基于Pareto挖掘的白车身侧碰安全件轻量化优化设计

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.010

摘要/Abstract

摘要： 为提高白车身轻量化优化效果，提出了熵权灰色关联分析法用于挖掘非支配Pareto解集中的最优解。建立了白车身及整车侧碰有限元模型，通过实车侧碰试验验证了所建模型的准确性。以侧碰安全件料厚为设计变量，综合考虑白车身弯扭刚度、振动频率等基本静-动态性能及侧碰安全性能，构建径向基函数神经网络结合Kriging（RBFNN-Kriging）混合近似模型并联合第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ算法）进行了多目标优化。最后，提出了熵权灰色关联分析法计算所有非支配Pareto解的灰色关联度，并以此为评价指标进行多目标决策。优化决策结果表明：在满足白车身性能设计基线的要求下，白车身侧碰安全件质量减小了2.68 kg，取得了较好的轻量化效果。

关键词: 白车身, 轻量化, 多目标优化, 多目标决策, 熵权灰色关联分析

Abstract: To improve the lightweight optimization effectiveness of BIWs， the entropy weight gray correlation analysis method was proposed to mine the optimal solutions in the non-dominated Pareto solution sets. The side impact finite element models of BIW and full vehicle were established， and the validity of the built model was verified by the side collision tests of vehicles. Taking the thicknesses of side impact safety parts as the design variables， considering the basic static-dynamic performance and side impact safety performance of BIW， the radial basis function neural network and Kriging（RBFNN-Kriging） hybrid approximate model combined with non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ（NSGA-Ⅱ） was constructed for multi-objective optimization. Finally， entropy weight gray correlation analysis method was proposed for calculating the gray correlation grade of all non-dominated Pareto solutions， and the gray correlation grade was taken as evaluation index to use for multi-objective decision. The optimization decision results show that the mass of side impact safety parts for BIW is reduced by 2.68 kg under the requirements of BIW performance design baseline，the good lightweight effectiveness is achieved.

Key words: , body-in-white（BIW）, lightweight, multi-objective optimization, multi-objective decision, entropy weight gray correlation analysis

中图分类号:

U463.83

王登峰, 李慎华. 基于Pareto挖掘的白车身侧碰安全件轻量化优化设计[J]. 中国机械工程, 2021, 32(13): 1584-1590,1637.

WANG Dengfeng, LI Shenhua. Lightweight Optimization Design of Side Collision Safety Parts for BIW Based on Pareto Mining#br#[J]. China Mechanical Engineering, 2021, 32(13): 1584-1590,1637.

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参考文献

［1］范子杰，桂良进，苏瑞意. 汽车轻量化技术的研究与进展［J］.汽车安全与节能学报， 2014， 5（1）：1-16.
FAN Zijie， GUI Liangjing， SU Ruiyi. Research and Development of Automotive Lightweight Technology［J］. Journal of Automotive Safety and Energy， 2014， 5（1）：1-16.
［2］PARK D， JEONG S H， KIM C W， et al. Material Arrangement Optimization for Weight Minimization of an Automotive Body in White Using a Bi-level Design Strategy［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，2016，230（3）：395-405.
［3］PAN Feng， ZHU Ping， ZHANG Yu. Metamodel-based Lightweight Design of B-pillar with TWB Structure via Support Vector Regression［J］. Computers and Structures， 2009，88（1）：36-44.
［4］XIONG Feng， WANG Dengfeng， MA Zhengdong， et al.Structure-material Integrated Multi-ojective Lightweight Design of the Front end Structure of Automobile Body［J］. Structural and Multidisciplinary Optimization， 2018， 57（2）：829-847.
［5］XU Fengxiang， ZHANG Suo， WU Kunying， et al. Multi-response Optimization Design of Tailor-welded Blank（TWB） Thin-walled Structures Using Taguchi-based Gray Relational Analysis［J］. Thin-Walled Structures， 2018， 131：286-296.
［6］王震虎，周巧英，刘开勇，等. 基于响应面模型的白车身多目标轻量化设计［J］. 中国机械工程， 2018， 29（1）：75-81.
WANG Zhenhu， ZHOU Qiaoying， LIU Kaiyong， et al. Multi-object Lightweight Design of BIWs Based on Response Surface Model［J］. China Mechanical Engineering， 2018， 29（1）：75-81.
［7］CHEN Xin， MA Fangwu， WANG Dengfeng， et al. Carbody Structural Lightweighting Based on Impli-cit Parameterized Model［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2014， 27（3）：483-487.
［8］左文杰，陈继顺，李亦文，等. 刚度、强度与频率约束下的白车身板厚尺寸优化［J］. 汽车工程， 2017， 39（2）：145-149.
ZUO Wenjie， CHEN Jishun， LI Yiwen， et al. Size Optimization on Plate Thickness of BIW with Constraints of Stiffness， Strength and Frequency［J］. Automotive Engineering， 2017， 39（2）：145-149.
［9］WANG Dengfeng， LYU Tiantong， WANG Chuanqing， et al. Multi-objective Lightweight Optimization and Design for Body-in-white Frontal Sub-module［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， 2018， 232（11）：1465-1480.
［10］张帅，郭志军，王传青. 基于分析驱动设计的参数化白车身前端结构轻量化多目标优化［J］. 汽车工程， 2019， 41（9）：1102-1107.
ZHANG Shuai， GUO Zhijun， WANG Chuanqing. Multi-objective Lightweight Optimization of Parametric Frontend BIW Structure Based on Analysis-driven Design［J］. Automotive Engineering， 2019， 41（9）：1102-1107.

