本發(fā)明涉及計算機(jī)仿真應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

汽車碰撞事故在交通事故中占有很大的比例，嚴(yán)重危險駕駛員和乘員的生命安全。世界各國都出臺了相關(guān)的法律和法規(guī)來保障汽車碰撞時的安全性。各廠商為了能夠在認(rèn)證時獲得好的評級，需要對設(shè)計進(jìn)行碰撞仿真和評估。然后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，再重新進(jìn)行校對。目前在汽車領(lǐng)域這樣的工作往往都是分開進(jìn)行，中間需要大量的手工統(tǒng)計和操作，從而消耗了大量的時間和精力。而且隨著市場競爭的激烈化，快速的提供高質(zhì)量設(shè)計的汽車也是各廠商的核心競爭力的體現(xiàn)。這使得如何加速汽車的結(jié)構(gòu)和屬性參數(shù)設(shè)計、仿真分析和優(yōu)化設(shè)計的一體化問題成為一個核心的技術(shù)問題。

當(dāng)前計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助工程(CAE)以及優(yōu)化設(shè)計方法在當(dāng)今汽車、航空、航天、能源等領(lǐng)域的研發(fā)、生成、制造中起著重要的作用。在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計流程中，通常首先需要通過設(shè)計來得到初始的結(jié)構(gòu)參數(shù)；然后通過分析方法來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行校對和驗證；接著進(jìn)一步通過優(yōu)化方法來反求得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)或?qū)傩詤?shù)。但是由于CAE以及優(yōu)化設(shè)計作為獨立學(xué)科發(fā)展的原因，目前仿真分析和優(yōu)化設(shè)計主要還是以獨立軟件運行的方式來存在的，它們之間數(shù)據(jù)的傳遞主要通過文本文件或獨立的參數(shù)文件來完成。盡管，像Isight等部分軟件或技術(shù)方案中實現(xiàn)了在優(yōu)化設(shè)計中驅(qū)動仿真分析程序，但由于仿真分析程序與優(yōu)化設(shè)計程序的獨立性，目前只能實現(xiàn)通過修改仿真分析程序的輸 入文件的方式來驅(qū)動。從本質(zhì)上來說，這種方式還是通過外部驅(qū)動來實現(xiàn)的。這種方式的另一個重大問題是無法直接準(zhǔn)確的獲取計算結(jié)果，特別是當(dāng)結(jié)果不是由單一變量值，而是由多個變量的綜合計算得出時。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真分析系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真分析系統(tǒng)，包括

三維生成模塊，包括180°立體柱狀環(huán)幕、高性能圖形集群服務(wù)器和六組3D投影儀，面向六通道同步并行圖像運算，涵蓋各種車零件組成圖像，并予以詳細(xì)刻畫；

虛擬作動器，用于驅(qū)動參數(shù)變化的，與三維生成模塊中的各元素建立關(guān)系后，可以在指定的范圍內(nèi)對參數(shù)進(jìn)行變動，從而可以驅(qū)動仿真分析方法針對不同的參數(shù)進(jìn)行計算求解；

虛擬傳感器，用來在仿真模型中插入一些各類型，虛擬結(jié)構(gòu)來達(dá)到直接獲取相應(yīng)的結(jié)果或信息的目標(biāo)的邏輯單元；

仿真分析模塊，用于將輸入?yún)?shù)劃分為單元、特性和載荷，再加上分析和計算后的結(jié)果，仿真分析體系可以用仿真分析五元組模型來表示；

優(yōu)化設(shè)計模塊，用于輸入可以分解為設(shè)計變量、設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計約束，再結(jié)合優(yōu)化算法和優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計體系可以用優(yōu)化設(shè)計五元組模型來表示；

