知識分享課件CAE在吉利汽車研發(fā)中的應(yīng)用

CAE在吉利汽車研發(fā)中的應(yīng)用引言從近幾年大型汽車展覽會的火爆場面說明，普通人擁有汽車即在。巨大的消費市場必然伴隨激烈競爭。欲想在競爭中處于優(yōu)勢，唯一的選擇是立足現(xiàn)代高科技起點，加快技術(shù)創(chuàng)新，建立現(xiàn)代汽車產(chǎn)品開發(fā)能力。2CAE技術(shù)為汽車行業(yè)的高速發(fā)展提供具有中心價值地位的技術(shù)保障，可以為企業(yè)帶來巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益。在汽車發(fā)展歷史上，至今還沒有什么技術(shù)能與CAE技術(shù)相比，為汽車企業(yè)帶來巨大的回報。美國福特汽車公司2000年應(yīng)用CAE后，其新車型開發(fā)周期從36個月降低到12～18個月；開發(fā)后期設(shè)計修改率減少50%；原型車制造和試驗成本減少50%；投資收益提高50%。3福特汽車新車開發(fā)周期12-18個月應(yīng)用CAE36個月沒有應(yīng)用CAE豐田開發(fā)新型花冠轎車時運用了CAE技術(shù)，把眾多工序在計算機上進行演示即可，由此將開發(fā)時間縮短到了18個月。馬自達(dá)依靠CAE與試驗來縮短產(chǎn)品試驗和樣車完成的時間，其產(chǎn)品樣車的完成由3.5個月縮短到1.5個月，試驗周期從4.5個月縮短到2.5個月。4贏得市場的焦點是高技術(shù)創(chuàng)新,為接受國際市場競爭的考驗，各國都向高投入、高技術(shù)、高集成的方向發(fā)展?！案咝录夹g(shù)”主要有高效電子系統(tǒng)、輕質(zhì)高強度材料和計算機應(yīng)用三個方面其中最重要的是以CAD、CAE、CAM和PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）為代表的計算機應(yīng)用技術(shù)5內(nèi)容題目:<<CAE在吉利汽車研發(fā)中的應(yīng)用>>第一部分：CAE在汽車研發(fā)中的現(xiàn)狀第二部分：CAE在新車研發(fā)流程中的應(yīng)用第三部分：工程分析重點發(fā)展方向第四部分：工程案例第五部分：汽車CAE技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展6第一部分：CAE在汽車研發(fā)中的現(xiàn)狀7什么叫CAE?CAE(ComputerAidedEngineering),指從客戶和市場的需求出發(fā),利用工程學(xué)方法，使用相應(yīng)的軟硬件輔助,通過試驗和分析手段相結(jié)合,系統(tǒng)而有計劃地使設(shè)計的產(chǎn)品和機械系統(tǒng)滿足相應(yīng)的性能和質(zhì)量要求,從而確保產(chǎn)品的可靠性、安全性、舒適性等要求,它貫穿于產(chǎn)品從開發(fā)到回收的全生命周期的所有階段。(廣泛應(yīng)用在航空\汽車等制造業(yè))8CAE能在汽車哪些部件中發(fā)揮作用?汽車的每一個部件都可以做CAE分析，但主要包括以下3大關(guān)鍵部分整車系統(tǒng)大總成或大的子系統(tǒng)零部件和小總成9CAE在設(shè)計流程中的作用CAE在設(shè)計流程中的作用10T&PCAE修正分析模型

測試數(shù)據(jù)NVH白車身剛度安全性耐久性總成分析CAD試驗測試階段

