CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的運用探討

徐群杰　唐琳琳　葉建學(xué)??

摘要：我國汽車工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展大大加強(qiáng)了汽車的自主研發(fā)能力，但是傳統(tǒng)的汽車設(shè)計方法已經(jīng)無法使消費者的需求得以滿足，在這樣的情況下傳統(tǒng)的汽車設(shè)計方法逐漸被CAE技術(shù)所代替。在汽車設(shè)計中應(yīng)用CAE技術(shù)對傳統(tǒng)的整車開發(fā)模式進(jìn)行了改變，而且將產(chǎn)品的研發(fā)周期大大縮短，同時將產(chǎn)品的開發(fā)成本大大降低，所以其作用是不可代替的。因此本文主要是對汽車設(shè)計中CAE技術(shù)的運用進(jìn)行了具體的研究與分析。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù)；汽車設(shè)計；實際運用；發(fā)展趨勢

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提高了居民的生活水平和質(zhì)量，消費者逐漸用更高的標(biāo)準(zhǔn)要求汽車的舒適性。目前在整車開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)主要是CAE技術(shù)，其在汽車零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用是不可代替的[1]。工程和制造業(yè)的各個方面都是CAE技術(shù)中包括的內(nèi)容，其主要是將產(chǎn)品的可靠性和性能等利用計算機(jī)技術(shù)來分析，同時可以仿真模擬產(chǎn)品的失效形式和運動模式，將產(chǎn)品的設(shè)計問題找出來。所以具體研究汽車設(shè)計中CAE技術(shù)的運用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 在汽車設(shè)計中應(yīng)用CAE技術(shù)的重要性

目前在汽車產(chǎn)品的設(shè)計中普遍的應(yīng)用CAE技術(shù)，在整體振動及疲勞、零部件結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和整車操作的穩(wěn)定性等各個汽車設(shè)計和制造的程序中都體現(xiàn)出CAE技術(shù)的運用。通過運用CAE技術(shù)可以將產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和性能大大提升，所以在汽車產(chǎn)品開發(fā)中CAE技術(shù)的作用越來越重要，以下具體說明了汽車設(shè)計中CAE技術(shù)的重要性：

（1）將研發(fā)成本降低：在傳統(tǒng)技術(shù)中汽車產(chǎn)品研發(fā)過程的復(fù)雜性非常強(qiáng)，其主要是將設(shè)計、測試和改進(jìn)等過程不斷的重復(fù)[2]。但是通過應(yīng)用CAE技術(shù)以后可以利用仿真的方法解決汽車產(chǎn)品問題，這樣可以將設(shè)計質(zhì)量和效率提升，從而將研發(fā)的成本降低。

（2）將開發(fā)周期縮短：通過應(yīng)用CAE技術(shù)可以將傳統(tǒng)汽車產(chǎn)品設(shè)計中的局限性打破，通過對定量分析方法的使用可以將更多的設(shè)計方案在較短的時間內(nèi)嘗試，將最佳的設(shè)計方案制定出來，這樣可以將設(shè)計過程中的盲目性減少，所以說可以將開發(fā)周期縮短。

（3）將設(shè)計中的研發(fā)風(fēng)險降低：通過CAE技術(shù)的應(yīng)用可以預(yù)先評估汽車產(chǎn)品設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)性和性能，從而可以將設(shè)計研發(fā)新產(chǎn)品的風(fēng)險大大降低。

（4）對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：通過CAE技術(shù)的應(yīng)用可以優(yōu)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使輕量化汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)的目標(biāo)得以實現(xiàn)，將整車的重量進(jìn)一步減輕，使整車的操作穩(wěn)定性大大提升。

