车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置与流程

1.本发明涉及车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置，车身由多个车身零件(automotive part)构成，预先被赋予将车身零件作为零件组(parts assembly)接合(joining)的接合点(joining point)，对该车身重新估算并优化(optimization)车身零件的分割位置，特别是涉及能够有效地进行汽车等的车身性能的提高的车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置。


背景技术：

2.近年来，尤其是在在汽车产业中，由环境问题引起的车身的轻量化(weight reduction)正在发展，在车身的设计中，cae(computer aided engineering，计算机辅助工程)解析成为不可或缺的技术。在该cae解析中，实施刚性解析(stiffness analysis)、碰撞解析(crashworthiness analysis)及振动解析(vibration analysis)等，对车身性能的提高作出很大贡献。
3.另外，在cae解析中，不仅是性能评价，还已知有通过使用数理优化(mathematical optimization)、尺寸优化、形状优化(shape optimization)及拓扑优化(topology optimization)等优化解析技术实现各种车身性能的提高、轻量化。作为这种优化解析技术，例如，在专利文献1中公开了用于复杂的结构体(structural body)的配件的拓扑优化的方法。
4.而且，在专利文献2中公开了如下方法：使用优化解析技术进行车身零件相对于车身性能的灵敏度解析(sensitivity analysis)，基于灵敏度解析的结果，明确为了提高车身性能而应实施对策的车身零件。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2010－250818号公报
8.专利文献2：日本特开2020－60820号公报


技术实现要素：

9.发明所要解决的问题
10.专利文献2公开的方法中，将车身零件模型化，通过灵敏度解析计算用于该模型的各要素相对于车身性能的灵敏度，基于计算出的各要素的灵敏度针对每个车身零件求出灵敏度，明确成为实施板厚、材料特性(material property)的变更等对策的对象的车身零件。
11.该方法中，车身零件的分割位置是预先赋予且固定的，即使在同一车身零件内存在灵敏度的分布，因为针对每个车身零件判断灵敏度的大小，所以也变更判断为实施对策的车身零件的板厚、材料特性。因此，即使是判断为变更板厚等的车身零件，在该车身零件内也存在不应变更板厚等的部位，且因为分割位置被固定，所以即使变更车身零件的板厚
等，有时也不能充分提高车身性能。
12.因此，认为如果变更将车身分割成多个车身零件的位置，针对每个通过该变更而新分割或一体化的车身零件适当地设定板厚、材料特性，则能够实现车身性能的有效提高。
13.作为确定车身零件的分割或一体化的方法，考虑基于由施加于车身零件的载荷(load)产生的应力(stress)、变形(strain)进行的方法。在该方法中，将车身零件中的应力等大的部位和小的部位的边界确定为分割位置，应力等为同程度的车身零件可以一体化。
14.但是，即使通过该方法变更分割的位置或一体化的车身零件的板厚等，且即使该车身零件的性能提高，相邻的车身零件的性能也有时会降低，不能保证车身整体的性能提高，因此，不能有效且充分地实现车身性能的提高。
15.本发明是鉴于上述课题而创建的，其目的在于提供车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置，能够有效且充分地实现车身性能的提高。
16.用于解决问题的技术方案
17.本发明提供一种车身零件的分割位置及一体化的确定方法，计算机对具备多个车身零件的车身模型(automotive body model)进行以下各步骤，确定所述车身零件的分割位置和/或一体化的所述车身零件，其中，包括：车身模型获取步骤，获取所述车身模型，所述车身模型具备由多个要素(element)模型化的所述多个车身零件和将该多个车身零件作为零件组接合的接合点；灵敏度解析步骤，设定与所述车身模型的车身性能相关的目的条件(objectives)及与所述车身模型的体积(volume)相关的制约条件(constraints)、和对所述车身模型赋予的载荷/约束条件(loading and constraint condition)或仅载荷条件(loading condition)，求出在该载荷/约束条件或仅载荷条件及所述制约条件下满足所述目的条件的所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度；车身零件分割位置/一体化确定步骤，基于所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度，确定分割所述车身零件的位置和/或一体化的所述车身零件。
