CN119487516A 汽车车身设计方法、装置及程序以及汽车车身的制造方法 （杰富意钢铁株式会社）

2024.12.30PCT/JP2023/0142042023.04.06WO2024/009574JA2024.01.11本发明的汽车车身设计方法是设计在构成白车身构造100的车身部件的表面上贴附板状部件而使白车身构造100的减震性提高的汽车车身用于白车身构造100的减震性评价的振动特性而2状部件贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减震所述车身部件选定步骤中，进行相对于用于所述白车身构造的减所述板状部件最优化解析步骤中，对于贴附在该选定的车身部件上的灵敏度解析条件设定工序，将与所述白车身构造的振动特性相灵敏度解析工序，在该设定的灵敏度解析条件之下进行所述灵敏度解板状部件贴附对象车身部件选定工序，基于对所述各车身部件设计空间设定工序，将沿着在所述车身部件选定步骤中选定的所板状部件模型生成工序，在该设定的设计空间中生成用壳体元结合处理工序，将该生成的板状部件模型与在所述车身最优化解析条件设定工序，将设定为所述灵敏度解析条件的所最优化解析工序，进行在该设定的最优化解析条件之下求出3.汽车车身设计装置，其是设计汽车车身状部件贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减震车身部件选定单元，进行相对于用于所述白车身构造的减震3板状部件最优化解析单元，对于贴附在该选定的车身部件上的板灵敏度解析条件设定部，将与所述白车身构造的振动灵敏度解析部，在该设定的灵敏度解析条件之下进行所述灵敏度解板状部件贴附对象车身部件选定部，基于对所述各车身部件求出设计空间设定部，将沿着在所述车身部件选定单元中选定的所述车身部板状部件模型生成部，在该设定的设计空间中生成用壳体元结合处理部，将该生成的板状部件模型与在所述车身部最优化解析条件设定部，将设定为所述灵敏度解析条件的所述最优化解析部，进行在该设定的最优化解析条件之下求4.汽车车身设计程序，其是设计汽车车身的汽车车身设状部件贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减震所述汽车车身设计程序使计算机作为车身部件选定单元、板状部件所述板状部件最优化解析单元对于贴附在该选定的车身部件上的板状部件的形状进并且，所述汽车车身设计程序使所述车身部件选定单元作为灵敏度解析条件设定部、灵敏度解析部及板状部件贴附对象车身部件选定所述灵敏度解析条件设定部将与所述白车身构造的振动特性相关所述灵敏度解析部在该设定的灵敏度解析条件之下进行所述灵敏度解析所述白车身构造的振动特性而言的所述各车身部件的所述板状部件贴附对象车身部件选定部基于对所述各车身部件求出4所述汽车车身设计程序使所述板状部件最优化解析单元作为设计空所述设计空间设定部将沿着在所述车身部件选定单元中选定的所述车身部件的表面所述板状部件模型生成部在该设定的设计空间中生成用壳体元素模型化并进行最优所述结合处理部将该生成的板状部件模型与在所述车身部件选定单元中选定的车身所述最优化解析条件设定部将设定为所述灵敏度解析条件的所述目标函数及所述振所述最优化解析部进行在该设定的最优化解析条件之下求出所述板状部件模型的最5.汽车车身的制造方法，其是制造汽车车身将板状部件贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的使用权利要求1或2所述的汽车车身设计方法，求出在所述白基于该求出的所述板状部件模型的最优形状，确定向所述选定使用所述确定出的所述板状部件的位置，将所述制造的板状部件贴5(batterypoweredvehicle)的普及扩展。这是由于，电动汽车不会产生以往的汽油车(gasolinepoweredautomobile)等中搭载的内燃机(internalcombustionengine)所引起的振动(vibration)及噪音(noise)，所以乘员对其他振动源(vibrationsource)的振动、噪音的灵敏度变高。