基于DOE优化方法的整车空气动力学开发

通过DOE试验设计的整车气动开发过程，工程师可以在短时间内得到最优设计变量的组合解、设计变量对响应的影响以及设计变量之间对响应的交互作用，对工程实践具有很大的指导意义。

1.能源部优化过程

DOE优化方法的主要功能是控制变量。首先，在控制条件下有效地操纵或改变自变量，从而可以观察到响应的变化。其次，通过整理输入和输出反应的影响，分析系统可理解性的敏感性；最后，探讨了设计变量对系统响应的影响计算，确定了参数间的相互影响，并对优化设计进行了粗略估计。同时，为响应面(RSM)模型和克里金代理模型的构建准备数据库(详见图1)。

2. 网格变形-Morphing

在DOE方法的整车空气动力学开发过程中，与人工网格变形相比，自动网格变形技术不仅可以节省大量时间，还可以保证网格质量的一致性。车辆网格变形的好坏直接影响CFD计算的收敛性和准确性，从而影响DOE设计空间优化的结论。

CAE模型的网格变形通过给定的表达形式实现节点的运动，该表达形式可以是矩阵表示的数学形式，也可以是目标形状定义的几何形式。网格变形技术中的节点可分为控制节点、可变形节点和固定节点。控制节点通过平移、旋转、缩放、投影等多种变换方式移动，驱动整个变形过程；可变形节点与控制节点一起移动。网格变形大致可以分为两种方式:自由变形和基于控制块的变形(见图2)。

3.能源部取样技术

在DOE方法的整车空气动力学发展过程中，DOE采样技术的选择决定了整个设计空间中采样点的数量和响应面或代理模型的精度。

如果样本数量太大，采样的意义就会丧失，计算流体力学计算的时间也会增加。如果样本点数量过少，就会失去代表性，无法反映整个设计空间的实际情况。在实际工程应用中，通常使用均匀拉丁超立方体和正交阵列采样。均匀拉丁超立方体采样可以取出有代表性且不重复的初始样本点，用较少的样本点进行CFD计算。

4.能源部数据处理

在DOE方法的整车气动开发过程中，DOE会运行设计样本中的每个采样测试点，每个采样测试点都会产生一个响应。当获得所有响应信息后，建立一个标准的二阶最小二乘多项式响应面来逼近测试点，这将产生一系列多项式系数。以两个独立因子X1和X2为例，考虑多项式:

设计变量和响应之间的关系成为主要影响，通常通过拟合多项式的系数计算设计变量和响应之间的关系来获得。主要影响反映了设计变量如何平均影响响应。

帕累托分析，在整个优化设计空间中，为了达到优化目标(最小风阻等。)，必须达到设计变量的组合状态。图5是帕累托贡献率图。通过正则化多项式的系数，因子对响应的影响通过列的长度直观地反映出来，并对因子对响应的贡献进行排序。