18.也可以是，在所述灵敏度解析步骤中，计算满足所述目的条件的所述各要素的材料密度(element densities)，将该计算出的材料密度设为所述各要素的灵敏度。
19.也可以是，在所述车身模型获取步骤中，对于所获取的所述车身模型，除了设定所述接合点以外，还设定能够接合所述零件组的全部追加接合点。
20.本发明提供一种车身零件的分割位置及一体化的确定装置，其对具备多个车身零件的车身模型确定所述车身零件的分割位置和/或一体化的所述车身零件，其中，具备：车身模型获取部，其获取所述车身模型，所述车身模型具备由多个要素模型化的所述多个车身零件和将该多个车身零件作为零件组接合的接合点；灵敏度解析部，其设定与所述车身模型的车身性能相关的目的条件及与所述车身模型的体积相关的制约条件、和对所述车身模型赋予的载荷/约束条件或仅载荷条件，求出在该载荷/约束条件或仅载荷条件及所述制约条件下满足所述目的条件的所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度；车身零件分割位置/一体化确定部，其基于所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度，按照操作者的指示确定分割所述车身零件的位置和/或一体化的所述车身零件。
21.也可以是，所述灵敏度解析部计算满足所述目的条件的所述各车身零件中的所述各要素的材料密度，将该计算出的材料密度设为所述各要素的灵敏度。
22.也可以是，所述车身模型获取部对于所获取的所述车身模型，除了设定所述接合
点以外，还设定能够接合所述零件组的全部追加接合点。
23.发明效果
24.根据本发明，能够针对每个用于车身零件的模型化的要素求出相对于车身性能的灵敏度，基于该求出的车身零件中的各要素的灵敏度，重新估计预先赋予的车身零件的分割位置，确定最优的车身零件的分割位置及一体化的车身零件，通过针对每个分割或一体化形成的新的车身零件适当地变更板厚、材料特性，能够有效且充分地进行车身性能的提高。
附图说明
25.图1是本发明实施方式的确定车身零件的分割位置及一体化的分割/一体化确定装置的框图(block diagram)。
26.图2是表示本发明的实施方式中作为解析对象的车身模型的图。
27.图3是表示本发明的实施方式中作为解析对象的车身模型中的接合点和可接合的全部追加接合点的图((a)预先设定的接合点，(b)可接合的全部追加接合点)。
28.图4是表示本发明的实施方式中对车身模型赋予的载荷/约束条件的一例的图。
29.图5是表示本发明的实施方式中基于车身模型的前侧的车身零件(a柱(a－pillar))的灵敏度解析的结果和通过灵敏度解析而作为灵敏度求出的材料密度，确定车身零件的分割位置及一体化的例子的图((a)预先赋予的原车身模型的前侧的侧视图，(b)通过灵敏度解析求出的材料密度，(c)分割及一体化后的车身模型的前侧的侧视图)。
30.图6是表示本发明的实施方式中基于车身模型的后侧的车身零件的灵敏度解析的结果和通过灵敏度解析而作为灵敏度求出的材料密度，确定车身零件的分割位置及一体化的例子的图((a)预先赋予的原车身模型的后侧的俯视图，(b)通过灵敏度解析求出的材料密度，(c)分割及一体化后的车身模型的后侧的俯视图)。
31.图7是表示本发明的实施方式中基于车身模型的左侧的车身零件(下纵梁外部件(side sill outer))的灵敏度解析的结果和通过灵敏度解析而作为灵敏度求出的材料密度，确定车身零件的分割位置及一体化的例子的图((a)预先赋予的原车身模型的左侧的立体图，(b)通过灵敏度解析求出的材料密度，(c)分割及一体化后的车身模型的左侧的立体图)。
32.图8是表示本发明的实施方式中确定车身零件的分割位置及一体化的分割一体化车身模型的一例的图((a)预先赋予的原车身模型，(b)分割及一体化后的分割一体化车身模型)。
33.图9是表示本发明实施方式的车身零件的分割位置及一体化的确定方法的处理流程的流程图。
34.图10是表示本发明的实施方式的另一方式中基于车身模型的前侧的车身零件的灵敏度解析的结果和通过灵敏度解析而作为灵敏度求出的材料密度，确定车身零件的分割位置及一体化的例子的图((a)预先赋予的原车身模型的前侧的侧视图，(b)通过灵敏度解析求出的材料密度，(c)分割及一体化后的车身模型的前侧的侧视图)。
35.图11是表示本发明的实施方式的另一方式中基于车身模型的后侧的车身零件的灵敏度解析的结果和通过灵敏度解析作为灵敏度求出的材料密度，确定车身零件的分割位
置及一体化的例子的图((a)预先赋予的原车身模型的后侧的俯视图，(b)通过灵敏度解析求出的材料密度，(c)分割及一体化后的车身模型的后侧的俯视图)。
36.图12是表示本发明的实施方式的另一方式中基于车身模型的左侧的车身零件的灵敏度解析的结果和通过灵敏度解析而作为灵敏度求出的材料密度，确定车身零件的分割位置及一体化的例子的图((a)预先赋予的原车身模型的左侧的立体图，(b)通过灵敏度解析求出的材料密度，(c)分割及一体化后的车身模型的左侧的立体图)。
