CAE技术在汽车设计中的应用

CAE技术在汽车设计中的应用

尤立松

长城汽车股份有限公司 河北省 071000

摘要：汽车设计是一项非常复杂、系统、技术含量高的工作，工序繁多，内容繁杂，任何一个环节控制不当，都会影响汽车的设计效果。而CAE技术的日趋成熟和广泛应用，不仅大大降低了汽车设计的难度，而且还能有效节约成本，缩短设计周期。在汽车设计阶段进行静态、动态分析，平顺性和操纵稳定性仿真模拟，能及时发现设计中存在的问题和缺陷，通过对缺陷和问题的改进，降低了设变的风险以及由此造成的经济成本，缩短了汽车制造和试验的时间。因此，将CAE技术科学合理的应用到汽车设计中，帮助企业获得更多效益，实现可持续发展。

关键词：CAE技术；汽车设计；应用

汽车设计是一项复杂的工作，零件多且结构复杂，在整车研发过程中，涉及到流体、结构、温度、电磁、NVH及车辆动力学等多方面知识。现代化汽车设计必须颠覆传统的技术方法。CAE技术具有很强的先进性、仿真性，应用在汽车设计中，可大幅度提升汽车研发设计的能力，指导新产品的研发设计，优化产品结构与性能，达到降本增效的目的，从而提升汽车生产企业的市场竞争力。

1CAE技术的定义

CAE(ComputerAidedEngineering)指的是计算机辅助工程技术，是计算机技术和工程分析技术相互结合的一种新型技术，CAE技术应用的基础理论为有限元法和数值分析法。有限元法的基础思想是将一个具有连续求解特性的区域，离散成一组，并按照相应方式方法，连结到一起的单元组合体。但单元自身形态变化多端，甚至可以模拟几何形态复杂的求解区域。而数值分析法则是一种专门研究，适用于计算机上使用的实际可行、理论可靠、计算复杂的数值计算机方法，经过多年的演变和完善，数值分析已经发展为一门独立的学科。

CAE技术应用的关键技术包括：有限元技术、虚拟样机运动技术、动力学仿真技术等，主要机理是通过计算机来一些产品和工程的性能、质量、可靠性、安全性等进行分析，并对未来的工作状态、运动行为等在计算机软件上进行模拟，从而提前发现设计缺陷的，同时证明工程和产品在未来使用中可行性和可靠性。CAE技术结构组成非常复杂，涉及到的内容繁多，包括：有限元、数值分析、优化设计、图像处理、工程管理、人工智能等，具有很强的先进性、综合性，目前市面上应用最广泛的CAE技术包括：Nastran、Ansys、Abqus、Algor、Marc、Strand7等。

2CAE技术在汽车设计中的重要性

CAE技术已经被广泛的应用到汽车产品的设计与研发过程中，在汽车产品的整体振动、疲劳、零部件强度以及整车的操作稳定性等方面测试作出了极大的贡献。相比较传统的汽车设计研发方法来说，在汽车设计过程中应用CAE技术以后，汽车的整体设计质量与性能均可以得到有效的提升。因此在如今的汽车设计研发过程中，CAE的重要性也越发被凸显，以下为在汽车设计过程中应用CAE的实际作用。

2.1降低研发成本

由于汽车自身的复杂性，在进行实际汽车设计的过程中设计人员不仅需要对汽车的结构特点、未来的使用环境以及批量生产可能会存在的问题进行考虑，因此在实际设计过程中，整个汽车的设计制造过程都会长时间在方案设计、样车制造、样车测试、问题改进几个步骤之中进行重复循环。不过在汽车设计过程中应用了CAE技术以后，样车制造与测试过程均可以通过CAE技术中的仿真技术进行，从而还能够极大的缩短研发流程，减少研发时长，进一步降低研发成本。