工程設(shè)計階段修正優(yōu)化NVH白車身剛度安全性耐久性總成分析汽車CAE分析內(nèi)容結(jié)構(gòu)、疲勞分析結(jié)構(gòu)、疲勞分析主要包含整車，各子系統(tǒng)，各零部件的模態(tài)、剛度、強度、疲勞分析。例如：白車身、副車架、后橋、吊掛支撐、安全帶支架等零部件的模態(tài)、剛度、強度。主要分析軟件有：nastran、abaqus、fatigue等。碰撞分析碰撞方面的分析主要包含：正碰、側(cè)碰、后碰、40%偏置碰和行人保護等。主要分析軟件有：ls-dyna、pam-crash、VPG等。多剛體分析多剛體方面的分析主要包含：動力學(xué)及運動學(xué)分析。例如：整車的操縱穩(wěn)定性、平順性，玻璃升降器、雨刮等系統(tǒng)。主要分析軟件有：adams，MotionView，Car-Sim等。11汽車CAE分析內(nèi)容噪聲振動舒適性(NVH)分析NVH是指影響汽車乘坐和使用環(huán)境等重要因數(shù)的振動噪聲性能主要分析軟件有：Nastran

virtual.lab等。熱、流體分析熱、流分析可以有效提高汽車性能，增加乘坐舒適性。在熱、流分析中熱流耦合的現(xiàn)象比較常見。主要分析軟件有：STAR-CD、flow-3D、fluent等。沖壓成形分析沖壓主要對汽車上各種沖壓件的沖壓過程分析，主要判斷沖壓件結(jié)構(gòu)是否合理及其優(yōu)化預(yù)測沖壓過程中的材料拉裂、起皺位置，材料的料厚變化以及回彈等。主要分析軟件有：dynaform、autoform、pam-stamp等。12汽車CAE分析內(nèi)容汽車車身設(shè)計所需要的CAE分析內(nèi)容13截面分析接頭剛度分析白車身剛度振動分析聲學(xué)分析開啟件分析總成分析疲勞分析碰撞安全性試驗修正

計算機輔助分析（CAE）流場分析CAE技術(shù)在國內(nèi)汽車工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀CAE技術(shù)在國內(nèi)汽車工業(yè)的應(yīng)用經(jīng)歷了入門、推廣、普及等階段，目前已經(jīng)到了取得實質(zhì)效益的階段，具體表現(xiàn)在：CAE技術(shù)逐漸被普遍認(rèn)可CAE分析和工程設(shè)計緊密結(jié)合CAE分析成為設(shè)計常規(guī)CAE分析范圍擴大14汽車CAE分析流程153DCAD幾何數(shù)據(jù)有限元前處理：網(wǎng)格建模；材料、厚度定義；邊界條件定義；……求解計算有限元后處理：模態(tài)、剛度；應(yīng)力水平；變形情況；……目標(biāo)設(shè)定目標(biāo)評價設(shè)計修改建議備注：為了得到滿意結(jié)果，分析工作應(yīng)該與實驗和設(shè)計工作結(jié)合，從布置設(shè)計階段到生成測試階段汽車CAE分析流程16CatiaHypermeshLS-DynaMSC.NastranStar-CDAbaqus……HyperViewLS-PrepostAbaqus

CAE……目標(biāo)設(shè)定目標(biāo)評價設(shè)計修改建議前處理求解器后處理建模：組件裝配連接建模點焊/螺栓建模殼/實體單元建模剛體&彈簧單元建模求解計算：接觸、載荷定義模型調(diào)試、解決錯誤單元屬性應(yīng)用參數(shù)研究評價（性能）建議（結(jié)構(gòu)改進）分析CAE工作流程CAE工作過程17原始設(shè)計規(guī)格說明FEM建模分析條件求解計算設(shè)計規(guī)格說明變更FEM模型修改分析條件求解計算評價優(yōu)化規(guī)格說明設(shè)定NONO1.評價分析2.參數(shù)分析第二部分：CAE在新車研發(fā)流程中的應(yīng)用18開發(fā)計劃整車開發(fā)計劃CAE分析在新車開發(fā)各階段都將參與CAE分析重點在工程設(shè)計開發(fā)階段，在工程設(shè)計凍結(jié)前，需要完成2輪的CAE分析19第一輪CAE分析第二輪CAE分析確定CAE目標(biāo)值收集法規(guī)資料競品車CAE分析CFD分析整車性能分析結(jié)構(gòu)強度分析NVH分析碰撞分析試驗跟蹤仿真與試驗比較201.