37.图13是表示本发明的实施方式的另一方式中确定车身零件的分割位置及一体化的分割一体化车身模型的一例的图((a)预先赋予的原车身模型，(b)分割及一体化后的分割一体化车身模型)。
具体实施方式
38.在说明本发明的实施方式之前，先说明本发明中作为对象的车身模型。
39.《车身模型》
40.如图2中作为一例所示，本发明中作为对象的车身模型100具备多个车身零件。作为车身零件，可举出a柱下部(a－pillar lower)101、a柱上部103、后上边梁中心105、后上边梁侧部107、杂物箱中心a109、杂物箱侧部a111、杂物箱中心b113、杂物箱侧部b115、下纵梁外部件117、轮罩加强件119等车身骨架零件(body frame parts)、或悬架零件等行走零件(suspension part)(未图示)等。而且，这些车身零件由多个壳体要素(shell element)和/或立体要素(solid element)模型化。
41.而且，在车身模型100中，如图3(a)中作为一例所示，将多个车身零件作为零件组接合的接合点121以规定的间隔设定。需要说明的是，车身模型100是以25～60mm的间隔设定接合点121的模型。
42.需要说明的是，构成车身模型100的各车身零件的材料特性及要素信息、甚至与各零件组中的接合点121(图2(a))等相关的信息存储于后述的车身模型文件21中(参照图1)。
43.《分割/一体化确定装置》
44.下面，对本发明实施方式的确定车身零件的分割位置及一体化的分割/一体化确定装置的结构进行说明。
45.本实施方式的分割/一体化确定装置1对具备多个车身零件的车身模型确定上述车身零件的分割位置和/或一体化的车身零件。如图1所示，本实施方式的分割/一体化确定装置1由pc(个人计算机)等构成，具有显示装置(display device)3、输入装置(input device)5、存储装置(memory storage)7、作业用数据存储器(working data memory)9及运算处理部(arithmetic processing unit)11。而且，显示装置3、输入装置5、存储装置7及作业用数据存储器9与运算处理部11连接，根据来自运算处理部11的指令执行各功能。
46.下面，关于以图2及图3所示的车身模型100为解析对象确定构成车身模型100的车身零件的分割位置及一体化的车身零件的情况，对本实施方式的分割/一体化确定装置1的各结构进行说明。
47.《显示装置》
48.显示装置3用于解析结果的显示等，由液晶显示器(lcd monitor)等构成。
49.《输入装置》
50.输入装置5用于车身模型文件21的显示指示或操作者的条件输入等，由键盘或鼠标等构成。
51.《存储装置》
52.存储装置7用于后述的记录与车身模型相关的各种信息的车身模型文件21这样的各种文件的存储等，由硬盘等构成。
53.《作业用数据存储器》
54.作业用数据存储器9用于运算处理部11中使用的数据的临时保存、运算，由ram(random access memory，随机存取存储器)等构成。
55.《运算处理部》
56.如图1所示，运算处理部11具有车身模型获取部13、灵敏度解析部15、车身零件分割位置/一体化确定部17，由pc等cpu(中央运算处理装置(central processing unit))构成。这些各部通过由cpu执行规定的程序而发挥作用。下面，对运算处理部11中的上述各部的功能进行说明。
57.(车身模型获取部)
58.车身模型获取部13获取图2及图3(a)所示的具备由多个要素模型化的车身零件(a柱下部101等)和将多个车身零件作为零件组接合的接合点121的车身模型100。
59.在本实施方式中，构成车身模型100的各车身零件作为一例由壳体要素模型化，与构成各车身零件的壳体要素、各车身零件的材料特性(杨氏模量(young’s modulus)、比重(specific gravity)、泊松比(poisson’s ratio)等)相关的信息被记录于存储装置7中存储的车身模型文件21中(参照图1)。因此，车身模型获取部13能够通过读取车身模型文件21，获取车身模型100。
60.(灵敏度解析部)
61.灵敏度解析部15设定与车身模型100的车身性能相关的目的条件及与车身模型100的体积(volume)相关的制约条件、和对车身模型100赋予的载荷/约束条件或仅载荷条件，求出在设定的载荷/约束条件或仅载荷条件及制约条件下满足目的条件的各车身零件中的各要素的灵敏度。
62.在本实施方式中，作为由灵敏度解析部15设定的与车身性能相关的目的条件，有车身模型100中的应变能(strain energy)总和的最小化、位移(displacement)的最小化、应力的最小化、刚性的最大化等，只要根据作为对象的车身性能适当地选择这些目的条件即可。
63.另外，作为由灵敏度解析部15设定的与车身模型100的体积相关的制约条件，有规定车身零件的体积的体积制约率(volume fraction ratio)等。