另外，由于电动汽车需要搭载大容量电池(large_capacity中的振动传递路径(vibrationtransferpath)与以往的汽油车等不同，与汽车车身的减震构造(vibrationdampingstructure)相关的以往的经验法则算机求出车身部件(automotivepart)的最优形状的最优化解析(optimization束条件(constraintcondition)及载荷条件(loadingcondition)，以满足汽车车身的刚性(stiffness)、重量等与车身性能相关的目标条件(objectives)的方式删除设计空间上文献2中公开了求出用于降低汽车的面板部件(panelpart)的振动噪音(vibration[0009]根据专利文献1公开的方法，能够对于设定的多个输入载荷，求出达成应变能(strainenergy)的最小化、产生应力的最小化、碰撞吸收能量(impactabsorption[0010]因此，为了实现汽车车身的白车身构造(body_in_whitestructure)整体的减震6刚性下降等难以在维持其他车身性能的同时使减车身构造整体的减震性的提高有效的车身部件，不变更所选定的车身部件的形状及板厚，重量化(weightreduction)的观点出发，利用拓扑优化(topologyoptimization)去除不影响振动特性(vibrationcharacteristics)的部分，从而求出板状部件的最优形状。这表面的二维空间设定为设计空间，生成由壳体元素(shellelement)组成的板状部件模型贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减震性提高7求出相对于所述白车身构造的振动特性的所述各车身部件的灵敏度(sensitivity)；及板将沿着在所述车身部件选定步骤中选定的所述车身部件的表面的二维空间设定为作为所状部件模型与在所述车身部件选定步骤中选定的车身部件结合；最优化解析条件设定工造的重量相关的限制条件设定为用于进行所述最优化解析的最优化解析条件件之下求出所述板状部件模型的最优形状的所述最优[0018]也可以是，在所述灵敏度解析条件设定工序中，设定：目标函数，使规定频带(frequencyband)中的加速度(acceleration)、惯性(inertance)或等效辐射功率贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减震性提高述车身部件选定单元中选定的所述车身部件的表面的二维空间设定为作为所述最优化解的最优化解析条件之下求出所述板状部件模型的最优形状的所述最优贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减震性提高8敏度解析条件；所述灵敏度解析部在该设定的灵敏度解析条件之下进行所述灵敏度解析，所述设计空间设定部将沿着在所述车身部件选定单元中选定的所述车身部件的表面的二最优化解析条件设定部将设定为所述灵敏度解析条件的所述目标函数及所述振动输入条件贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减震性提状部件贴附于所述白车身构造中的所述选定的[0026]图3是示出在本实施方式1中求出白车身构造的减震性的评价所使用的振动特性的部位的具体例的图((a)为车顶面板(roofpanel)，(b)为车顶中心RF(roofcenter9[0027]图4是在本实施方式1中作为在白车身构造的减震性的评价中使用的振动特性的[0029]图6是示出在本实施方式1及实施方式2以及实施例2及实施例6中求出向基于灵敏度解析的结果而选定的车身部件上贴附的板状部件模型的最优形状的该板厚变化率选定作为贴附板状部件的对象的车身部件的图((a)是灵敏度解析结果，(b)[0032]图9是示出在实施例1中求出向基于灵敏度解析的结果而选定的车身部件上贴附[0033]图10是示出在实施例3中通过灵敏度解析求出的每个车身部件的板厚变化率、基于该板厚变化率选定作为贴附板状部件的对象的车身