并不是連續(xù)區(qū) 間，而是分散的具體參數(shù)。
[0009] 設計要滿足結構剛度強度約束條件，即通過法規(guī)要求的各項試驗，根據(jù)法規(guī)， 可知目前對后排靠背的試驗要求有 ：GB150183-2006-行李箱入侵試驗，GB14167-安全 帶固定點強度試驗（三點式安全帶后排座椅），ECE R14 - ISOFIX固定裝置強度試驗， GB11550-2009-頭枕靜強度試驗。剛度強度約束函數(shù)采用有限元模型表達，通過有限元模 型計算得出設計變量的可行域。根據(jù)經(jīng)驗及歷史數(shù)據(jù)，認為分析類型的主次性排序為：1、行 李箱入侵分析；2、安全帶固定點強度分析；3、頭枕靜強度分析；4、ISOFIX固定裝置強度分 析。ISOFIX固定裝置強度分析主要對局部進行校核，局部改動對靠背整體重量影響較小， 另認為行李箱入侵分析對結構剛度強度的要求最為苛刻，即行李箱入侵分析有限元模型可 以作為優(yōu)化設計的約束函數(shù)主要表達方式（見圖1)。設計還要滿足成本控制的約束條件。 重量最輕作為設計目標。
[0010] 通過以上描述我們可以建立優(yōu)化設計數(shù)學模型：
[0011] 一種座椅骨架輕量化設計方法，建立優(yōu)化設計數(shù)學模型：
[0012] 一、設計變量：X = {XI，X2, X3}T三維設計空間，
[0013] Dai-管子與管子對接焊接方式，
[0014] 2)、X2--圓鋼管規(guī)格，
[0015] 3)、X3--鈑金材料；
[0016] 二、設計變量區(qū)間：
[0017]

【權利要求】
1. 一種座椅骨架輕量化設計方法，其特征在于，建立優(yōu)化設計數(shù)學模型： 一、 設計變量：x = {XI，X2, Χ3}τ三維設計空間， 1) 、Xl--管子與管子對接焊接方式， 2) 、Χ2--圓鋼管規(guī)格， 3) 、Χ3--鈑金材料； 二、 設計變量區(qū)間：
A-管子端頭壓扁焊接， B-管子端頭切近似半圓弧焊接， 管子規(guī)格由管子外徑和壁厚來定義，如25*1. 5為外徑25mm，壁厚I. 5mm， 鈑金材料可選項為SAPH440、SPra540、SPra590,價格依次升高，管子材料作為設計參數(shù) 中的已知常量，材料為Q235 ; 三、 約束條件：? (X) g2 (X) gl(X) = gl(Xl，X2，X3)，為滿足行李箱碰撞的剛度強度要求，通過建立行李箱碰撞分析 有限元模型驗證， g2(X) = &(父1，父2，父3)，為滿足價格控制要求； 四、 目標函數(shù)： f⑴=f(Xl，X2, X3)--座椅重量； 五、 設計目標：min f(X) min f(X) =minf(Xl,X2,X3)--座椅重量最輕； 六、 計算過程： 1) 根據(jù)價格約束函數(shù)，選擇價格最低的SAPH440， 2) 通過建立行李箱碰撞分析有限元模型驗證行李箱碰撞的剛度強度要求，選擇B焊接 方式， 3) 根據(jù)圓鋼管規(guī)格計算各規(guī)格座椅重量，選擇使座椅重量最輕的管子規(guī)格。
2. 如權利要求1所述的座椅骨架輕量化設計方法，其特征在于，設計目標函數(shù)優(yōu)化： min f (X) = minf (XI, X2, X3) f(X) = X1+X2+X3 Xl為B焊接方式帶來的重量變化，是常量Cl, X2為一定長度不同管子規(guī)格管子重量： X2 = LX β X π *(rl2-r22) = LX β X π *(Dt-t2) rl-外圓半徑 r2-內圓半徑 t-管子厚度 D--管子外徑 L--管子長度 β--管子材料密度 X 3為不同鈑金材料帶來的重量變化，是常量C2整理得： f (X) = C1+LX β X Ji · (Dt-t2)+C2 由公式可以看出對f (X)求極小值，即對f (D，t) = Dt-t2求極小值 25 ^ D ^ 30 1. 5 彡 t 彡 2. 0。
3. 如權利要求1所述的座椅骨架輕量化設計方法，其特征在于，按座椅重量依次較重， 管子規(guī)格的排序為：25*1· 5, 30*1. 5, 25*2. 0, 30*2. 0。
4. 如權利要求1所述的座椅骨架輕量化設計方法，其特征在于，優(yōu)化后的方案再進行 安全帶固定點強度、頭枕靜強度、ISOFIX固定裝置的強度分析，均能夠滿足要求，則認為優(yōu) 化方案可以實施。
【文檔編號】G06F17/50GK104376182SQ201410691255
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權日:2014年11月25日
【發(fā)明者】陳長亮, 馬朝暉 申請人:蕪湖瑞泰汽車零部件有限公司