優(yōu)化設(shè)計模塊驅(qū)動虛擬作動器循環(huán)執(zhí)行分析仿真分析系統(tǒng)，所述虛擬作動器通過循環(huán)執(zhí)行分析將結(jié)構(gòu)反饋給仿真分析模塊，所述仿真分析模塊自動提取數(shù)據(jù)給虛擬傳感器，所述虛擬傳感器將自動傳遞結(jié)構(gòu)反饋給優(yōu)化設(shè)計模塊；

轉(zhuǎn)移節(jié)點模塊，與三維生成模塊中的各元素相連，通過改變轉(zhuǎn)移節(jié)點的位置、方向設(shè)置，使車輛產(chǎn)生相應(yīng)的運動；

數(shù)據(jù)庫，用于儲存各種車輛的運動模式以及事故場景模式；

數(shù)據(jù)更新模塊，用于通過3G網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的方式更新數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)；

中央處理器，用于協(xié)調(diào)上述各個模塊工作。

優(yōu)選地，所述仿真分析模塊內(nèi)包括：Element：廣義單元為仿真分析的真實對象(即分析的載體)，這種載體主要是物理存在的實際結(jié)構(gòu)或部件(如汽車前圍板、保險杠或整車等)；Property：特性為一些分析對象上靜態(tài)的共用屬性信息，如材料、截面等；Load：載荷為加載在這些分析載荷上外部影響因素或條件，如受力載荷、溫度載荷、邊界條件等；Analysis：分析為各類具體的仿真分析方法和評估方法；Result：計算得到的數(shù)據(jù)以及基于數(shù)據(jù)處理的表格、云圖、報告；Variable：設(shè)計變量是模型中可變量的標(biāo)識，包括結(jié)構(gòu)參數(shù)、特性參數(shù)以及載荷參數(shù)等；Target：設(shè)計目標(biāo)是最終用于衡量模型的好壞或合理性的指標(biāo)或指標(biāo)的處理結(jié)果；Constraint：設(shè)計約束是系統(tǒng)在考慮優(yōu)化時需要遵守的規(guī)則，如安全裕度需要滿足最低要求等；OptAlgorithm：優(yōu)化設(shè)計方法是各類進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的具體算法；OptResult：優(yōu)化結(jié)果通過優(yōu)化計算得到的設(shè)計變量的最優(yōu)取值。

優(yōu)選地，所述優(yōu)化設(shè)計模塊包括設(shè)計變量、設(shè)計目標(biāo)以及設(shè)計約束在仿真分析體系中相關(guān)元素有著直接或間接的對應(yīng)關(guān)系，建立起來元素間的對應(yīng)關(guān)系將可以打破兩模塊間的隔閡，并使優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)可以驅(qū)動起仿真分析系統(tǒng)，并從中直接得到想要的數(shù)據(jù)，從而大大的提升效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述虛擬傳感器包括通用虛擬傳感器和專用虛擬傳感器，所述通用虛擬傳感器包括如溫度傳感器、變形傳感器、B柱加速度傳感器、前圍板侵入量傳感器和碰撞評估傳感器；而所述專用虛擬傳感器是與特定的系統(tǒng)相關(guān)的，在汽車碰撞安全性系統(tǒng)中的B柱加速度傳感器、在發(fā)動機(jī)優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)中的強(qiáng)度傳感器。

優(yōu)選地，所述溫度傳感器為包括一個作用在的節(jié)點位置信息即三維坐標(biāo)，所述變形傳感器：包括一個原始參考點和變形位置點信息；B柱加速度傳感器 包括一個B柱部件上的節(jié)點位置信息；前圍板侵入量傳感器包括一個原始參考點和多個侵入量探測點；碰撞評估傳感器包括了各類法規(guī)中定義的指標(biāo)數(shù)據(jù)，在實現(xiàn)時需要將這些數(shù)據(jù)提取出來，獨立進(jìn)行存儲。

優(yōu)選地，所述虛擬作動器包括虛擬單元作動器、虛擬特性作動器和虛擬載荷作動器。

優(yōu)選地，所述虛擬作動器定義關(guān)聯(lián)的對象，結(jié)構(gòu)作動器可以且僅可以關(guān)聯(lián)部件；同時提供與結(jié)構(gòu)部件的具體參數(shù)相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動變量，并定義好變量的類型、范圍、取值長度。

