CAE技术在车辆中的应用 -行业资讯

　　汽车行业是一个告诉发展的行业，其竞争也日趋激烈，新产品推出的速度也越来越快，这也对CAE应用提出了越来越多的要求。CAE仿真技术为汽车行业的高速发展提供了有力的技术保障，为企业带来了巨大的经济效益。
　　
　　随着计算机技术和数值分析理论的发展，CAE技术的应用几乎贯穿了汽车设计的全过程，在现代汽车产品设计中扮演的角色着越来越重要。轿车产品开发一般分四个阶段——筹划阶段、概念设计和可行性研究阶段、产品设计和原型车确认阶段、定型生产阶段，CAE技术的应用在产品开发的后三个阶段起着十分重要的作用。在传统的产品开发、设计中，有很多问题在设计阶段不能够被精确地分析，所以在确认阶段必然需要进行“设计→试制→试验→修改→再试制→再试验”的反复，浪费了大量资金和研发时间。然而，CAE技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术，计算机代替了很大一部分的人力资源，经济效益是相当可观的。
　　
CAE技术在汽车上的应用
　　
　　1、CAE技术在车辆中的应用
　　
　　现代汽车对结构设计提出了越来越高的要求，汽车结构分析已不满足于结构线性弹性分析。这就对CAE分析提出了使用真实载荷与动态参数设计的要求。
　　
　　实际上汽车结构系统中大量存在非线性结构，例如发动机、驾驶室橡胶支承、悬挂大变形、零部件间连接的能量缓冲等。这就要求CAE更多地考虑非线性的影响。过去往往应用对比分析法（通过实际数与基数的对比来提示实际数与基数之间的差异，借以了解经济活动的成绩和问题的一种分析方法。）但是由于汽车零部件结构分析载荷的不定因素，大量零部件结构实际所受到的载荷到底是多大，往往很难明确给出，因此这种分析法不再适应越来越高的设计要求。汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段（汽车在设计的使用期内，整车和零部件完好，不产生疲劳破坏），达到使用期后，零部件多受到损伤，以求产品轻量化，达到节约材料和节省能源的目的。这也对CAE分析提出了使用真实载荷仿真的要求。汽车整车性能，如舒适性、行驶操纵稳定性分析也不仅仅满足于结构刚性简化，还要求考虑结构变形刚度影响，进行整车非线性系统分析，以达到用动态参数设计的目标。
　　
　　“现在CAE软件应用于汽车上成熟的方面主要有：刚度和强度计算(应用于整车、大小总成和零部件分析以实现轻量化设计)、NVH分析(各种振动、噪音，包括摩擦噪音、风噪声等)、机构运动学分析。而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析。”这些分析的精度也有了进一步的提高，已经投入了实际的使用，完全可以用于定性分析和改进设计，大大减少了这些费用高、周期长的试验次数。国外大汽车公司经过几十年时间的经验积累，形成了实用的结构没计数据库、没计改变记录和设计规范(设计指导书)，日益广泛应用的CAE技术，**地帮助和指导企业中的设计师进行汽车结构没计、耐撞性没计、耐疲劳以及轻量化没计。
　　
　　2、应用在汽车上的CAE新技术：VPG技术
　　
　　VPG技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。
　　
　　(1)分析对象不再是分开的各个零部件，而是包括车身FEM模型、悬挂系（弹簧、减振器、动力控制臂）、转向梯形、车轮轮胎等整车非线性系统模型。这样，车身和悬挂系统与转向系统间难以明确的作用力关系已包含在分析模型之内。
　　
　　(2)分析模型数据库化。众所周知，计算模型建模工作量是很大的。但是，除车身模型是车型分析时必须建立的模型，悬挂结构、转向机构和轮胎是完全可以实现数据库化的。这是因为，这些结构对轿车来说，结构形式基本可以归纳成几种基本类型和数量有限的几个参数来描述。用户只需选择结构类型，给出参数即可产生计算模型。当然用户自行建立模型也是完全可以的。同时软件数据库可以增加用户模型数据，随着用户应用面的增多，数据库会更加丰富。当前悬挂数据库保存有McPherson液压减振器Strut、长短臂Short-long Arm、Hotchkiss渐变叶片弹簧(Leaf Spring)、Trailing Arm、五连杆5-link、四连杆Quadra Link和扭杆Twist Beam 等十种结构数据库。另外，VPG还提供对Adams接口，导入兼容的Adams悬架模型。
　　
　　轮胎模型分为用于车身疲劳和寿命分析的轮胎模型；用于评价振动噪声NVH研究中应用的轮胎模型和用于动力学分析的轮胎模型三种类性。疲劳分析轮胎模型，可以由内部函数构造产生、也可以从轮胎数据库中直接选择模型，许可用户直接输入试验数据，可选择SAE971100论文《用于车辆动力学分析及整车实时试验的轮胎模型的**性》所述的模型。
　　
　　用于动力学分析的轮胎模型能反映三维自由和强迫振动，可适应高频谐波和随机激励的自由振动和接触振动模态。用户可以根据分析目的选择不同的轮胎模型，一般给出轮胎型号很快即可完成轮胎建模工作。
　　
　　(3)提供了**的路面载荷。
　　
　　VPG软件提供了标准典型的路面模型，是通常整车试验标准考核路面，例如：交替摆动路面(Alternate Roll)、槽形路(Pothole Tracks)、鹅卵石路(Cobblestone Tracks)、大扭曲路(Body Twist Lane)、波纹路(Ripple Tracks)、搓板路(Washboards)以及比利时石块(Belgian Block)等。
　　
　　用户可以输入和保存自己的路面数据，也可以用任意三维数据构造特定的路面。VPG软件当前提供了美国MGA汽车试验场数字化数据库，并且准备录用中国海南汽车试验场路面数据。
　　
　　(4)从分析内容方面讲，VPG计算技术分析内容是多样化的。
　　
　　一个分析模型可以进行疲劳寿命计算、振动噪声分析计算、车辆碰撞历程仿真、碰撞时乘员安全保护等多种结构非线性分析。同时还可以进行整车非线性运动学和动力学计算，用来进行整车舒适性、高速行驶性能和操纵稳定性研究；疲劳分析可以根据计算结果整理出疲劳曲线进行寿命预测；振动噪声计算结果可以进行富利叶变换，进行NVH评价；碰撞仿真结果用于结构碰撞性能研究和依据FMVSS 法规对乘员的安全作出评价。

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