64.作为由灵敏度解析部15对车身模型100设定的载荷/约束条件，例如，设定图4例示的载荷/约束条件。图4所示的载荷/约束条件中，将车身模型100左右的前悬架(front suspension)安装位置(图中p)设为载荷点，对一方赋予垂直方向向上的载荷，对另一方赋予垂直方向向下的载荷，进而约束车身模型100左右的后副车架(rear subframe)安装位置(图中q)。
65.进而，在本实施方式中，灵敏度解析部15可以使用应用了密度法(densimetry)的拓扑优化，计算各要素的材料密度作为各车身零件中的各要素的灵敏度。此时，计算出的各
要素的材料密度相当于式(1)所示的密度ρ。
66.[数学式1]
[0067]
f＝ρkx
···
(1)
[0068]
f：载荷向量(load vector)
[0069]
ρ：标准化(normalization)密度
[0070]
k：刚性矩阵(stiffness matrix)
[0071]
x：位移向量(displacement vector)
[0072]
式(1)中的标准化密度ρ为表示各要素中的材料的填充状态的假想密度，取从0到1的值。即，如果要素的材料密度ρ为1，则表示要素中完全填充有材料的状态，如果材料密度ρ为0，则表示要素中没有被材料填充而完全为中空的状态，如果要素的材料密度为从0到1的中间值，则表示该要素介于中间状态，该中间状态不能被确定为填充有材料或者是中空的。
[0073]
而且，就通过拓扑优化计算的材料密度而言，在为对车身性能的贡献大的要素的情况下，材料密度为接近1的值，表示相对于车身性能的灵敏度高。与此相对，对车身性能的贡献小的要素的材料密度为接近0的值，表示相对于车身性能的灵敏度低。这样，通过拓扑优化计算出的各要素的材料密度成为表示各要素相对于车身性能的灵敏度的指标。
[0074]
图5(b)、图6(b)及图7(b)中表示作为由灵敏度解析部15计算的要素的灵敏度的一例，将目的条件设为刚性的最大化、将制约条件设为体积制约率25％，通过图4所示的载荷/约束条件(对各载荷点赋予的载荷的绝对值1000n)对车身模型100施加了静态扭转时的、对各车身零件的要素计算出的材料密度的结果的一例。
[0075]
在此，图5(b)是车身模型100的前侧的a柱下部101及a柱上部103(图5(a))的侧视图，图6(b)是车身模型100的后侧(图6(a))的俯视图，图7(b)是车身模型100的左侧的下纵梁外部件117及轮罩加强件119(图7(a))的立体图。
[0076]
如图5(b)、图6(b)及图7(b)所示，可知即使在同一车身零件中也存在相对于静态扭转的灵敏度高的区域和灵敏度低的区域(例如图7(b)所示的下纵梁外部件117)、或即使在不同的车身零件中作为整体灵敏度也为相同程度(例如图5(b)所示的a柱下部101和a柱上部103)。
[0077]
需要说明的是，灵敏度解析部15也可以仅设定考虑通过惯性释放法(inertia relief method)对车身模型100施加了动态载荷时的惯性力(inertia force)的载荷条件。惯性释放法是指在成为惯性力的坐标的基准的支承点支承物体的状态(自由支承状态(free support))下根据作用于匀加速运动(constant acceleration motion)中的物体的力求出应力、变形的解析方法，用于运动中的飞机、船的静态解析(static analysis)。
[0078]
另外，在通过灵敏度解析部15计算要素的材料密度时，能够使用进行拓扑优化等优化解析的解析软件。在该情况下，将构成车身模型100的各车身零件设为设计空间(design space)，对构成作为该设计空间而设定的车身零件的要素赋予材料密度作为设计变量(design variable)，设定规定的目的条件及制约条件和载荷/约束条件，由此计算材料密度作为要素的灵敏度。
[0079]
当然，在灵敏度解析部15中进行优化解析的情况下，也可以应用除了拓扑优化以外的其它优化解析方法。
[0080]
(车身零件分割位置/一体化确定部)
[0081]
车身零件分割位置/一体化确定部17基于由灵敏度解析部15求出的车身零件中的各要素的灵敏度，通过操作者的指示确定分割车身零件的位置和/或一体化的车身零件。
[0082]
在基于灵敏度确定车身零件的分割位置及一体化的车身零件时，只要将灵敏度的差设为指标，通过操作者的指示将同一车身零件中灵敏度的差大的位置确定为分割位置，将灵敏度的差小的相邻的车身零件确定为一体化即可。
[0083]
在本实施方式中，将车身零件中灵敏度的差为0.7以上的位置确定为分割位置，如果相邻的车身零件的灵敏度的差为0.3以下，则确定为一体化。
[0084]
而且，车身零件分割位置/一体化确定部17对新确定分割位置的车身零件在该分割位置分割车身零件而制作新的车身零件，将确定为一体化的多个车身零件一体化而制成一个车身零件。
[0085]
基于图5(b)、图6(b)及图7(b)所示的各车身零件的要素的灵敏度确定车身零件的分割位置及一体化的车身零件，将对车身零件进行了分割及一体化的结果分别示于图5(c)、图6(c)及图7(c)。
