周宏睿

摘 要：隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用越來越廣泛，CAE技術(shù)能夠有效提升汽車產(chǎn)品設(shè)計的效率和創(chuàng)新能力，對縮短周期，降低設(shè)計成本，提高汽車產(chǎn)品的競爭力有著重要的作用。文章對基于CAE技術(shù)的汽車產(chǎn)品設(shè)計制造做了簡要的研究，旨在推進CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的不斷發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù)；汽車產(chǎn)品；設(shè)計制造

前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪幸豁椫匾墓ぞ撸囆袠I(yè)的競爭也日趨激烈，如何不斷創(chuàng)新汽車產(chǎn)品設(shè)計制造方式，生產(chǎn)出在安全性、舒適性、操作性等各個方面綜合性能都比較優(yōu)良的汽車至關(guān)重要，CAE技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計過程中的重要手段，對汽車產(chǎn)品的設(shè)計制造有著重要的作用。

1 CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中的作用

CAE技術(shù)在其產(chǎn)品的設(shè)計制造中的作用巨大，在汽車產(chǎn)品的概念設(shè)計階段，CAE技術(shù)就能夠針對一些性能及可靠性的問題給予解答，這就給汽車產(chǎn)品的設(shè)計師提供了強有力支撐，CAE技術(shù)數(shù)據(jù)量豐富、成本低廉，并能夠找到并揭示出本質(zhì)問題，這就對提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量、加快研究速度、降低開發(fā)成本有著積極的影響。

1.1 提高設(shè)計功能，縮短制造周期

CAE技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在汽車產(chǎn)品的設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)設(shè)計中潛在的一些問題，幫助設(shè)計師及時的通過修改設(shè)計方案來解決問題，優(yōu)化設(shè)計，這就有效提高了汽車產(chǎn)品的設(shè)計功能，縮短了在設(shè)計階段確定汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)等過程所需要的時間，從而縮短了整個汽車的制造周期。CAE技術(shù)主要是通過汽車安全性分析、動力學(xué)仿真分析、應(yīng)力應(yīng)變分析等一系列的分析方式來確定在設(shè)計中出現(xiàn)的潛在問題的，這些分析方式的科學(xué)性較強，準確性較高[1]。

1.2 減少開發(fā)次數(shù)，節(jié)約試驗經(jīng)費

CAE技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在設(shè)計的過程中在計算機上建立一個虛擬的樣車模型，汽車產(chǎn)品的設(shè)計工程師能夠在計算機上對樣車模型進行各種性能的動態(tài)分析，這種分析方式代替了傳統(tǒng)的實物樣車實驗，大大減少了開發(fā)的次數(shù)，同時計算機上的樣車模型分析不需要耗費零部件制造樣車，節(jié)約了制造經(jīng)費。

這種虛擬樣車的分析方式是一種系統(tǒng)層面的分析，在計算機上進行樣車模型分析相較于傳統(tǒng)實物樣車分析能夠大大簡化汽車中一些機械設(shè)備的研發(fā)過程，虛擬樣車分析能夠利用CAE技術(shù)將繁瑣的汽車性能動態(tài)分析簡單化，使分析的結(jié)果精確化，這對提升汽車產(chǎn)品的性能有著重要的作用。

1.3 有利于制造出性能優(yōu)越的汽車產(chǎn)品

就目前來看，許多汽車制造商在利用CAE技術(shù)進行汽車產(chǎn)品的設(shè)計制造過程中，過于重視CAE技術(shù)在單學(xué)科的仿真分析，眾所周知，汽車產(chǎn)品的仿真分析是多學(xué)科綜合性的分析，所以在這個過程中必須考慮到不同學(xué)科之間的耦合作用及互相影響，過于重視單學(xué)科仿真分析會造成整個仿真過程的失聯(lián)，影響分析的一致性，導(dǎo)致分析結(jié)果出現(xiàn)誤差。通過CAE技術(shù)可以建立一個統(tǒng)一的、綜合的學(xué)科仿真分析平臺，可以在一個汽車模型的分析中綜合多學(xué)科進行仿真分析，實現(xiàn)多學(xué)科之間的耦合作用，這樣的仿真分析才能夠展現(xiàn)出模擬車輛的真實狀態(tài)，才能提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

2 CAE技術(shù)對汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用

2.1 基于CAE技術(shù)的汽車產(chǎn)品概念設(shè)計

概念設(shè)計是汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中的重要環(huán)節(jié)，汽車產(chǎn)品詳細機構(gòu)尺寸的許多參數(shù)都是在概念設(shè)計中確定的，概念設(shè)計比較復(fù)雜，單單依靠設(shè)計者的經(jīng)驗是無法確定這些參數(shù)和數(shù)據(jù)的。

CAE技術(shù)的應(yīng)用能夠建立車輛產(chǎn)品的數(shù)字化仿真分析體系，這種詳細的分析體系能夠分析模擬仿真分析出車輛在不同路況下的運行狀態(tài)，從而獲取大量的實驗數(shù)據(jù)，這就為汽車復(fù)雜的非線性動力學(xué)分析提供了荷載條件以及各種動力參數(shù)數(shù)據(jù)。概念設(shè)計的主要過程如下：（1）對汽車產(chǎn)品進行目標定位，確定車身、控制系統(tǒng)、發(fā)動機燈性能參數(shù)；（2）確定車輛總體布置和設(shè)計方案，確定各項參數(shù)的控制指標[2]；（3）根據(jù)CAE技術(shù)建立初始仿真模型；（4）對汽車產(chǎn)品仿真模型進行動態(tài)分析，確定汽車產(chǎn)品的各項參數(shù)指標和整體結(jié)構(gòu)性能。