2 在汽車設(shè)計中CAE技術(shù)的應(yīng)用近況

目前在我國汽車領(lǐng)域中普遍的應(yīng)用CAE技術(shù)，隨著推廣和應(yīng)用力度的加強(qiáng)，其在汽車產(chǎn)品研發(fā)過程中的作用越來越明顯，具體體現(xiàn)在以下幾點：（1）國內(nèi)汽車企業(yè)都普遍認(rèn)同CAE技術(shù)分析方法的精準(zhǔn)性：（2）同步使用CAE分析和CAD設(shè)計，可以將設(shè)計與分析一體化水平提升：（3）在汽車設(shè)計過程中CAE技術(shù)成為核心環(huán)節(jié)；（4）不斷擴(kuò)展CAE分析技術(shù)的應(yīng)用范圍，其分析對象要逐漸從零部件轉(zhuǎn)移到整車等。但是我國CAE技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度以及技術(shù)水平等還落后于國外的先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)前我國CAE技術(shù)在汽車行業(yè)中沒有足夠的應(yīng)用深度，團(tuán)隊具有較少的經(jīng)驗，同時統(tǒng)一的CAE技術(shù)分析標(biāo)準(zhǔn)和流程也十分缺少[3]。在這樣的情況下汽車企業(yè)需要將自身CAE團(tuán)隊建設(shè)的速度不斷加快，將CAE的應(yīng)用范圍進(jìn)一步拓展，同時要將CAE的應(yīng)用深度進(jìn)一步提升，而且要對企業(yè)自身的CAE分析流程和規(guī)范進(jìn)行建立和完善，對試驗和CAE分析技術(shù)之間的關(guān)系要正確的認(rèn)識和掌握，這樣可以將CAE分析技術(shù)的精準(zhǔn)性大大提高。

3 在汽車設(shè)計中CAE技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 分析汽車的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、疲勞和NVH

整車、各個子系統(tǒng)和各個零部件的強(qiáng)度和耐久性等是汽車結(jié)構(gòu)和疲勞主要包括的內(nèi)容，如進(jìn)排氣系統(tǒng)的輕度和副車架等零部件的強(qiáng)度和耐久度等。對駕駛和乘坐汽車環(huán)境造成影響的噪聲性能是NVH特性，如整車、各個子系統(tǒng)和各個零部件的模態(tài)等，其中發(fā)動機(jī)和路面激烈頻率的影響分析以及噪聲分析等是其主要的具體表現(xiàn)。

3.2 分析汽車的安全性能

駕駛員和乘客的生命安全是由汽車的安全性能直接決定的，所以當(dāng)前汽車被動安裝最需要解決的問題之一主要是怎樣將汽車本身的防碰撞能力提升[4]。在汽車設(shè)計中通過CAE技術(shù)的應(yīng)用，可以利用仿真技術(shù)模擬汽車正碰、側(cè)碰、后碰和保護(hù)行人等各個方面的碰撞過程中。另外由于大變形的風(fēng)險性碰撞是碰撞的主要實質(zhì)，所以如果在模擬碰撞中使用實車，則會大大提升試驗的成本，而通過CAE技術(shù)中的仿真模擬技術(shù)可以將這一問題良好的解決。

3.3 分析汽車的多體動力學(xué)

在汽車動力性能的仿真過程中使用多體動力學(xué)，可以將整車的動力性能進(jìn)行優(yōu)化和評估，這樣可以將汽車的產(chǎn)品性能大大提升，同時可以將產(chǎn)品的研發(fā)成本大大降低。動力學(xué)和運動學(xué)仿真是多體動力學(xué)主要包括的內(nèi)容。

4 結(jié)論

由此可見，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，汽車企業(yè)將更多的CAE技術(shù)應(yīng)用到汽車產(chǎn)品的設(shè)計過程中，同時也將CAE技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域不斷拓展。在汽車產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用CAE技術(shù)，可以將研發(fā)成本降低、將開發(fā)周期縮短以及將設(shè)計中的研發(fā)風(fēng)險降低等，而且CAE技術(shù)也能夠?qū)⒆陨淼膬?yōu)勢最大限度的發(fā)揮出來，這樣可以為汽車產(chǎn)品的設(shè)計和質(zhì)量提供有利的保障，利用自身直觀性的特征將汽車的真實性充分展現(xiàn)出來。另外通過應(yīng)用CAE技術(shù)可以更好的分析汽車的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、疲勞和NVH，汽車的安全性能以及汽車的多體動力學(xué)等，這樣不但可以為乘客和駕駛員的生命安全提供保障，同時可以對汽車設(shè)計行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮重要的推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆海東，孫明.CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的運用探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，20（02）：271.

[2]萬子剛.檢測診斷技術(shù)在汽車設(shè)計維修中的運用[J].工業(yè)設(shè)計，2015，15（07）：137+143.

[3]鄭金虎.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的汽車變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究[D].上海工程技術(shù)大學(xué)，2014，23（09）：125126.

[4]閆潔.基于CAE的某轎車車身NVH性能分析研究[D].天津科技大學(xué)，2013，31（11）：248249.

課題項目：山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2017年科技計劃類立項，課題“傳統(tǒng)氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計”，主持人，葉建學(xué)，（課題編號“2017KJ002”）

作者簡介：徐群杰（1990），男，江蘇宿遷人，專業(yè)：車輛工程。