汽车设计的多学科设计优化方法探究

曾扬益

（江西江铃集团新能源汽车有限公司，江西 南昌 330001）

引言

汽车设计是一项非常复杂的系统工程，其涉及范围比较广，往往需要多个学科进行系统研究，同时还需要与之前的普通设计方案相比较，进而找出问题并及时改进和优化设计方案，这样才能促进我国汽车行业的可持续健康发展。因此，探究汽车设计的多学科设计优化方法，采用先进的技术与更加完善的设计方案，不断提高汽车设计水平，保证汽车行业的健康发展。

一、多学科设计优化方法概述

（一）多学科设计优化方法内涵

多学科设计优化方法是充分认识和深入探索工程系统中的子系统互相协同作用，考虑各学科或子系统之间的互相影响，优化设计复杂的工程系统和子系统，从整体上提高系统性能，这是一种新型的工程设计方法与技术，已成功应用于航空航天领域。

（二）多学科设计优化方法内容

目前多学科设计优化方法主要研究各学科间的分析方法与集成软件，有效的多学科优化方法和分布式的高性能计算环境。其中最重要、最活跃的主题是多学科设计优化方法与策略。本文中主要研究如何在各学科集成设计和软件优化技术环境下，将多学科设计优化方法应用于汽车设计中。

二、分析汽车设计中应用多学科设计优化方案

（一）多学科设计优化的应用

汽车设计的多学科设计优化应综合考量各学科间的应用研究和工程子系统的相互作用，并在互相协同基础上，设计出优秀的综合性复杂系统设计方案。同时，该研究思路还可在密切相连子系统中得到拓展，保证系统之间良好协作。我国汽车行业中普遍采用多学科设计优化方案，为了充分利用有限的空间，我们探索出科学的、优秀的设计方案，从而最大限度的利用空间。同时，优秀的设计方案不仅能缩减设计时间，还可以提升设计质量与水平，提高汽车设计效益，科学合理的利用有限资源。

（二）多学科设计优化的要求与不足

多学科优化设计方案主要包括方案设计、模型设计、图纸绘制三方面。汽车优化设计者应具备扎实的理论基础知识，在设计过程中，合理运用建筑学与经济学理论知识，还应具备一定的知识运用能力与准确的计量技术，汽车优化设计者应充分重视这一标准。现阶段，我国多学科优化设计的应用正处于初步探索阶段，各学科间并没有充分交流与沟通，这就使汽车优化设计者在设计方案时进展工作缓慢，造成人力、财力和时间的严重浪费，这非常不利于提升工作效率。

（三）多学科设计优化方法

在实践中，解决工程问题时采用多学科设计优化方法，以分布式网络计算技术为基础，集中在各级学科软件优化器中，与各级系统分析模块共同构成求解器。多学科设计优化方法主要有协同优化法、并行子空间优化法和单级优化法。其中单级优化法由一致性约束优化法、以全局敏感方程为核心的单级优化法以及标准系统优化法组成。此外，两级集成系统综合法主要是分解广义的系统优化问题，其中一部分解决较少的全局变量系统优化问题，剩余部分解决多数的局部设计变量的优化问题。

三、分析汽车设计中多学科优化设计

（一）研究汽车子系统

在研究汽车各个子系统时，我们发现子系统就像一个错综复杂的网格结构，所以设计者需要改变之前从整体上进行优化的方案，合理采用分布式理念进行系统优化。同时还应在研究总系统基础上，细化系统工作，将设计系统中空洞复杂的问题转变为简单易懂的子问题，采用各学科间已发展成熟的技术与理念论证这些子问题。这样就能使一些较为独立的子问题保持良好的协调性，通过整合优化，提升汽车设计质量。例如，我们可以将汽车系统设计分为推进动力、空气动力学、汽车结构、燃油性能等几部分。通过分析论证每部分所涉及的问题，构建一个较为完整的信息网络并进行优化整合，同时还应关注各部分的信息反馈，使反馈机制与系统学科分析论证、总系统之间形成完整的设计回路，这将有助于提高汽车系统设计质量。

（二）研究汽车多学科设计优化中的问题

在系统优化汽车性能时，不仅要提高汽车低速加速能力，同时要保证较低的成本费用，基于此情况，人们认为只要改进发动机性能，使其更加优良，优化汽车结较构，使其更为轻巧，就能提升汽车低速加速能力。然而实践过程中，在提升汽车推进动力和降低汽车重量方面存在很大分歧。汽车设计中进行多学科优化设计时，应该综合考虑汽车的设计成本、汽车推进动力和汽车质量等因素，使他们三者达到一个和谐的存在比例。因此，汽车设计者应具备熟练的专业技能与灵活多样的设计思维与方法，这将会大幅度提升汽车设计质量与效率。

（三）设计过程分析

在汽车设计过程中，多学科优化设计必须采用专用的系统软件，从整体角度分析汽车系统，精准及时的计算汽车反应时间和敏感性。然后用弹性梁模型处理系设计结构，这一过程需要运用较多的学科理论知识，例如：空气动力学、计算机、网络通信等。由于汽车尺寸、承受力和弯扭系数等客观因素的局限性，汽车设计者首先优化设计车体质量，然后分析比较模拟化得出的实验数据，进而得出汽车燃油性能的实际数据，这样可以在一定范围内整体控制多个学科间的设计变量，进而确保最大限度的利用各个学科的局部数据，提高汽车设计质量水平与效率。

结论

综上所述，本文系统介绍和分析多学科设计优化方法，并详细分析了汽车设计的多学科设计优化方法。多学科设计优化方法的广泛应用与扩展，将大大提高汽车的稳定性和安全性。当今世界，质量轻、价格低、性能好是汽车发展的必然趋势，在保证汽车高性能基础上，我国汽车行业应利用先进的多学科设计优化方法，降低设计制造成本，缩短上市时间，提高市场竞争力，促进民族汽车产业长远而稳定的发展。