专利名称：用于优化驾驶舱支承结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，用于优化机动车的驾驶抢支承结构，该 驾驶舱支承结构用作交通工具车身和驾驶舱部件之间的连接部分。
背景技术：
这种支承结构(例如以驾驶舱横梁的形式安装到交通工具中) 目前以传统的方式在结构上进行改变并随后借助才莫拟和/或测试来 检测静力及动力载荷情况。在此存在的问题是，在不能满足要求时， 会需要改造或重新设计，尤其当在设计中非常晚的时刻才认识到该 缺陷时，会才及大地妨碍开发过程。在汽车领域中也已经熟知，借助于有限元法来计算和优化支承 结构。在此通常这样进4亍，即将基于已获得的结构方面的经-验的初 始模型设计为网格结构并随后对其进行迭代优化过程。此处在交通 工具驾驶舱区域中的问题在于，即在迭代过程中可能会在交通工具 车身和驾驶舱部件之间的区域中出现边缘不齐整(或者说有裂缝的zerkliiftet)的安装空间的问题。特别是在晚期i殳计阶^:中几乎不可 能对安装空间进行更改。发明内容本发明的目的在于，提供一种用于优化驾驶艙支承结构的方 法，该方法在前述的应用情况中也能^是供最佳产物。
才艮据本发明，该目的通过开头所述类型的方法而实现，其中首 先测定可供支承结构使用的最大安装空间(或者说结构空间)，并 将该安装空间设计为网格结构，然后为了满足以体积优化和重量优 化为目标的确定的边界条件，对该网格结构进4亍迭代优化过程，最 终将通过迭代优化过程获得的网格结构结构性地转变为可使用通 常的方法技术生产的组件。令人惊奇地示出了，在使用网格结构作为初始结构(该初始结 构基本符合于可供使用的最大的安装空间时)时，由于在优化过程 中 一方面明确限定了安装空间界限，另 一方面能采用用于构建的空 间部分(该构建至今在设计支承结构时没有被考虑到)，所以在交 通工具驾驶舱区域中可以非常有效地改善所优化的组件。借助于4艮据本发明的方法可以实现构建重量优化和体积优化 的驾驶舱支承结构，同时该驾驶舱支承结构还实现了所有载荷要 求。为了在优化过程中遵守载荷要求，在本发明的特别优选的设计 方案中设计，考虑结构的静力和/或动力载荷要求作为边界条件。可以有目的地预定动力和/或静力的载荷的作用点作为另外的 边界条件，其中这一点本身又可以在具有可供使用的安装空间的知 识的情况下进行。优选4吏用确定的重量预值作为目标预值，可以4吏用该目标预值 作为用于结束迭代优化过程(该迭代优化过程没有限定步骤数目) 的数值，其中，当仅要由唯——种原材料构成支承结构时，网格结 构的体积与重量直接成比例。还表明了，例如在将体积模型结构改再次实现重量明显的降低。为了不必对迭代优化过程进行不必要的计算，在特别优选的本 发明的改进方案中设计，选择粗网格划分用于开始的、描绘安装空 间的网格结构，将该粗网格划分进行细化直到优化过程结束。最后 直到优化过程的结束才需要详细形成用于结构转变的网格结构，而 通过初始结构的粗网格划分可以快速接近最终状态，此外还减少了 用于制造初始结构的成本。如已经提到的，通过优化过程获得的网格结构可用于改变作为 铸件的支承结构。该改变可以通过计算才几辅助的方法而实现，其中 例如已经铸件脱模方向被考虑作为在优化过程中的边界条件。基本上也可以实现，当使用金属作为原材料时，将驾驶艙支承 结构制造为板结构或焊接结构。当载荷要求具有相对低的重要性 时，将塑料用于驾驶舱支承结构自然是毫无问题的。混合结构也是 可以的，例如通过喷塑到金属结构上的塑并+件。