部件的图((a)是灵敏度解析结果，[0034]图11是示出在实施例3中求出向基于灵敏度解析的结果而选定的车身部件上贴附[0035]图12是示出在实施例4中通过灵敏度解析求出的每个车身部件的板厚变化率、基于该板厚变化率选定作为贴附板状部件的对象的车身部件的图((a)是灵敏度解析结果，[0036]图13是示出在实施例4中求出向基于灵敏度解析的结果而选定的车身部件上贴附[0037]图14是示出在实施例5中通过灵敏度解析求出的每个车身部件的元素的板厚变化[0038]图15是示出在实施例5中求出向基于灵敏度解析的结果而选定的车身部件上贴附[0039]图16是示出在实施例6中求出向基于灵敏度解析的结果而选定的车身部件上贴附[0042]作为一例，如图2所示，汽车车身的白车身构造100用车身骨架部件(bodyframeparts)、面板部件等车身部件构成。作为车身骨架部件，能够例示中柱(centerpillar)[0043]如后所述，本发明进行相对于白车身构造100的振动特性而言的车身部件的灵敏构造100的车身部件的元素(element)信息、材料特性(materialproperty)等保存于后述[0046]本发明的实施方式1的汽车车身设计装置对在构成汽车车身的白车身构造100的车身部件的表面上贴附板状部件而使白车身构造100的减震性提高的汽车车身进行设计。据存储器9用于在运算处理部11中使用的数据的暂时保存、运算，由RAM(RandomAccess[0048]如图1所示，运算处理部11具有车身部件选定单元13和板状部件最优化解析单元[0050]车身部件选定单元13进行相对于用于白车身构造100的减震性评价的振动特性而[0052]灵敏度解析条件设定部13a设定相对于用于白车身构造100的减震性评价的振动车身构造100施加的振动相关的振动输入条件作为灵敏度解[0053]目标函数根据白车身构造100的减震性的评价所使用的振动特性而设定。作为振[0057]a是振动特性的评价部位处的加速度振幅(amplitude)，F是输入到白车身构造的速度(vibrationspeed)的垂直于平面(perpendiculartothesurface)成分会向声学空示每单位时间的声学辐射能量(energyinacous[0062]在图3中示出评价振动特性的部位的例子。图3(a)是示出评价等效辐射功率作为[0066]限制条件是进行相对于白车身构造100的振动特性而言的车身部件的灵敏度解析设定为规定的重量以下作为与白车身构造100的重量相关的限制条件，设定各车身部件的原来的板厚以上作为与各车身部件的板厚相关的限[0067]振动输入条件是在相对于白车身构造100的振动特性而言的各车身部件的灵敏度可列举例如在图2中用△记号示出的前副车架(frontsub_frame)113、悬架支撑塔[0068]灵敏度解析条件设定部13a设定对于白车身构造100向一处或两处以上的部位施部位之外还向其他的施加振动的部位施加规定的振动的[0069]在向多个部位施加振动的情况下，可以对这些部位施加[0071]灵敏度解析部13b在利用灵敏度解析条件设定部13a设定的灵敏度解析条件之下算出以原来的板厚t0为基准时的最优板厚t发生变化的比率、即板厚变化率(＝(t_t0)×[0074]另外，灵敏度解析部13b可以进行求出车身部件整体的最优板厚的板厚最优化解析或者按车身部件的模型化中使用的壳体元素求出最优板厚的板厚最优化解析中的任一[0075]在图5(a)中示出进行了求出图2所示的白车身构造100的各车身部件的灵敏度的[0078]板状部件贴附对象车身部件选定部13c基于利用灵敏度解析部13b对各车身部件[0079]在利用灵敏度解析部13b进行了按车身部件求出灵敏度的板厚最优化解析的情况另一方面，在利用灵敏度解析部13b进行了按车身部件的壳体元素求出灵敏度的板厚最优[0080]在图5(b)中示出每个车身部件的板厚变化率大至5％以上并被选定为贴附板状部[0082]板状部件最优化解析单元15对向利用车身部件选定单元13选定的车身部件上贴[0084]设计空间设定部15a将沿着利用车身部件选定单元13选定的车身部