產(chǎn)品策劃定義階段1.0組建CAE分析團隊，指定項目聯(lián)絡(luò)員1.1確定CAE分析工作方式、進度計劃及里程碑節(jié)點1.2搜集、整理對標(biāo)車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)點，以及各種新技術(shù)的應(yīng)用情況1.3獲得對標(biāo)車相關(guān)數(shù)據(jù)，進行對標(biāo)車CAE分析對標(biāo)車CAE分析白車身模態(tài)、剛度分析開啟件模態(tài)、剛分析整車性能分析整車碰撞安全分析完成CAE分析約45個工作日211.產(chǎn)品策劃定義階段1.4確定各CAE分析項目的目標(biāo)值備注：CAE分析目標(biāo)值由各設(shè)計部門或?qū)I(yè)科室提出，匯總到工程分析科，并對目標(biāo)值的合理性進行評估；對于無法給定目標(biāo)值的分析項目由工程分析科提供。競爭樣車的CAE模擬競爭樣車的試驗法規(guī)同級別的CAE數(shù)據(jù)庫新車的NVH目標(biāo)新車的整車性能目標(biāo)新車的結(jié)構(gòu)強度目標(biāo)新車的碰撞安全目標(biāo)新車的CFD目標(biāo)221.產(chǎn)品策劃定義階段1.5制定詳細(xì)的CAE分析計劃，確定分析內(nèi)容所需要的人數(shù)和時間整車建模（15人×25天）整車及零部件的NVH性能分析（7人×25天）整車及零部件的強度性能分析（8×25天）整車及零部件的碰撞性能分析（10×25天）整車及零部件的CFD性能分析（10×45天）整車及子系統(tǒng)的多體動力學(xué)分析（5×30天）完成一輪CAE分析需要的時間為40人×45天CAE分析項目計劃232.概念設(shè)計階段2.0獲得CAS數(shù)據(jù)，進行相關(guān)的CAE分析整車外流場分析初期行人保護分析外流場分析242.概念設(shè)計階段2.1獲得整車關(guān)鍵硬點參數(shù)，進行整車性能仿真分析懸架運動學(xué)分析整車操穩(wěn)分析整車平順性分析懸架靜力分析多體動力學(xué)建模整車或子系統(tǒng)多體動力學(xué)分析工作內(nèi)容清單類別分析項目備注類別分析項目備注建模懸架系統(tǒng)建模整車操縱穩(wěn)定性分析GB穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)分真分析整車建模轉(zhuǎn)向回正仿真分析懸架系統(tǒng)分析懸架運動學(xué)分析蛇行試驗仿真分析懸架彈性運動學(xué)分析轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍仿真分析轉(zhuǎn)向運動學(xué)分析轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖仿真分析懸架靜力分析轉(zhuǎn)向輕便仿真分析懸架性能分析ISO穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真分析懸架硬點優(yōu)化轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍仿真分析整車平順性分析脈沖輸入行駛試驗轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖仿真分析隨機輸入行駛試驗單移線試驗仿真分析整車制動性能分析直線行駛制動試驗雙移線試驗仿真分析轉(zhuǎn)彎行駛制動試驗單周正弦輸入瞬態(tài)開環(huán)響應(yīng)試驗偽隨機轉(zhuǎn)向輸入瞬態(tài)開環(huán)響應(yīng)試驗轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)正弦輸入試驗轉(zhuǎn)向盤中間轉(zhuǎn)向試驗J-turn試驗Fish-hook試驗轉(zhuǎn)彎熄火試驗路擾反應(yīng)試驗25整車及子系統(tǒng)性能仿真分析內(nèi)容262.