基于多目标优化的某型大客车骨架轻量化研究

姜立标^1,2, 张静远¹

(1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州510640)

(2.华南理工大学广州学院，广东 广州510800)

作者简介：姜立标（1965—），男，副教授，工学博士，主要研究方向为特种车辆数字化设计、新能源汽车关键技术、重要零部件快速开发技术，jlb@scut.edu.cn.

通讯作者：张静远，男，硕士研究生，420891748@qq.com.

摘要：以某企业正在开发的一款12 m右舵客车为研究对象，在Hyperstudy软件中建立车身骨架的近似模型，然后运用MOGA多目标遗传算法对车身骨架结构的壁厚进行优化，经过计算分析，轻量化后客车骨架质量减小206 kg，轻量化率达到9.13%，实现了轻量化的目标。通过对比分析轻量化前后车身骨架的典型工况性能和模态性能，验证了轻量化方案的合理性。

关键词：客车车身骨架；近似模型；多目标优化；轻量化

中图分类号：U463.82   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0085-07

目前主流的客车车身骨架轻量化方法主要有采用新材料、运用新工艺、优化骨架形状以及优化骨架结构的壁厚等方法，其中前3种方法对企业的财务实力和技术实力都有较高的要求。刘雨畅［1］建立了客车侧翻试验有限元模型，通过贡献度分析法筛选出对于车身骨架减重敏感而对于客车模态性能、弯曲刚度和扭转刚度性能不敏感的构件，以车身骨架结构的壁厚作为设计变量，以车身弯曲、扭转刚度最大和质量最小为目标，以车身在侧翻碰撞过程中车身骨架最大的变形量为约束条件进行了多目标优化设计；毛爱华［2］利用拓扑优化的方法依次对车身各个区域的结构进行计算分析，获得了拓扑优化后的大客车骨架结构，在完成了结构筛选后，以车身1阶扭转模态、弯曲模态频率和结构质量最小为设计目标，型材厚度为设计变量，以扭转和弯曲工况的应变能为约束条件，运用全局响应面(GRSM)算法进行多目标优化，在满足客车骨架性能要求的前提下，实现了车身骨架减重303 kg，轻量化率为11.07%，减重效果显著。

以上研究为客车车身轻量化提供了具有指导意义的方法，但是对于实际车身开发过程来说过于复杂。为了提高优化效率，本文以车身骨架结构壁厚为设计变量，以车身扭转刚度最大、车身弯曲刚度最大以及车身质量最小为设计目标，以车身骨架一阶模态频率为约束条件进行多目标优化设计，从而实现车身骨架轻量化的目的，并通过分析车身模态性能和典型工况性能验证骨架安全性，确保优化方案符合设计要求。