件的表面的二[0086]板状部件模型生成部15b在利用设计空间设定部15a设定的设计空间中生成用壳[0088]结合处理部15c将利用板状部件模型生成部15b生成的板状部件模型与利用车身[0089]板状部件模型与车身部件的结合例如用元素(刚体元素(rigidbodyelement)、弹性体元素(elasticbodyelement)或弹塑性体元素(elastic_plasticbodyelement))将板状部件模型的节点(node)与车身部件的节点结合(刚体结合(rigidjoint)或弹性体[0091]材料特性设定部15d在板状部件模型中设定材料特性。设定的材料特性根据向实料特性的设定可以在利用结合处理部15c将板状部件模型与车身部件结合前或结合后中的[0093]最优化解析条件设定部15e将利用灵敏度解析条件设定部13a设定为灵敏度解析条件的目标函数及振动输入条件、与白车身构造100的重量相关的限制条件设定为最优化[0095]在本实施方式1中，最优化解析条件设定部15e设定将规定的频带中的车顶中心[0097]最优化解析部15f进行在利用最优化解析条件设定部15e设定的最优化解析条件[0098]在利用最优化解析部15f进行的最优化解析中，例如可以应用壳体元素的拓扑优化。在使用密度法(densimetry)的拓扑优化中，将板状部件模型的壳体元素的密度[0099]在使用密度法的拓扑优化中，中间的密度较多的情况下，优选赋予补偿系数[0100]最优化解析部15f不限定于如上所述进行拓扑优化，也可以是利用其他计算方式的最优化解析。另外，最优化解析部15f例如也能够使用市场上出售的使用了有限元法[0101]在图6中示出利用最优化解析部15f进行最优化解析求出的板状部件模型的最优于上边梁117的板状部件模型的最优形状123及贴附于轮罩119的板状部件模型的最优形状[0103]本实施方式1的汽车车身设计方法用于设计在构成汽车车身的白车身构造100的[0105]车身部件选定步骤S1是进行相对于用于白车身构造100的减震性评价的振动特性[0107]灵敏度解析条件设定工序S1a是设定相对于用于白车身构造100的减震性评价的[0108]在本实施方式1中，灵敏度解析条件设定工序S1a由汽车车身设计装置1的灵敏度[0109]在灵敏度解析条件设定工序S1a中能够设定目标函数，所述目标函数设为白车身构造100的规定部位处的规定频带的加速度、惯性或等效辐射功率中的任一个的频率响应重量以下作为与白车身构造100的重量相关的限制条件，设定各车身部件的原来的板厚以[0113]在向多个部位施加振动的情况下，可以对这些部位施加[0115]灵敏度解析工序S1b是于在灵敏度解析条件设定工序S1a中设定的灵敏度解析条件之下进行灵敏度解析并求出相对于白车身构造100的振动特性而言的各车身部件的灵敏度的工序。在本实施方式1中，灵敏度解析工序S1b由汽车车身设计装置1的灵敏度解析部[0116]在灵敏度解析工序S1b中的灵敏度解析中，能够应用各车身部件的板厚最优化解优板厚的板厚最优化解析或者按车身部件的模型化中使用的壳体元素求出最优板厚的板[0119]板状部件贴附对象车身部件选定工序S1c是基于在灵敏度解析工序S1b中对各车身部件求出的灵敏度，选定设为贴附板状部件的对象的车身部件的工序。在本实施方式1[0120]在灵敏度解析工序S1b中进行了按车身部件求出灵敏度的板厚最优化解析的情况[0122]板状部件最优化解析步骤S3是对贴附于在车身部件选定步骤S1中选定的车身部件最优化解析步骤S3由汽车车身设计装置1的板状部件最优化解析[0124]设计空间设定工序S3a是将沿着在车身部件选定步骤S1中选定的车身部件的表面设定工序S3a由汽车车身设计装置1的设计空间设定部[0126]板状部件模型生成工序S3b是在设计空间中生成用壳体元素模型化并进行最优化[0128]结合处理工序S3c是将在板状部件模型生成工序S3b中生成的板状部件模型与在[0129]在结合处理工序S3c中，板状部件模型与车身部件的结合例如用元素(刚体元素、弹性体元素或弹塑性体元素)将板状部件模型的节点与车身部件的节点结合(刚体结合或定