概念設(shè)計階段2.1獲得車身典型截面和關(guān)鍵接頭數(shù)據(jù)，進行相關(guān)的CAE分析典型截面分析與優(yōu)化改進門檻、頂蓋橫梁、A-B-C柱、……關(guān)鍵接頭的剛度分析與優(yōu)化改進A-B-C柱接頭272.概念設(shè)計階段2.2方案性CAE分析，對前期提出的各種方案，利用CAE手段進行評估，

確定最終的設(shè)計方案前縱梁碰撞分析保險杠截面形式防撞梁性能分析……因布置需要，進行更改分析結(jié)果283.工程設(shè)計階段3.0初期CAE分析伴隨著整個工程設(shè)計階段，主要工作體現(xiàn)在：評價性分析，評估分析項目能否達(dá)到目標(biāo)值參數(shù)化分析，通過參數(shù)化研究、方案更改，滿足設(shè)計目標(biāo)3.1詳細(xì)CAE分析數(shù)模確認(rèn)或凍結(jié)前，確認(rèn)各分析項目是否達(dá)到分析目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計：車身輕量化靈敏度分析……整車開發(fā)各階段CAE分析工作293.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)NVH性能分析項目白車身NVH分析開啟件NVH分析子系統(tǒng)NVH分析結(jié)構(gòu)噪聲NVH分析整車或子系統(tǒng)碰撞NVH分析工作內(nèi)容清單303.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)NVH性能分析項目類別分析項目備注類別分析項目備注白車身NVH分析白車身模態(tài)分析開啟件NVH分析車門模態(tài)分析白車身靜剛度分析車門靜剛度分析動力總成懸置安裝點的靜/動剛度分析行李箱蓋（后背門）模態(tài)分析懸架安裝點靜/動剛度分析行李箱蓋（后背門）靜剛度分析座椅安裝點靜剛度分析發(fā)動機蓋模態(tài)分析車身千斤頂支撐點靜剛度分析發(fā)動機蓋靜剛度分析乘客拉手安裝點靜剛度試驗結(jié)構(gòu)噪聲NVH分析車室聲腔模態(tài)分析真空助力器安裝點靜剛度分析聲固耦合系統(tǒng)模態(tài)分析白車身接頭靜剛度分析聲固耦合系統(tǒng)響應(yīng)分析發(fā)動機蓋鉸接處的靜剛度分析車室聲壓板件貢獻(xiàn)量分析刮雨器安裝點的靜剛度分析白車身低頻結(jié)構(gòu)噪聲傳遞特性分析基于模態(tài)、剛度的白車身靈敏度分析白車身低頻結(jié)構(gòu)噪聲傳遞特性及動剛度優(yōu)化典型截面分析底盤NVH分析副車架模態(tài)分析白車身關(guān)鍵點振動傳遞特性分析副車架靜剛度分析其它分析IP及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模態(tài)分析排氣系統(tǒng)模態(tài)和吊掛位置分析驅(qū)動軸模態(tài)分析發(fā)動機懸置系統(tǒng)模態(tài)分析TrimmedBody的模態(tài)分析發(fā)動機支架模態(tài)分析313.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度分析白車身強度分析懸架系統(tǒng)強度分析開啟件強度分析疲勞耐久分析子系統(tǒng)強度分析整車或子系統(tǒng)碰撞結(jié)構(gòu)強度分析工作內(nèi)容清單323.