4妄下来将参照附图详细iJt明本方法的实施例。示出了 图1是可使用的安装空间的立体视图；图2A、 2A1和2A2在整体图中、在与中部区域相连的左侧区 i^的方文大图中和在与中部区i^相连的右侧区i^的》文大图中示出了 用于描绘图1的安装空间的网^"结构；图2B、 2B1和2B2是在整体图中、在与中部区域相连的左侧 区域的》文大图中和在与中部区域相连的右侧区域的》丈大图中作为 迭代优化过程的中间产物的网格结构的立体视图； 图2C、 2C1和2C2是在整体图中、在与中部区域相连的左侧 区域的》文大图中和在与中部区域相连的右侧区域的方文大图中作为 迭代优化过程的下一步中间产物的网才各结构的立体^L图；图2D、 2D1和2D2是在整体图中、在与中部区域相连的左侧 区域的方文大图中和在与中部区域相连的右侧区域的》文大图中作为 迭代优化过程的更进一步中间产物的网4各结构的立体背面一见图；图2E是作为迭代优化过程的下一步中间产物的网格结构的立 体背面视图；图2F是作为迭代优化过程的下一步中间产物的网格结构的立 体背面^L图；图2G是优化的网才各结构的立体4见图；以及图3是驾驶抢支承结构的立体视图。
具体实施方式
在图1中示出了安装空间IO的立体一见图，如该安装空间在抢 壁和驾驶舱模块之间的交通工具驾驶艙区域内产生，该舱壁将交通 工具的发动机室与座舱分隔，该驾驶舱模块形成可见的表面并包括 交通工具驾驶舱的功能部件，例如空调、音频装置、杂物箱、烟灰 缸、仪表托架等。此外，还要保留安装空间用于其它的交通工具部 件(如安全气嚢和转向柱)。在安装空间10中设置了驾驶艙支承结 构，驾驶舱支承结构必须支承性地使不同的驾驶舱模块与交通工具意义，且特别是在侧面碰撞的情况下，驾驶舱支承结构还必须承受 巨大的力量并稳固座舱。由于必须存在例如用于转向柱的凹口 12、
安全气嚢凹处14、用于通风管道且用于安装空调的通道开口 16、 以及用于其它部件(如音频装置或导航设备)的容纳开口 18,特别 是鉴于载荷要求，安装空间限制产生了困难的障碍。为了不是开始就由于这种安装空间限制而陷入沖突(在较晚的 设计阶段中只能以最高的成本排除该沖突)，而形成用于产生初始 网格结构20的安装空间10 (图1中示出)，如该初始网格结构在图 2A以及图2A1和图2A2中示出的那才羊。图2A示出了网格结构的 整体图。图2A1和图2A2示出了与中部区域相连的左侧区域的放 大图或与中部区域相连的右侧区域的放大图。该初始网格结构20基本上符合于安装空间10 (图1中示出)， 但是，其中由于通过网栅图案22可看出的相对粗糙选择的网状结 构，可以接受一定的抽象度。当使用轻合金完成网格结构(图2A及图2A1和图2A2中示出) 时，例如当驾驶舱横梁作为典型的驾驶艙支承结构时可以使用该网 格结构，那么在图2A及图2A1和图2A2中示出的体积具有65.5kg 的重量。参照图2A的显示方式，图2B、 2C和2D还分别示出了整体图 (2B、 2C或2D)、与中部区域相连的左侧区域的放大图(2B1、 2C1 或2D1 )或与中部区域相连的右侧区域的》文大图(2B2、2C2或2D2 )。在图2B和2C及图2B1/2B2和图2C1/2C2中示出了迭代优化 过程的两个连续步骤的产物，该优化过程具有这种目的，即优化在 图2A及图2A1和图2A2中示出的初始结构20，鉴于该初始结构 的体积进而优化该初始结构的重量。在此，图2B及图2B1和图2B2 示出网格结构24，该网格结构的重量为45.5kg,而图2C及图2C1 和图2C2示出了另一优化的网4各结构26，该网格结构的重量为 35.6kg。网状结构的清晰度相应于在图2A及图2A1和图2A2中示 出的初始模型20的网栅22。在图2D及图2D1和图2D2示出的支承结构28已经细化了网 状结构(如在更小的网4册上可清晰地识别)，由于复制4支术的原因 该网4册作为4象素结构示出。联合其他优化步骤，在随后的步骤中进一步细化的网状结构产 生了才艮据图2E的网才各结构30 (其重量为20.3kg)，产生了在图2F 中示出的网格结构32 (其重量为llkg)，以及作为迭代优化过程的 结束而产生了冲艮据图2G的网才各结构34，在使用轻合金作为原材料 时，其体积的重量只有5kg。因为在打印网格结构的示意图时，同 样在》文大图中也会出现线条的重合，所以为了更好的理解而在图2E 至2G中示出了作为层状模型的网格结构。在图2G中示出的网格 结构34作为最终结构被改变成如图3中示出的驾驶抢横梁36。在 示出的实施例中，由镁铸件生产驾驶艙横梁36，其中在图3中示出 的组件具有2.7kg的重量。此外，同样已经在优化过程中考虑到这 种铸件的脱模方向，因此那里不会产生随后不能改变为铸件或只能 以较高的成本改变为铸件的网状结构。