工序S3d中设定的材料特性根据贴附在实际的车身部件上的板状部件的材料的种类(钢S3d中的向板状部件模型的材料特性的设定可以在结合处理工序S3c中将板状部件模型与[0133]最优化解析条件设定工序S3e是将在灵敏度解析条件设定工序S11中设定为灵敏[0134]在最优化解析条件设定工序S3e中能够设定目标函数，所述目标函数设为白车身构造100的规定部位处的规定频带的加速度、惯性或等效辐射功率中的任一个的频率响应[0135]设定为最优化解析条件的目标函数及振动输入条件与在灵敏度解析条件设定工构造100的重量相关的限制条件优选与在灵敏度解析条件设定工序中设定为一个限制条件100的重量相关的限制条件和与板状部件模型的重量[0137]最优化解析工序S3f是进行在于最优化解析条件设定工序S3e中设定的最优化解解析工序S3f由汽车车身设计装置1的最优化解析部1的拓扑优化中，将板状部件模型的壳体元素的密度作为设计变量进行最优化的解析处理，解析处理中残留的板状部件模型的壳体元素的位置求出板状部件模型的[0140]最优化解析工序S3f不限定于如上所述进行拓扑优化，也可以是利用其他计算方[0142]对上述本实施方式1的说明是对载荷传递构造最优化解析装置及方法的说明。当然，本实施方式1能够构成为使由计算机构成的汽车车身设计装置1(图1)的运算处理部11[0143]本实施方式1的汽车车身设计程序对在构成汽车车身的白车身构造的车身部件的式1的汽车车身设计程序使计算机如图1所示的运算处理部11那样作为车身部件选定单元[0144]由于本实施方式1的汽车车身设计程序使计算机作为车身部件选定单元13发挥功[0145]而且，由于本实施方式1的汽车车身设计程序使计算机作为板状部件最优化解析单元15发挥功能，所以使板状部件最优化解析单元15具有的各部发挥功能。如上述图1所[0147]本实施方式1的汽车车身设计装置、方法及程序通过将板状部件贴附于车身部件板状部件中使用的材料(例如钢板等)的杨氏模量(Young[0148]另外，通过拓扑优化残留的板状部件模型的形状容易受到车身部件的刚性的影棱线(ridgeline)部等容易得到刚性提高效果的部分，板状部件模型有时容易呈多孔状[0151]上述实施方式1的汽车车身设计方法对将板状部件贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使所述白车身构造的减将板状部件贴附于构成汽车车身的白车身构造的车身部件的表面而使白车身构造的减震设计方法，求出贴附于在白车身构造中选定的所述车身部件的板状部件模型的最优形状。附板状部件的位置能够根据在最优化解析中残留的状部件。板状部件的板厚及材料的种类设为材料特性设定工序S3d中在各板状部件模型中考虑板状部件的毛坯(blank)加工性，维持板状部件模型的重量，同时使轮廓的凹凸平滑焊接(laserbeamwelding)等焊接(welding)，也可以是使用构造用粘接剂(structuraladhesive)的粘接或者将点焊与粘接组合而成的粘接点坐标(three_dimensionalcoordinates)的位置数据作为向选定的各车身部件上贴附的板的车身的制造工序的组装机器人中使用的形式的数据(NC数据(numericalcontrol了转换得到的组装数据的NC单元，进行将板状部件贴附于在白车身构造100中选定的各车于显示的板状部件模型的最优形状121、123及125的位置所对应的汽车车身上(车顶中心车身构造100作为解析对象，进行求出相对于与减震性相关的振动特性而言的各车身部件[0173]实施例1设定目标函数和限制条件作为灵敏度解析条件，所述目标函数将地板横2.07.853.016.1[0177]在图8中示出在实施例1中通过灵敏度解析求出的每个车身部件的板厚变化率的[0181]在上述图5中示出在实施例2中通过灵敏度解析求出的每个车身部件的板厚变化边梁117的板状部件模型的最优形状123及贴附于轮罩119的板状部件模型的最优形状125[0185]在图10中示出在实施例3中通过灵敏度解析求出的每个车身部件的板厚变化率的[0186]在图11中，示出在实