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度分析類別分析項目備注類別分析項目備注白車身惡劣工況下的白車身強度分析發(fā)動機艙蓋分析發(fā)動機艙蓋氣彈簧安裝點的強度分析車身涂、總裝工藝吊孔強度度分析發(fā)動機艙蓋鉸鏈強度分析踏板安裝點剛度與強度分析底盤分析前懸架總成的強度分析發(fā)動機艙蓋鎖鉤安裝點強度分析前副車架的強度分析后背門鉸鏈安裝點的強度分析前副車架焊點疲勞分析車門鉸鏈安裝點的強度分析前副車架的疲勞分析安全帶錨點強度分析（車身與座椅）控制臂的強度分析拖鉤強度分析控制臂的疲勞分析減震器座的強度分析轉(zhuǎn)向節(jié)的強度分析拖曳臂安裝支架強度分析轉(zhuǎn)向節(jié)的疲勞分析手剎安裝支架強度分析轉(zhuǎn)向節(jié)下球頭銷強度分析油箱吊掛支架強度分析后懸架總成的建模后橫向穩(wěn)定桿安裝支架強度分析后懸架總成的強度分析頂蓋行李架的安裝點的強度分析后懸架總成的疲勞分析備胎固定處鈑金強度分析拖曳臂強度分析蓄電池安裝支架的強度分析拖曳臂疲勞分析車門分析車門鉸鏈強度分析縱臂強度分析玻璃升降器強度分析縱臂疲勞分析車門過開分析橫臂強度分析發(fā)動機及懸置發(fā)動機懸置包絡(luò)分析及靜態(tài)描述橫臂疲勞分析發(fā)動機右上支架強度分析制動鉗支架強度分析發(fā)動機前支架強度分析輪輞強度分析發(fā)動機左上支架強度分析發(fā)動機左下支架強度分析發(fā)動機后支架強度分析排氣系統(tǒng)分析排氣管懸掛點強度分析333.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)CFD性能分析外流場分析后視鏡流場分析除霜管路分析空調(diào)系統(tǒng)分析發(fā)動機艙分析整車或子系統(tǒng)CFD性能分析工作內(nèi)容清單343.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)CFD性能分析內(nèi)容類別項目名稱備注類別項目名稱備注外流場空氣動力學(xué)分析風(fēng)阻系數(shù)風(fēng)噪分析外后視鏡風(fēng)噪分析尾渦分析天窗風(fēng)噪分析輪胎流場分析冷卻風(fēng)扇風(fēng)噪分析后視鏡流場分析進氣系統(tǒng)風(fēng)噪分析空調(diào)系統(tǒng)分析空調(diào)風(fēng)道流量分配分析排氣系統(tǒng)風(fēng)噪分析乘員艙舒適性分析空調(diào)管路風(fēng)噪分析除霜分析發(fā)動機艙分析發(fā)動機艙流場分析除霧分析發(fā)動機艙散熱性能分析進排氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)流場分析車燈分析車燈熱負(fù)荷分析排氣系統(tǒng)流場分析353.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)碰撞性能分析子系統(tǒng)安全整車碰撞正碰側(cè)碰后碰頂碰柱碰…保險桿碰撞安全帶固定點分析車門侵入分析零部件安全…人員生物力學(xué)行人保護分析乘員保護分析…整車或子系統(tǒng)碰撞性能分析工作內(nèi)容清單363.工程設(shè)計階段：整車或子系統(tǒng)碰撞性能分析類別分析項目備注類別分析項目備注整車碰撞分析正碰子系統(tǒng)碰撞分析保險杠低速碰撞側(cè)碰安全帶固定點分析后碰車門侵入分析頂碰行李箱入侵分析柱碰人員生物力學(xué)分析行人保護分析乘員保護分析備注：各碰撞分析按照新車開發(fā)相應(yīng)的要求進行模擬分析374.