[0086]
在车身模型100的前侧(图5(a))，如图5(b)所示，a柱下部101和a柱上部103的灵敏度(材料密度)的差低至0.3以下(图中的虚线椭圆)。
[0087]
因此，将a柱下部101和a柱上部103确定为一体化，如图5(c)所示，制成a柱201。
[0088]
在车身模型100的后侧(图6(a))，如图6(b)中的虚线椭圆所示，后上边梁中心105和后上边梁侧部107、杂物箱中心a109和杂物箱侧部a111、及杂物箱中心b113和杂物箱侧部b115的灵敏度的差均低至0.3以下。
[0089]
因此，将后上边梁中心105和后上边梁侧部107、杂物箱中心a109和杂物箱侧部a111、及杂物箱中心b113和杂物箱侧部b115分别确定为一体化，如图6(c)所示，制成后上边梁203、杂物箱a205及杂物箱b207。
[0090]
在车身模型100的左侧(图7(a))，如图7(b)中的虚线椭圆所示，在比下纵梁外部件117的大致中央靠前方侧和后方侧，灵敏度的差高至0.7以上，下纵梁外部件117的后部和轮罩加强件119的灵敏度的差低至0.3以下。
[0091]
因此，如图7(c)所示，将下纵梁外部件117中灵敏度的差大的大致中央确定为分割位置，将前方侧分割成下纵梁外部件前段209。进而，将下纵梁外部件117中的比分割位置靠后方侧确定为与轮罩加强件119一体化，制成下纵梁外部件后段211。
[0092]
图8(b)表示基于图5(b)、图6(b)及图7(b)所示的灵敏度确定车身零件的分割位置及一体化之后的分割一体化车身模型200的整体图。
[0093]
需要说明的是，在本实施方式中，将车身零件中灵敏度的差为0.7以上的位置确定为分割位置，将灵敏度的差为0.3以下的相邻的车身零件确定为一体化，但也可以适当地选择确定分割位置或一体化的灵敏度的差。
[0094]
《车身零件的分割位置及一体化的确定方法》
[0095]
接着，对本实施方式的车身零件的分割位置及一体化的确定方法进行以下说明。
[0096]
本实施方式的车身零件的分割位置及一体化的分割/一体化确定方法中，计算机对具备多个车身零件的车身模型进行以下各步骤，确定车身零件的分割位置和/或一体化的车身零件。如图9所示，该方法包括车身模型获取步骤s1、灵敏度解析步骤s3、车身零件分割位置/一体化确定步骤s5。在本实施方式中，上述各步骤通过由计算机构成的分割/一体
化确定装置1(参照图1)执行。以下，对上述各步骤进行说明。
[0097]
《车身模型获取步骤》
[0098]
车身模型获取步骤s1是获取车身模型的步骤，上述车身模型具备由多个要素模型化的多个车身零件和将多个车身零件作为零件组接合的接合点。在本实施方式中，分割/一体化确定装置1的车身模型获取部13通过读取车身模型文件21(参照图1)，获取图2及图3(a)中作为一例所示的车身模型100，上述车身模型100具备由多个壳体要素模型化的多个车身零件(a柱下部101等)和将车身零件作为零件组接合的接合点121。
[0099]
《灵敏度解析步骤》
[0100]
灵敏度解析步骤s3是设定与车身模型100的车身性能相关的目的条件及与车身模型100的体积相关的制约条件、和对车身模型100赋予的载荷/约束条件或仅载荷条件，求出在设定的载荷/约束条件或仅载荷条件及制约条件下满足目的条件的各车身零件中的各要素的灵敏度的步骤。在本实施方式中，分割/一体化确定装置1的灵敏度解析部15设定目的条件及制约条件和载荷/约束条件，计算各要素的材料密度作为各要素的灵敏度。
[0101]
在灵敏度解析步骤s3中，也可以进行拓扑优化等优化解析。在该情况下，只要将构成车身模型100的车身零件设为设计空间，对构成作为设计空间的车身零件的要素赋予材料密度作为设计变量并执行优化的解析处理，针对车身零件中的每个要素计算在设定的制约条件及载荷/约束条件下满足目的条件的材料密度即可。
[0102]
《车身零件分割位置/一体化确定步骤》
[0103]
车身零件分割位置/一体化确定步骤s5是计算机基于灵敏度解析步骤s3中求出的车身零件中的各要素的灵敏度，通过操作者的指示确定分割车身零件的位置和/或一体化的车身零件的步骤。在本实施方式中，分割/一体化确定装置1的车身零件分割位置/一体化确定部17进行该步骤。
[0104]
如上，根据本实施方式的车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置，能够针对每个用于车身零件的模型化的要素求出相对于车身性能的灵敏度，基于该求出的车身零件中的各要素的灵敏度，确定车身零件的分割位置及一体化的车身零件。
[0105]
而且，通过对根据车身零件的分割位置及一体化的车身零件的确定分割的车身零件或一体化的车身零件适当设定板厚、材料特性，能够有效且充分地进行车身性能的提高。
[0106]
例如，在变更了所分割的车身零件或一体化的车身零件的板厚的情况下，也可以是，分割的车身零件中灵敏度大的零件因为对车身性能的贡献大，所以增加板厚，分割的车身零件或一体化的车身零件中灵敏度低的零件因为对车身性能的贡献小，所以减薄板厚。
