汽车安全与节能学报 ›› 2025, Vol. 16 ›› Issue (1): 32-42.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2025.01.003
荣海1,3(
), 蒋建中1,4, 姚再起2,*(
), 马凯2, 杜柯南2
收稿日期:2024-08-28
修回日期:2024-09-18
出版日期:2025-02-28
发布日期:2025-03-04
通讯作者:
* 姚再起,正高级工程师。E-mail:yaozaiqi@geely.com。
作者简介:荣海(1990—),男(汉),河北,博士。E-mail:ronghai8636@163.com。
基金资助:
RONG Hai1,3(
), JIANG Jianzhong1,4, YAO Zaiqi2,*(
), MA Kai2, DU Kenan2
Received:2024-08-28
Revised:2024-09-18
Online:2025-02-28
Published:2025-03-04
摘要:
通过车身零件厚度优化,在保证正碰、侧碰、模态和刚度多个学科关键性能基本不变的前提下,实现车身轻量化设计。采用代理模型法代替仿真与协同优化方法结合开展优化;考虑到碰撞工况的高度非线性特性,选择基于机器学习算法的全连接神经网络(FCNN)来建立代理模型;基于代理模型法获得轻量化方案最终通过仿真验证。结果表明:与传统响应面模型和Kriging模型相比,FCNN模型具有更强的非线性回归和泛化能力;碰撞工况FCNN的预测精度相较于其他2种模型提升约12.5%,R2达到0.9左右;优化前后车身整体性能变化不大,实现减重7.5 kg。
中图分类号:
荣海, 蒋建中, 姚再起, 马凯, 杜柯南. 基于神经网络代理模型的车身多学科轻量化优化设计[J]. 汽车安全与节能学报, 2025, 16(1): 32-42.
RONG Hai, JIANG Jianzhong, YAO Zaiqi, MA Kai, DU Kenan. Multidisciplinary design optimization of a vehicle body for lightweight based on a neural network surrogate model[J]. Journal of Automotive Safety and Energy, 2025, 16(1): 32-42.
| 模型编号 | #1 | #2 | #3 | #4 | #5 | #6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 输入层神经元个数 | 29 | 29 | 32 | 32 | 82 | 82 |
| 输出层神经元个数 | 1 | 1 | 4 | 1 | 2 | 2 |
| 输出层激活函数 | 线性 | 线性 | 线性 | 线性 | 线性 | 线性 |
| 隐藏层层数 | 3 | 3 | 4 | 3 | 2 | 2 |
| 隐藏层神经元个数 | 18 | 21 | 20 | 20 | 15 | 12 |
| 隐藏层激活函数 | ReLU | ReLU | ReLU | ReLU | ReLU | ReLU |
| 模型编号 | #1 | #2 | #3 | #4 | #5 | #6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 输入层神经元个数 | 29 | 29 | 32 | 32 | 82 | 82 |
| 输出层神经元个数 | 1 | 1 | 4 | 1 | 2 | 2 |
| 输出层激活函数 | 线性 | 线性 | 线性 | 线性 | 线性 | 线性 |
| 隐藏层层数 | 3 | 3 | 4 | 3 | 2 | 2 |
| 隐藏层神经元个数 | 18 | 21 | 20 | 20 | 15 | 12 |
| 隐藏层激活函数 | ReLU | ReLU | ReLU | ReLU | ReLU | ReLU |
| 工况 | 性能指标 | FCNN | RSM | Kriging |
|---|---|---|---|---|
| FRB | IFRB | 0.92 | 0.81 | 0.79 |
| aFRB | 0.88 | 0.78 | 0.79 | |
| MDB | IMDB1~IMDB4 | 0.91 | 0.80 | 0.82 |
| RP | IRP | 0.91 | 0.81 | 0.83 |
| 模态 | Mt / Mb | 0.99/0.94 | 0.96/0.91 | 0.95/0.92 |
| 刚度 | St / Sb | 0.99/0.98 | 0.98/0.98 | 0.97/0.98 |
| 工况 | 性能指标 | FCNN | RSM | Kriging |
|---|---|---|---|---|
| FRB | IFRB | 0.92 | 0.81 | 0.79 |
| aFRB | 0.88 | 0.78 | 0.79 | |
| MDB | IMDB1~IMDB4 | 0.91 | 0.80 | 0.82 |
| RP | IRP | 0.91 | 0.81 | 0.83 |
| 模态 | Mt / Mb | 0.99/0.94 | 0.96/0.91 | 0.95/0.92 |
| 刚度 | St / Sb | 0.99/0.98 | 0.98/0.98 | 0.97/0.98 |
| 工况 | 性能指标 | 基础值 | 优化 结果 | 验证 结果 | 变化量 | 性能 评价 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FRB | IFRB / mm | 35.3 | 31.8 | 33.4 | -1.9 | 提升 |
| aFRB / g | 32.7 | 32.9 | 34.7 | +2.0 | 下降 | |
| MDB | IMDB1 / mm | 58.0 | 58.4 | 57.0 | -1.0 | 提升 |
| IMDB2 / mm | 106.1 | 105.7 | 105.4 | -0.7 | 提升 | |
| IMDB3 / mm | 125.9 | 124.6 | 123.4 | -2.5 | 提升 | |
| IMDB4 / mm | 38.7 | 37.6 | 39.1 | +0.4 | 下降 | |
| RP | IRP / mm | 103.9 | 102.9 | 105.7 | +1.8 | 下降 |
| 模态 | Mt / Hz | 55.2 | 55.5 | 55.7 | +0.5 | 提升 |
| Mb / Hz | 59.8 | 60.3 | 60.7 | +0.9 | 提升 | |
| 刚度 | St / [kN·m(°)-1] | 39.743 | 39 674 | 39 695 | -48.0 | 下降 |
| Sb / (kN·mm-1) | 14.920 | 14 957 | 14 948 | +28.0 | 提升 | |
| 质量 | m / kg | 233.7 | 226.2 | 226.2 | -7.5 | 减重 |
| 工况 | 性能指标 | 基础值 | 优化 结果 | 验证 结果 | 变化量 | 性能 评价 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FRB | IFRB / mm | 35.3 | 31.8 | 33.4 | -1.9 | 提升 |
| aFRB / g | 32.7 | 32.9 | 34.7 | +2.0 | 下降 | |
| MDB | IMDB1 / mm | 58.0 | 58.4 | 57.0 | -1.0 | 提升 |
| IMDB2 / mm | 106.1 | 105.7 | 105.4 | -0.7 | 提升 | |
| IMDB3 / mm | 125.9 | 124.6 | 123.4 | -2.5 | 提升 | |
| IMDB4 / mm | 38.7 | 37.6 | 39.1 | +0.4 | 下降 | |
| RP | IRP / mm | 103.9 | 102.9 | 105.7 | +1.8 | 下降 |
| 模态 | Mt / Hz | 55.2 | 55.5 | 55.7 | +0.5 | 提升 |
| Mb / Hz | 59.8 | 60.3 | 60.7 | +0.9 | 提升 | |
| 刚度 | St / [kN·m(°)-1] | 39.743 | 39 674 | 39 695 | -48.0 | 下降 |
| Sb / (kN·mm-1) | 14.920 | 14 957 | 14 948 | +28.0 | 提升 | |
| 质量 | m / kg | 233.7 | 226.2 | 226.2 | -7.5 | 减重 |
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