在图3中示出的驾驶舱横梁36具有固定孔38，借助于该固定 孔可以将驾驶抢横梁与交通工具的未加工的车身拧紧。在图1中示 出的凹口是开》文的，乂人而可能已经在驾马史抢横梁36的结构改变之 前设计的驾驶舱模块可以毫无问题地固定在横梁36上。当在图3中示出由镁合金构成的横梁时，优化过程的产物可以 设计为板结构和/或焊接结构，其中可能的差别也已经被考虑作为在 优化过程的进程中的边界条件，类似于在铸件的情况下的脱模方 向。这种已描述的方法也可以应用于由塑料构成的驾驶抢支承结 构，其中在同样的载荷要求时，出现已优化的网格结构的相应较大 的体积，以及'混和结构也是可以的。如果证明，在预定的边界条件下不能够通过优化过程获得可改 变的网格结构，那么可以以边界条件的优先性对边界条件加权或在 边界条件的要求中逐步降低各个边界条件。例如，这种边界条件是目标重量、原材料、静力和/或动力的栽荷要求或 一定的载荷作用点， 在该作用点中存在结构的公差。前述边界条件的列举并非穷尽式的 列举。
权利要求
1.一种优化机动车的驾驶舱支承结构(36)的方法，所述驾驶舱支承结构用作交通工具车身和驾驶舱部件之间连接部分，其特征在于，测定可供所述支承结构(36)使用的最大安装空间(10)并将所述安装空间描绘为网格结构(20)，为了满足以体积优化和重量优化为目标的确定的边界条件，对所述网格结构进行迭代优化过程，并将通过所述迭代优化过程获得的所述网格结构(34)结构性地转变为可使用通常的方法技术生产的组件(36)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑所述驾驶舱支 承结构(36)的静力和/或动力载荷要求作为边界条件。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，动力和/或静 力载荷的作用点(38)被预先确定为边界条件。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当达 到一定的重量预值时结束所述优化过程。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，选择粗 网格划分(22)用于开始的描绘所述安装空间(10)的所述网 格结构(20)，将所述粗网格进行细化直到优化过程结束。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述驾 马史舱支承结构(36)制造成铸件。
7. 冲艮据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铸件的脱模方 向被考虑作为在所述优化过程中的边界条件。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述驾 驶舱支承结构(36)由金属制成。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述驾驶抢支承 结构(36)制成板材结构或焊接结构。
10. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将所 述驾驶舱支承结构制成塑料件或者制成由金属和塑料构成的 混合件。
全文摘要
本发明涉及一种用于优化机动车的驾驶舱支承结构(36)的方法。为了灵活利用可供使用的安装空间，首先确定可供该支承结构使用的最大安装空间(10)并将该安装空间设计为网格结构。对该网格结构进行迭代优化过程以满足确定的以体积优化和重量优化为目标的边界条件。最后将所获得的网格结构结构性地改变为可使用通常的方法技术生产的组件。
文档编号B62D65/00GK101131711SQ20071013879
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月25日
发明者托马斯·福尔贝格, 迪尔克·蒙丁格 申请人:西门子威迪欧汽车电子股份公司