本發(fā)明具有以下有益效果：

大大的提升了汽車分析與優(yōu)化的整體效率：目前的方案由于都是基于獨立的軟件，數(shù)據(jù)傳遞采用文件來進(jìn)行，對于結(jié)果的提取還需要很多的人工操作；而本發(fā)明技術(shù)方案，通過定義汽車碰撞相關(guān)的虛擬作動器(結(jié)構(gòu)作動器等)和虛擬傳感器(變形傳感器、B柱加速度傳感器等)后，可以直接驅(qū)動CAE分析、提取結(jié)果，數(shù)據(jù)的傳遞在系統(tǒng)內(nèi)部，從而提高的效率；具有更高的數(shù)據(jù)一致性：通過“廣義模型”和“代理模型”等建模技術(shù)實現(xiàn)了仿真分析數(shù)據(jù)和優(yōu)化設(shè)計數(shù)據(jù)的無縫連接和傳遞，數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部作為一個整體體系存在，減少了導(dǎo)入/導(dǎo)出可能引入的出錯機(jī)率，使用本技術(shù)方案構(gòu)建的系統(tǒng)具有更高的一致性和整體性；降低使用難度，提升用戶體驗：本發(fā)明技術(shù)方案為構(gòu)建具有針對性的汽車碰撞仿真分析與優(yōu)化設(shè)計一體化系統(tǒng)提供了技術(shù)支持，同時可以降低使用的難度。采用本發(fā)明技術(shù)方案構(gòu)建的系統(tǒng)，具有更強(qiáng)的針對性和實用性，用戶能更有效的進(jìn)行使用，而不需要對優(yōu)化設(shè)計理論等有過深的了解和要求；具有良好的可擴(kuò)展性：本發(fā)明專利中技術(shù)方案針對汽車碰撞仿真分析與優(yōu)化設(shè)計，但通過對CAE仿真分析和優(yōu)化設(shè)計的高度提練，使得采用本發(fā)明技術(shù)方案的框架體系可以適應(yīng)不同領(lǐng)域的不同需求，具有良好的可擴(kuò)展性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真分析系統(tǒng)，包括

三維生成模塊，包括180°立體柱狀環(huán)幕、高性能圖形集群服務(wù)器和六組3D投影儀，面向六通道同步并行圖像運算，涵蓋各種車零件組成圖像，并予以詳細(xì)刻畫；

虛擬作動器，用于驅(qū)動參數(shù)變化的，與三維生成模塊中的各元素建立關(guān)系后，可以在指定的范圍內(nèi)對參數(shù)進(jìn)行變動，從而可以驅(qū)動仿真分析方法針對不同的參數(shù)進(jìn)行計算求解；

虛擬傳感器，用來在仿真模型中插入一些各類型，虛擬結(jié)構(gòu)來達(dá)到直接獲取相應(yīng)的結(jié)果或信息的目標(biāo)的邏輯單元；

仿真分析模塊，用于將輸入?yún)?shù)劃分為單元、特性和載荷，再加上分析和計算后的結(jié)果，仿真分析體系可以用仿真分析五元組模型來表示；

優(yōu)化設(shè)計模塊，用于輸入可以分解為設(shè)計變量、設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計約束，再結(jié)合優(yōu)化算法和優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計體系可以用優(yōu)化設(shè)計五元組模型來表示；

優(yōu)化設(shè)計模塊驅(qū)動虛擬作動器循環(huán)執(zhí)行分析仿真分析系統(tǒng)，所述虛擬作動器通過循環(huán)執(zhí)行分析將結(jié)構(gòu)反饋給仿真分析模塊，所述仿真分析模塊自動提取數(shù)據(jù)給虛擬傳感器，所述虛擬傳感器將自動傳遞結(jié)構(gòu)反饋給優(yōu)化設(shè)計模塊；