[0107]
需要说明的是，本实施方式的车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置通过板厚、材料特性的变更，求出影响车身性能的车身零件中的要素的灵敏度。因此，灵敏度高的部位因为对车身性能的贡献大，所以通过增加板厚，刚性等车身性能提高，灵敏度低的部位因为对车身性能的贡献小，所以即使减薄板厚，刚性等车身性能也不会降低。
[0108]
另外，一般而言，细化车身零件的分割且增加该分割的车身零件的板厚实现的车身性能相对于质量(mass)增加的提高(重量效率)变高。但是，存在因减小车身零件的分割而对车身零件进行冲压成型(press forming)的模具(die)的个数增加、或者将车身零件作为零件组接合的点焊点(spot welding point)增加，总的制造成本变高之类的问题。与此相对，根据本发明，无需过度减小车身零件的分割，能够提高与车身性能相关的重量效率，
并且抑制制造成本的增加。
[0109]
需要说明的是，在上述的说明中，直接使用设定了接合点121的车身模型100进行灵敏度解析，但因对车身模型设定的接合点121的数量的不同，从而相对于车身性能的灵敏度有时产生差异。
[0110]
因此，作为本实施方式的另一方式，如图3(b)中作为一例所示，对于所获取的车身模型100，除了设定接合点彼此的间隔为25～60mm的接合点121以外，还可以设定能够接合零件组的全部追加接合点151并使接合点密集，使用模拟为将多个车身零件连续接合(continuous joining)的车身模型150进行灵敏度解析。需要说明的是，车身模型150以10mm的间隔设定10932个追加接合点151。
[0111]
图10(b)、图11(b)及图12(b)表示使用对车身模型100设定了10932个追加接合点151的车身模型150进行灵敏度解析，确定了车身零件的分割位置及一体化的车身零件时的结果。在此，图10(b)是车身模型150中的前侧的a柱下部101及a柱上部103(图10(a))的侧视图，图11(b)是车身模型150中的后侧(图11(a))的俯视图，图12(b)是车身模型150中的左侧的下纵梁外部件117及轮罩加强件119(图12(a))的立体图。另外，图10(b)、图11(b)及图12(b)所示的灵敏度设定了与上述的本实施方式相同的目的条件、制约条件及载荷/约束条件(参照图4)。需要说明的是，对车身模型150中的各车身零件标注与图2所示的车身模型100中的各车身零件相同的附图标记。
[0112]
在车身模型150的前侧(图10(a))，如图10(b)所示，a柱下部101和a柱上部103的边界在不同的位置，灵敏度的差高至0.7以上。
[0113]
因此，将灵敏度的差大的位置确定为分割位置，如图10(c)所示，设为a柱下部301和a柱上部303。
[0114]
在车身模型150的后侧(图11(a))，如图11(b)所示，后上边梁中心105和后上边梁侧部107、杂物箱中心a109和杂物箱侧部a111、及杂物箱中心b113和杂物箱侧部b115的灵敏度的差低至0.3以下。
[0115]
因此，如图11(c)所示，将后上边梁中心105和后上边梁侧部107一体化而制成后上边梁305，将杂物箱中心a109和杂物箱侧部a111一体化而制成杂物箱a307，将杂物箱中心b113和杂物箱侧部b115一体化而制成杂物箱b309。
[0116]
在车身模型150的左侧(图12(a))，如图12(b)所示，下纵梁外部件117的灵敏度的差低至0.3以下，下纵梁外部件117的后部和轮罩加强件119的灵敏度的差高至0.7以上。进而，a柱下部101和下纵梁外部件117的前部的灵敏度的差低至0.3以下。
[0117]
因此，如图12(c)所示，未分割下纵梁外部件117，进而将下纵梁外部件117和轮罩加强件119不一体化而直接进行分割，下纵梁外部件117与a柱下部101一体化而制成a柱下部301，轮罩加强件119未与下纵梁外部件117一体化而制成轮罩加强件311。
[0118]
图13(b)表示基于图10(b)、图11(b)及图12(b)所示的灵敏度确定了车身零件的分割位置及一体化之后的分割一体化车身模型300的整体图。
[0119]
需要说明的是，在后述的实施例中，对作为本实施方式描述的直接使用设定了接合点121的车身模型100的情况、和作为本实施方式的另一方式描述的使用设定了可接合的全部追加接合点151的车身模型150的情况下的作用效果的不同进行说明。
[0120]
在上述的说明中，作为车身性能，以车身的刚性提高为对象，但在作为车身性能以
碰撞特性(crash worthiness)、疲劳特性(fatigue properties)的提高为对象的情况下，在灵敏度解析部或灵敏度解析步骤中，只要设定与碰撞特性、疲劳特性相关的目的条件即可。例如，在设定与碰撞特性相关的目的条件的情况下，也可以将位移的最小化设为目的条件。
[0121]