2.2降低设计风险

相比较传统的汽车设计方法来说，CAE技术可以在进行测试前预先对整个设计方案的结构合理性与性能效果进行评估预测，并对设计中不合理的位置进行优化，这样不仅可以有效的提升设计方案中其次的稳定性，令整车的可操作性得到提升，还可以降低设计研发过程中可能会遇到的风险因素，因此CAE技术对于如今的汽车设计研究有着非常重要的作用。

3CAE技术在汽车设计中的应用现状

随着科学技术的飞速发展，CAE技术愈发先进，被广泛应用在各大工业领域，汽车生产行业普遍引入CAE技术并贯穿于整车开发的概念、工程化、试验验证等各个阶段，主要体现在以下几个方面：

第一，我国很多汽车生产厂家，都比较认可CAE技术对汽车设计分析的准确性和可靠性。

第二，联合使用CAE技术和CAD技术，可构件汽车设计和分析一体化，大大提升汽车设计效率，缩短设计开发周期，提升企业的市场竞争力。

第三，在整车的设计及验证改进过程中，CAE始终处于核心地位。

第四，在汽车领域CAE技术的应用范围仍然在不断扩大。比如应用的对象从最开始的零部件级扩展至整车级、从静力学至动力学，从传统结构分析优化到流体、热管理及电磁兼容仿真等。

4CAE技术在汽车设计中的应用

4.1汽车的结构、疲劳性以及NVH进行分析

对于汽车设计来说，汽车的结构、疲劳性以及NVH都是决定汽车稳定性与实际质量的关键性内容。在该分析工作过程中，CAE的主要作用是利用仿真技术对汽车的结构、疲劳型以及NVH进行分析验证，从而确定汽车的实际质量与稳定性。例如在进行汽车的NVH仿真测试过程中，设计人员会先根据汽车的实际设计内容在CAE中搭建汽车面型，然后通过TB模态仿真对带内饰的车身固有频率与振型进行考察验证，最后设计人员根据CAE技术所提供的理论参考依据对汽车设计中所存在的问题进行发现与解决，抑制车身的各种噪声抖动问题，提高汽车的舒适性。

4.2汽车安全性能分析

随着如今汽车的普及率越来越高，人们对于汽车的安全性的关注度也在日益提升。为了能够最大限度的保障汽车内部乘客的生命安全，汽车设计人员需要在设计过程中进行汽车的碰撞与防碰撞性能的试验。在传统汽车设计方法中，设计人员在完成了设计方案以后，需要制造样车进行实际碰撞试验，从而验证

汽车的安全性能效果。而当CAE技术应用到汽车设计过程中以后，设计人员便可以实现通过仿真技术对汽车的各种碰撞情况进行模拟，从而完成汽车设计过程中所需要的碰撞试验，验证碰撞后汽车的变形情况，不再需要进行样车实际碰撞试验，因此极大的降低了汽车设计研发过程中的成本与风险。

4.3汽车多体动力学分析

多体动力学也是关系到汽车性能的关键要素，在进行汽车设计研发过程中，设计人员同样需要对该种要素进行全方位的测试改进工作。在汽车设计中的应用CAE技术以后，设计人员可以通过多体动力学分析软件将设计样车分解成为多个子模块进行分析建模验证工作，并在验证过程中使用振动模态综合方法，建立起部分柔性体动力学模型，从而设计人员所设计的样车进行全方位的动力学验证分析，以此来实现降低设计研发成本的同时，提升汽车性能与质量的目的，从而为消费者提供更加舒适安全的汽车产品。

5总结

综上所述，在我国社会经济飞速发展的背景下，人民生活水平不断提升，对汽车的舒适性、安全性等提出了更高要求。目前在汽车设计中常用的技术是CAE技术，尤其是在汽车零部件和整车设计中，具有无法替代的作用。通过CAE技术来分析产品的可靠性和性能，从而找出产品设计存在的问题并得到及时解决，进而提升汽车设计质量。

参考文献：

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