［11］陈鑫，王佳宁，沈传亮，等. 承载式车身结构局部改型的快速耦合参数化优化设计［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2019， 47（8）：1189-1194.
CHEN Xin， WANG Jianing， SHEN Chuanliang， et al. Rapidly Coupling Parametric Optimal Design of Partial Structure Modification for Integral Body［J］. Journal of Tongji University （Natural Science）， 2019， 47（8）：1189-1194.
［12］WANG Chuanqing， WANG Dengfeng， ZHANG Shuai. Design and Application of Lightweight Multi-objective Collaborative Optimization for a Parametric Body-in-white Structure［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part D：Journal of Automobile Engineering， 2016， 230（2）：273-288.
［13］蒋荣超，刘大维，王登峰. 基于熵权TOPSIS方法的整车动力学性能多目标优化［J］. 机械工程学报， 2018， 54（2）：150-158.
JIANG Rongchao， LIU Dawei， WANG Dengfeng. Multi-objective Optimization of Vehicle Dynamics Performance Based on Entropy Weighted TOPSIS Method［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2018， 54（2）：150-158.

[1]	李明磊, 贾育秦, 张学良, 刘丽琴, 杜娟, 温淑花, 兰国生. 基于多目标差异演化算法的并联机构结构优化 [J]. J4, 201016, 21(16): 1915-1920.
[2]	任加琪, 许四祥, 董宾卉, 汤澳, 宋昱宸. 基于轻量化高分辨率网络的双目视觉定位与测量[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 201-208.
[3]	赵丁选, 郭瑞, 王硕, 闫长长, 王子鹤, 张天赐. 复杂地形环境下无人步履式挖掘机的车身姿态规划方法[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 233-242.
[4]	党旭, 刘涛, 闫敏, 徐智为. 变截面涡旋盘精密铣削参数多目标优化[J]. 中国机械工程, 2025, 36(12): 2854-2861.
[5]	刘建林, 黄海松, 范青松, 马驰, 张浪浪. 基于改进樽海鞘群算法的机械臂多目标轨迹规划研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2047-2056.
[6]	时培成1, 单子贤1, 朱海龙1, 海滨2, 王磊2, 陆发燕2. 新能源汽车动力电池系统的集成化设计技术[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1611-1623.
[7]	林述温, 陆哲, 危世佳, 陈剑雄, 顾天奇, 谢钰. 挖掘机工作过程动力特性仿真及主构件参数多目标优化设计方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(06): 1371-1379.
[8]	饶远1, 孙见君1, 闻兰2. 扩压式自泵送机械密封端面的液膜汽化及其结构优化研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 933-941，953.
[9]	赵苍鹏, 代亮成, 池茂儒, 郭兆团, 曾鹏程, 孙宝恺. 多功能车体间外风挡在高速动车组上的适用性研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 1111-1122.
[10]	李鹏1, 2, 3, 4, 李梦聪1, 4, 肖立波2, 3, 王一棠1, 4, 宋学官1, 4, 阳领5. 基于多保真度代理模型的混凝土泵车臂架销轴轻量化设计[J]. 中国机械工程, 2025, 36(04): 821-829.
[11]	张道德, 卢子健, 赵坤, 杨智勇. 非平坦环境下履带机器人多目标路径规划方法研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(02): 305-314.
[12]	刘桂源1, 王曾2, 杨子艺2, 胡明珠1, 刘怀举1. 航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件开发与应用[J]. 中国机械工程, 2024, 35(11): 1938-1947.
[13]	胡福清, 孙江宏, 孙英杰, 孙雨彤, 马超, 周福强, . 基于新型旋转直线往复机构的切片机设计分析及参数优化[J]. 中国机械工程, 2024, 35(04): 614-623，635.
[14]	苏永雷, 张志飞. 车身多性能约束下的一体压铸三角梁轻量化设计[J]. 中国机械工程, 2024, 35(04): 691-699.
[15]	魏书鹏, 唐红涛, 李西兴, 杨冠宇, 张健. 考虑双资源约束的柔性机械加工车间逆调度问题研究[J]. 中国机械工程, 2024, 35(03): 457-471.