另外，本实施方式的灵敏度解析部15及灵敏度解析步骤s3计算每个要素的材料密度作为各要素的灵敏度。当然，本发明在将车身零件由多个壳体要素模型化的情况下，也可以计算满足规定的目的条件及制约条件和载荷/约束条件的各壳体要素的板厚，并将该计算出的壳体要素的板厚设为各要素的灵敏度。
[0122]
这样，在计算出灵敏度解析中求出的各壳体要素的板厚的情况下，板厚大的要素表示相对于车身性能的灵敏度高，板厚小的壳体要素表示相对于车身性能的灵敏度小。由此，灵敏度解析中计算出的要素的板厚可以成为表示各要素相对于车身性能的灵敏度的指标。
[0123]
进而，在本实施方式中，灵敏度解析部15及灵敏度解析步骤s3中，设定赋予静态载荷(static load)的载荷/约束条件进行灵敏度解析，但本发明也可以设定相当于使车身振动的动载荷(dynamic load)的载荷/约束条件。
[0124]
具体而言，在进行灵敏度解析之前对车身模型进行频率响应解析等，确定通过该频率响应解析(frequency response analysis)等求出的、施加对与车身模型的振动模式(vibration mode)下的变形方式(deformation state)对应的车身模型赋予的载荷的位置、方向及大小。而且，只要将所确定的施加载荷的位置、方向及大小设定为载荷/约束条件进行灵敏度解析即可。
[0125]
实施例
[0126]
因为进行了验证本发明的车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置的效果的实验，所以以下对该实验进行说明。
[0127]
在本实施例中，对上述实施方式中说明的分割一体化车身模型200及分割一体化车身模型300验证了相对于分割及一体化之前的车身模型100的车身性能的提高。
[0128]
在分割一体化车身模型200及分割一体化车身模型300中，分割后的车身零件直接设为分割前的车身零件的板厚，一体化的车身零件设为一体化之前的车身零件中表面积大的车身零件的板厚。
[0129]
而且，对分割一体化车身模型200及分割一体化车身模型300赋予图4所示的静态扭转的载荷/约束条件，计算扭转刚性(torsional stiffness)。在此，将对载荷点赋予的载荷设为1000n。
[0130]
另外，在本实施例中，扭转刚性如下计算。首先，以将分割一体化车身模型的左右的后副车架安装位置(相当于图4中的q)相连的直线为基准(角度0度)，以车身前侧的左右的前悬架安装位置(相当于图4中的p)为载荷点，遍及车身前后方向将对一载荷点赋予垂直方向向上的载荷(1000n)、对另一载荷点赋予垂直方向向下的载荷(1000n)时的从车身前方侧观察到的车身的倾斜角度进行平均，由此求出平均倾斜角度。而且，通过对载荷点赋予的载荷和位移之积除以平均倾斜角度，求出扭转刚性。
[0131]
表1表示分割一体化车身模型200及分割一体化车身模型300中的质量变化和扭转刚性的结果。需要说明的是，将分别构成分割一体化车身模型200及分割一体化车身模型
300的各车身零件的各零件组中的接合点的间隔设为与预先赋予的原车身模型100的接合点121的间隔相同。
[0132]
[表1]
[0133][0134]
表1是基准例使用了分割一体化之前的预先赋予的原车身模型100的情况、发明例1使用了分割一体化车身模型200的情况、发明例2使用了分割一体化车身模型300的情况的结果。
[0135]
表1所示的质量变化是以作为基准例的车身模型100的质量为基准的分割一体化车身模型200或分割一体化车身模型300的质量的相对变化，分割一体化车身模型200及分割一体化车身模型300根据车身零件的板厚计算。
[0136]
进而，表1所示的刚性提高率(improvement rate of stiffness)是以将车身零件分割或一体化之前的原车身模型100(基准例)的扭转刚性为基准求出的扭转刚性的相对变化，通过下式求出。
[0137]
刚性提高率(％)＝(发明例的扭转刚性－基准例的扭转刚性)/基准例的扭转刚性
×
100
[0138]
另外，发明例1及发明例2中的每质量变化的刚性提高率是发明例1及发明例2各自中的刚性提高率除以质量变化所得的值。
[0139]
发明例1中的质量变化为2.3kg，发明例2中的质量变化为1.6kg，通过将车身零件分割和/或一体化，质量比基准例增加，但发明例1及发明例2中的刚性提高率均为约13％。由此，通过利用本发明将车身零件分割及一体化的结果是扭转刚性大幅提高。
[0140]
另外，关于刚性提高率除以质量变化所得的每质量变化的刚性提高率，在发明例1中为5.66％/kg，在发明例2中为8.21％/kg。根据该结果可知，使用对车身模型100设定了可接合的全部追加接合点151的车身模型150进行灵敏度解析而确定车身零件的分割位置及一体化的车身零件时，排除了接合点的配置对车身性能赋予的影响而能够更加准确地计算车身零件的各要素的灵敏度，因此，能够更加有效地提高分割及一体化实现的相对于质量变化的车身性能。
[0141]
工业实用性
[0142]
根据本发明，能够提供可以有效且充分地实现车身性能的提高的车身零件的分割位置及一体化的确定方法及装置。
[0143]
附图标记说明
[0144]
1 分割/一体化确定装置
[0145]
