汽車設計的多學科設計優化方法探究

曾揚益

（江西江鈴集團新能源汽車有限公司，江西 南昌 330001）

引言

汽車設計是一項非常復雜的系統工程，其涉及范圍比較廣，往往需要多個學科進行系統研究，同時還需要與之前的普通設計方案相比較，進而找出問題并及時改進和優化設計方案，這樣才能促進我國汽車行業的可持續健康發展。因此，探究汽車設計的多學科設計優化方法，采用先進的技術與更加完善的設計方案，不斷提高汽車設計水平，保證汽車行業的健康發展。

一、多學科設計優化方法概述

（一）多學科設計優化方法內涵

多學科設計優化方法是充分認識和深入探索工程系統中的子系統互相協同作用，考慮各學科或子系統之間的互相影響，優化設計復雜的工程系統和子系統，從整體上提高系統性能，這是一種新型的工程設計方法與技術，已成功應用于航空航天領域。

（二）多學科設計優化方法內容

目前多學科設計優化方法主要研究各學科間的分析方法與集成軟件，有效的多學科優化方法和分布式的高性能計算環境。其中最重要、最活躍的主題是多學科設計優化方法與策略。本文中主要研究如何在各學科集成設計和軟件優化技術環境下，將多學科設計優化方法應用于汽車設計中。

二、分析汽車設計中應用多學科設計優化方案

（一）多學科設計優化的應用

汽車設計的多學科設計優化應綜合考量各學科間的應用研究和工程子系統的相互作用，并在互相協同基礎上，設計出優秀的綜合性復雜系統設計方案。同時，該研究思路還可在密切相連子系統中得到拓展，保證系統之間良好協作。我國汽車行業中普遍采用多學科設計優化方案，為了充分利用有限的空間，我們探索出科學的、優秀的設計方案，從而最大限度的利用空間。同時，優秀的設計方案不僅能縮減設計時間，還可以提升設計質量與水平，提高汽車設計效益，科學合理的利用有限資源。

（二）多學科設計優化的要求與不足

多學科優化設計方案主要包括方案設計、模型設計、圖紙繪制三方面。汽車優化設計者應具備扎實的理論基礎知識，在設計過程中，合理運用建筑學與經濟學理論知識，還應具備一定的知識運用能力與準確的計量技術，汽車優化設計者應充分重視這一標準。現階段，我國多學科優化設計的應用正處于初步探索階段，各學科間并沒有充分交流與溝通，這就使汽車優化設計者在設計方案時進展工作緩慢，造成人力、財力和時間的嚴重浪費，這非常不利于提升工作效率。

（三）多學科設計優化方法

在實踐中，解決工程問題時采用多學科設計優化方法，以分布式網絡計算技術為基礎，集中在各級學科軟件優化器中，與各級系統分析模塊共同構成求解器。多學科設計優化方法主要有協同優化法、并行子空間優化法和單級優化法。其中單級優化法由一致性約束優化法、以全局敏感方程為核心的單級優化法以及標準系統優化法組成。此外，兩級集成系統綜合法主要是分解廣義的系統優化問題，其中一部分解決較少的全局變量系統優化問題，剩余部分解決多數的局部設計變量的優化問題。

三、分析汽車設計中多學科優化設計

（一）研究汽車子系統

在研究汽車各個子系統時，我們發現子系統就像一個錯綜復雜的網格結構，所以設計者需要改變之前從整體上進行優化的方案，合理采用分布式理念進行系統優化。同時還應在研究總系統基礎上，細化系統工作，將設計系統中空洞復雜的問題轉變為簡單易懂的子問題，采用各學科間已發展成熟的技術與理念論證這些子問題。這樣就能使一些較為獨立的子問題保持良好的協調性，通過整合優化，提升汽車設計質量。例如，我們可以將汽車系統設計分為推進動力、空氣動力學、汽車結構、燃油性能等幾部分。通過分析論證每部分所涉及的問題，構建一個較為完整的信息網絡并進行優化整合，同時還應關注各部分的信息反饋，使反饋機制與系統學科分析論證、總系統之間形成完整的設計回路，這將有助于提高汽車系統設計質量。

（二）研究汽車多學科設計優化中的問題

在系統優化汽車性能時，不僅要提高汽車低速加速能力，同時要保證較低的成本費用，基于此情況，人們認為只要改進發動機性能，使其更加優良，優化汽車結較構，使其更為輕巧，就能提升汽車低速加速能力。然而實踐過程中，在提升汽車推進動力和降低汽車重量方面存在很大分歧。汽車設計中進行多學科優化設計時，應該綜合考慮汽車的設計成本、汽車推進動力和汽車質量等因素，使他們三者達到一個和諧的存在比例。因此，汽車設計者應具備熟練的專業技能與靈活多樣的設計思維與方法，這將會大幅度提升汽車設計質量與效率。

（三）設計過程分析

在汽車設計過程中，多學科優化設計必須采用專用的系統軟件，從整體角度分析汽車系統，精準及時的計算汽車反應時間和敏感性。然后用彈性梁模型處理系設計結構，這一過程需要運用較多的學科理論知識，例如：空氣動力學、計算機、網絡通信等。由于汽車尺寸、承受力和彎扭系數等客觀因素的局限性，汽車設計者首先優化設計車體質量，然后分析比較模擬化得出的實驗數據，進而得出汽車燃油性能的實際數據，這樣可以在一定范圍內整體控制多個學科間的設計變量，進而確保最大限度的利用各個學科的局部數據，提高汽車設計質量水平與效率。

結論

綜上所述，本文系統介紹和分析多學科設計優化方法，并詳細分析了汽車設計的多學科設計優化方法。多學科設計優化方法的廣泛應用與擴展，將大大提高汽車的穩定性和安全性。當今世界，質量輕、價格低、性能好是汽車發展的必然趨勢，在保證汽車高性能基礎上，我國汽車行業應利用先進的多學科設計優化方法，降低設計制造成本，縮短上市時間，提高市場競爭力，促進民族汽車產業長遠而穩定的發展。