轉(zhuǎn)移節(jié)點模塊，與三維生成模塊中的各元素相連，通過改變轉(zhuǎn)移節(jié)點的位置、方向設(shè)置，使車輛產(chǎn)生相應(yīng)的運動；

數(shù)據(jù)庫，用于儲存各種車輛的運動模式以及事故場景模式；

數(shù)據(jù)更新模塊，用于通過3G網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的方式更新數(shù)據(jù) 庫內(nèi)的數(shù)據(jù)；

中央處理器，用于協(xié)調(diào)上述各個模塊工作。

優(yōu)選地，所述仿真分析模塊內(nèi)包括：Element：廣義單元為仿真分析的真實對象(即分析的載體)，這種載體主要是物理存在的實際結(jié)構(gòu)或部件(如汽車前圍板、保險杠或整車等)；Property：特性為一些分析對象上靜態(tài)的共用屬性信息，如材料、截面等；Load：載荷為加載在這些分析載荷上外部影響因素或條件，如受力載荷、溫度載荷、邊界條件等；Analysis：分析為各類具體的仿真分析方法和評估方法；Result：計算得到的數(shù)據(jù)以及基于數(shù)據(jù)處理的表格、云圖、報告；Variable：設(shè)計變量是模型中可變量的標(biāo)識，包括結(jié)構(gòu)參數(shù)、特性參數(shù)以及載荷參數(shù)等；Target：設(shè)計目標(biāo)是最終用于衡量模型的好壞或合理性的指標(biāo)或指標(biāo)的處理結(jié)果；Constraint：設(shè)計約束是系統(tǒng)在考慮優(yōu)化時需要遵守的規(guī)則，如安全裕度需要滿足最低要求等；OptAlgorithm：優(yōu)化設(shè)計方法是各類進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的具體算法；OptResult：優(yōu)化結(jié)果通過優(yōu)化計算得到的設(shè)計變量的最優(yōu)取值。

所述優(yōu)化設(shè)計模塊包括設(shè)計變量、設(shè)計目標(biāo)以及設(shè)計約束在仿真分析體系中相關(guān)元素有著直接或間接的對應(yīng)關(guān)系，建立起來元素間的對應(yīng)關(guān)系將可以打破兩模塊間的隔閡，并使優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)可以驅(qū)動起仿真分析系統(tǒng)，并從中直接得到想要的數(shù)據(jù)，從而大大的提升效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

所述虛擬傳感器包括通用虛擬傳感器和專用虛擬傳感器，所述通用虛擬傳感器包括如溫度傳感器、變形傳感器、B柱加速度傳感器、前圍板侵入量傳感器和碰撞評估傳感器；而所述專用虛擬傳感器是與特定的系統(tǒng)相關(guān)的，在汽車碰撞安全性系統(tǒng)中的B柱加速度傳感器、在發(fā)動機(jī)優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)中的強(qiáng)度傳感器。

所述溫度傳感器為包括一個作用在的節(jié)點位置信息即三維坐標(biāo)，所述變形傳感器：包括一個原始參考點和變形位置點信息；B柱加速度傳感器包括一個B柱部件上的節(jié)點位置信息；前圍板侵入量傳感器包括一個原始參考點和多個 侵入量探測點；碰撞評估傳感器包括了各類法規(guī)中定義的指標(biāo)數(shù)據(jù)，在實現(xiàn)時需要將這些數(shù)據(jù)提取出來，獨立進(jìn)行存儲。

所述虛擬作動器包括虛擬單元作動器、虛擬特性作動器和虛擬載荷作動器。

所述虛擬作動器定義關(guān)聯(lián)的對象，結(jié)構(gòu)作動器可以且僅可以關(guān)聯(lián)部件；同時提供與結(jié)構(gòu)部件的具體參數(shù)相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動變量，并定義好變量的類型、范圍、取值長度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。