3 显示装置
[0146]
5 输入装置
[0147]
7 存储装置
[0148]
9 作业用数据存储器
[0149]
11 运算处理部
[0150]
13 车身模型获取部
[0151]
15 灵敏度解析部
[0152]
17 车身零件分割位置/一体化确定部
[0153]
21 车身模型文件
[0154]
100 车身模型
[0155]
101 a柱下部
[0156]
103 a柱上部
[0157]
105 后上边梁中心
[0158]
107 后上边梁侧部
[0159]
109 杂物箱中心a
[0160]
111 杂物箱侧部a
[0161]
113 杂物箱中心b
[0162]
115 杂物箱侧部b
[0163]
117 下纵梁外部件
[0164]
119 轮罩加强件
[0165]
121 接合点
[0166]
150 车身模型
[0167]
151 追加接合点
[0168]
200 分割一体化车身模型
[0169]
201 a柱
[0170]
203 后上边梁
[0171]
205 杂物箱a
[0172]
207 杂物箱b
[0173]
209 下纵梁外部件前段
[0174]
211 下纵梁外部件后段
[0175]
300 分割一体化车身模型
[0176]
301 a柱下部
[0177]
303 a柱上部
[0178]
305 后上边梁
[0179]
307 杂物箱a
[0180]
309 杂物箱b
[0181]
311 轮罩加强件

技术特征：
1.一种车身零件的分割位置及一体化的确定方法，计算机对具备多个车身零件的车身模型进行以下各步骤，确定所述车身零件的分割位置和/或一体化的所述车身零件，其中，包括：车身模型获取步骤，获取所述车身模型，所述车身模型具备由多个要素模型化的所述多个车身零件和将该多个车身零件作为零件组接合的接合点；灵敏度解析步骤，设定与所述车身模型的车身性能相关的目的条件及与所述车身模型的体积相关的制约条件、和对所述车身模型赋予的载荷/约束条件或仅载荷条件，求出在该载荷/约束条件或仅载荷条件及所述制约条件下满足所述目的条件的所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度；车身零件分割位置/一体化确定步骤，基于所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度，确定分割所述车身零件的位置和/或一体化的所述车身零件。2.根据权利要求1所述的车身零件的分割位置及一体化的确定方法，其中，在所述灵敏度解析步骤中，计算满足所述目的条件的所述各要素的材料密度，将该计算出的材料密度设为所述各要素的灵敏度。3.根据权利要求1或2所述的车身零件的分割位置及一体化的确定方法，其中，在所述车身模型获取步骤中，对于所获取的所述车身模型，除了设定所述接合点以外，还设定能够接合所述零件组的全部追加接合点。4.一种车身零件的分割位置及一体化的确定装置，其对具备多个车身零件的车身模型确定所述车身零件的分割位置和/或一体化的所述车身零件，其中，具备：车身模型获取部，其获取所述车身模型，所述车身模型具备由多个要素模型化的所述多个车身零件和将该多个车身零件作为零件组接合的接合点；灵敏度解析部，其设定与所述车身模型的车身性能相关的目的条件及与所述车身模型的体积相关的制约条件、和对所述车身模型赋予的载荷/约束条件或仅载荷条件，求出在该载荷/约束条件或仅载荷条件及所述制约条件下满足所述目的条件的所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度；车身零件分割位置/一体化确定部，其基于所述各车身零件中的所述各要素的灵敏度，按照操作者的指示确定分割所述车身零件的位置和/或一体化的所述车身零件。5.根据权利要求4所述的车身零件的分割位置及一体化的确定装置，其中，所述灵敏度解析部计算满足所述目的条件的所述各车身零件中的所述各要素的材料密度，将该计算出的材料密度设为所述各要素的灵敏度。6.根据权利要求4或5所述的车身零件的分割位置及一体化的确定装置，其中，所述车身模型获取部对于所获取的所述车身模型，除了设定所述接合点以外，还设定能够接合所述零件组的全部追加接合点。

技术总结
本发明提供一种车身零件的分割位置及一体化的确定方法，包括：车身模型获取步骤(S1)，获取车身模型(100)，该车身模型(100)具备由多个要素模型化的多个车身零件和将多个车身零件作为零件组接合的接合点(121)；灵敏度解析步骤(S3)，设定与车身模型(100)的车身性能相关的目的条件及与车身模型(100)的体积相关的制约条件、和对车身模型(100)赋予的载荷/约束条件，求出在设定的载荷/约束条件及制约条件下满足目的条件的各要素的灵敏度；车身零件分割位置/一体化确定步骤(S5)，基于各要素的灵敏度，确定车身模型(100)中的分割车身零件的位置和/或一体化的车身零件。位置和/或一体化的车身零件。位置和/或一体化的车身零件。


技术研发人员：齐藤孝信
受保护的技术使用者：杰富意钢铁株式会社
技术研发日：2021.10.01
技术公布日：2023/9/22