產(chǎn)品驗證階段4.0產(chǎn)品改進設(shè)計對產(chǎn)品各性能提升，進行CAE分析獲得各種試驗數(shù)據(jù)，進行CAE對比分析4.1修正CAE模型，為后續(xù)開發(fā)車型做準(zhǔn)備CAE分析試驗測試整車及零部件的NVH性能整車及零部件的強度性能整車及零部件的碰撞性能整車及零部件的CFD性能整車及子系統(tǒng)的動力學(xué)性能修正CAE模型修正第三部分：工程分析重點發(fā)展方向38當(dāng)前重點發(fā)展方向根據(jù)整車CAE分析需求，工程分析科成立了5個專業(yè)小組，他們既互相支持又各有側(cè)重，形成一個有機的整體。39CFD組整車性能組碰撞安全組NVH組結(jié)構(gòu)強度與可靠性組CFD發(fā)展方向成熟的分析40整車外流場分析空調(diào)管道分析除霜性能分析發(fā)展方向41剎車片的發(fā)熱分析后視鏡風(fēng)噪分析發(fā)動機艙散熱性能分析乘員艙熱舒適性分析結(jié)構(gòu)強度發(fā)展方向成熟的分析42懸架系統(tǒng)強度分析關(guān)鍵部位、關(guān)鍵點的強度分析開啟件強度分析白車身強度分析發(fā)展方向43拓?fù)鋬?yōu)化分析零部件的疲勞分析白車身疲勞分析非線性橡膠強度分析焊點疲勞分析NVH發(fā)展方向成熟分析44典型截面分析接頭剛度分析概念車身分析聲腔模態(tài)分析動剛度分析關(guān)鍵子系統(tǒng)分析開啟件分析靜剛度分析整車模態(tài)與響應(yīng)分析發(fā)展方向45聲固耦合系統(tǒng)分析靈敏度分析振動傳遞特性分析碰撞安全發(fā)展方向成熟分析46側(cè)面碰撞正面100%碰撞正面40%偏置碰撞頂部碰撞追尾碰撞成熟分析47保險杠碰撞分析車門入侵分析安全帶固定點強度分析行李箱沖擊分析行人保護分析發(fā)展方向48兩車碰撞相容性分析轉(zhuǎn)向管柱碰撞分析頭部碰撞分析約束系統(tǒng)分析側(cè)面乘員保護分析乘員頭部保護分析整車性能發(fā)展方向成熟分析49懸架運動學(xué)分析懸置系統(tǒng)分析零部件連接點載荷輸出成熟分析50轉(zhuǎn)向盤角脈沖仿真分析穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真分析轉(zhuǎn)向回正性仿真分析轉(zhuǎn)向回正性仿真分析整車性能發(fā)展方向51轉(zhuǎn)向正弦掃頻輸入平順性試驗仿真制動性能分析驅(qū)動軸滑移量分析發(fā)展策略52●重在獲得外部技術(shù)●自主研究新技術(shù)●合作外購取得新技術(shù)●發(fā)展方法論和系統(tǒng)論●重在通過試驗提升自己的技術(shù)●開發(fā)技術(shù)、人力●技術(shù)外購●提高員工專業(yè)技能●重在形成穩(wěn)定的工程系統(tǒng)●技術(shù)控制●獨創(chuàng)技術(shù)●過程控制2008年2010年2015年技術(shù)提升成本提升2006年時間方法和能力第四部分：工程案例53吉利CAE團隊始建于2005年，經(jīng)過三年多的發(fā)展，形成了具有一定CAE分析能力的團隊并和工程設(shè)計部門互相配合進行了大量的分析和驗證工作，取得了一定的成績。54工程案例—結(jié)構(gòu)分析55CE-1后橋強度分析FC-2下擺臂強度分析原始方案LC-1彈簧座開裂位置改進方案工程案例—NVH分析56峰值點頻率:225Hz峰值點頻率:450Hz峰值點頻:595Hz分析響應(yīng)曲線試驗響應(yīng)曲線激勵點考察點工程案例—NVH分析57階數(shù)試驗結(jié)果（Hz）分析結(jié)果（Hz）差值（Hz）誤差模態(tài)振型描述150.095650.86-0.7644-1.5％一階彎曲258.739360.37-1.6307-2.8％一階扭轉(zhuǎn)367.660267.090.57020.8％階數(shù)試驗結(jié)果（