2.2 基于CAE技術(shù)的汽車產(chǎn)品詳細設(shè)計制造

2.2.1 車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造。汽車車身機構(gòu)的設(shè)計制造對車身的性能有著重要的影響，薄板沖壓覆蓋件、加強筋以及承載骨架共同組成了車輛的車身結(jié)構(gòu)，在利用CAE技術(shù)進行設(shè)計制造的過程中，我們可以將車身的機構(gòu)分成許多個小的單元，每一個單元都有著自己的作用，例如承載作用、傳遞作用等，只有每一個單元的設(shè)計得以保證，才能保證整個汽車的正常工作，這種車輛車身結(jié)構(gòu)的分析方法被稱為有限元分析，利用有限元分析能夠針對車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點將車身結(jié)構(gòu)分成各個單元，有效解決了車身結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的力學(xué)問題?；贑AE技術(shù)的有限元分析法可以對車身結(jié)構(gòu)進行模擬的動靜態(tài)分析及固有特性分析。

2.2.2 NVH性能分析。汽車的噪音一直是人們關(guān)心的問題，NVH性能是衡量車輛質(zhì)量的一個重要指標，這種分析能夠使車輛產(chǎn)品與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的各個子系統(tǒng)的振動頻率特性相普配，通過對不同振動頻率和振型的子系統(tǒng)進行合理的分布有效的實現(xiàn)了汽車降噪，對提升車輛的舒適性有著積極的意義。NVH性能分析主要包括汽車各子系統(tǒng)的剛度頻率匹配、點的傳遞函數(shù)、BIW動態(tài)穩(wěn)定性等方面的分析。

2.2.3 汽車的碰撞安全性分析?；贑AE技術(shù)的車輛碰撞安全分析實現(xiàn)了汽車的正面、側(cè)面以及翻滾狀態(tài)下的安全性能的模擬分析，這種動態(tài)的模擬分析能夠在汽車產(chǎn)品的設(shè)計階段及時發(fā)現(xiàn)汽車產(chǎn)品的碰撞安全性能方面的問題和缺陷，并提出針對性的優(yōu)化改進方案，避免安全性能存在問題的汽車產(chǎn)品投入市場。要想保證汽車產(chǎn)品的安全性，其碰撞性能的提升至關(guān)重要，在提升碰撞性能的前提下還要盡量使用質(zhì)量較輕的材料，就目前來看，當(dāng)今世界汽車設(shè)計制造中主流的車身材料為超高強度鋼板及輕質(zhì)的合金材料。

2.2.4 基于CAE技術(shù)的發(fā)動機的設(shè)計制造。發(fā)動機是汽車產(chǎn)品的重要組成部分，是汽車產(chǎn)品行使的動力來源，隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)品對發(fā)動機的要求越來越高，當(dāng)前質(zhì)量較好的發(fā)動機一般都具備效率高、體積小、低能耗、低排放等特點。組成發(fā)動機的零部件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，工作荷載的測定難度較大，在設(shè)計制造的過程中會出現(xiàn)各種各樣難以解決的問題，基于CAE技術(shù)的有限元法能夠有效解決這些問題，有限元法能夠?qū)l(fā)動機中的零部件進行實體建模，從而實現(xiàn)了對發(fā)動機的分析設(shè)計和制造。例如：曲軸、機體的結(jié)構(gòu)強度分析、發(fā)動機進氣道、燃燒室、排氣管道的流暢分析以及動力響應(yīng)分析等[3]。

2.2.5 基于CAE技術(shù)的變速器的設(shè)計制造。汽車產(chǎn)品的變速器也是其重要的機構(gòu)組件之一，基于CAE技術(shù)汽車產(chǎn)品變速器的設(shè)計制造主要有以下幾個方面：（1）基于CAE技術(shù)的變速器強度、剛度及振動要求等方面的設(shè)計制造，實現(xiàn)了變速器在一定的沖擊荷載作用下的正常工作；（2）減小變速器中各部件的變形量，保證齒輪的精密程度；（3）通過變速器的合理設(shè)計，避免因震動影響變速器的正常工作。

3 結(jié)束語

綜上所述，利用CAE技術(shù)進行汽車產(chǎn)品的設(shè)計制造是當(dāng)前汽車制造業(yè)的主要發(fā)展趨勢，其對汽車產(chǎn)品設(shè)計制造的作用十分巨大，其仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠大大降低汽車產(chǎn)品的研發(fā)時間和研發(fā)成本，對提升汽車企業(yè)汽車產(chǎn)品的核心競爭力有著重要的作用，CAE技術(shù)有效推動了汽車制造業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中CAE技術(shù)的應(yīng)用也帶動了CAE技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善。文章簡要研究了基于CAE技術(shù)的汽車產(chǎn)品設(shè)計制造，旨在為推進CAE技術(shù)全面深入的應(yīng)用到汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中做出貢獻。

參考文獻

[1]班欒天.淺談汽車CAE技術(shù)應(yīng)用問題[J].才智，2011，9：59.

[2]柴山，焦學(xué)健，王樹鳳.CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2005，9：33-36.

[3]郭迎春.汽車行業(yè)CAE技術(shù)應(yīng)用與研究[J].重型汽車，1998，5：17-19.