仿真技术在车辆领域内的应用

仿真技术在车辆工程领域的应用一．仿真技术综述仿真（simulation）技术是现代产品开发中重要的支撑技术，它是指用另一数据处理系统来全部或部分地模仿某一数据处理系统，以致于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。在工程实践中，可用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究。目前，计算机已相当普及，以计算机为平台的仿真技术在现代产品开发中发挥着重要作用：（１）可以提高产品开发质量。应用计算机仿真技术，甚至可以在产品尚未最终设计出来之前，就考察研究它们在各种工作环境下的表现，从而保证其综合性能的最优。（２）可以缩短产品开发周期。应用仿真技术，在方案设计中，可以同时对多个方案进行综合性能的模拟预测，以便迅速确定最佳方案；在图样设计阶段，可以通过仿真，对结构、参数是否适合产品综合性能要求进行验证；可以通过对制造过程、装配过程的仿真，及早在设计阶段就发现并解决工艺设计、加工制造中可能发生的问题。（３）可以降低产品开发费用。用计算机仿真代替样机或实体模型试验，不仅可以缩短产品开发周期，而且可以大大节省开发费用。现在美国等工业发达国家已实现用计算机进行撞车模拟试验，从过去毁坏十几辆车作撞车试验，减少到只用５辆。（４）可以进行复杂产品的操作使用训练。二．仿真技术在车辆领域内的应用1.CAE仿真技术汽车产品开发一般分4个阶段，即筹划阶段、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。(1)可行性研究和概念设计阶段整车参数主要是在概念设计中确定的，对产品的成功开发非常重要，如后期发现问题后再修改，后果就十分严重了。应用CAE技术对“原型车”和开发车系统进行仿真，可以在概念设计阶段就精确地预测和控制零部件乃至整车的性能和结构可靠性，从而在开发初期就能使未来产品性能和结构指标得到保证。(2)产品设计阶段在产品设计阶段可以全面应用CAE技术进行零部件结构的热变形、流动分析和优化设计，提高设计质量。(3)确认设计和投产准备阶段仍以车身开发为例，在确认设计阶段，已经有了全面的图纸数据、样车实物和试验结果反映出的问题。ＣＡＥ在这一阶段的任务是：针对试验产生的问题（疲劳、轻量化、刚度、车门下垂、碰撞安全、振动噪声等）进行有目的的分析，提出问题的焦点和验证改进的对策；对产品进行详细分析，将结果保存为技术档案，进行技术总结；生产准备中工艺设计、模具设计和冲压工艺仿真。2.噪声振动分析(NVA)仿真技术目前，汽车业界主要利用Ｖｉｂｒｏ—ＡｃｏｕｓｔｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓ公司的ＡｕｔｏＳＥＡ２软件在产品设计早期进行振动噪声分析。这种软件采用统计能量分析的方法解决振动噪声问题，它具有图形界面简单、易于建模分析、结果有效性高等优点，主要用于设计内部噪声质量，车身结构声学研究，以及轿车、卡车及巴士的内饰材料优化设计等。国外已有很多公司应用ＡｕｔｏＳＥＡ２进行汽车振动噪声分析。例如，克莱斯勒公司采用集成Ａｕ—ｔｏＳＥＡ２技术，把对噪声和内饰材料的设计与分析提前到产品开发初期。他们用仿真模型就能试验部件和材料，使相应的样机数量大为减少，这种提前设计和分析噪声振动的方法，以更低的费用获得更好的质量。3.电路和控制系统仿真技术为了改善和提高汽车的性能，需要对汽车的电气及控制系统进行优化设计，由于微型计算机具有结构紧凑、工作可靠、功能强大、响应快速和价格低廉等优点，特别适宜于作为汽车各控制系统的控制器。汽车实现计算机自动控制不仅可以改善和提高汽车的控制质量，还可以扩展汽车的控制内容，所以，目前的汽车上已有很多由计算机进行控制的系统或机构。为了适应汽车大批量多样化的生产特点，汽车计算机控制系统正朝着标准化、小型化和集成化的方向发展，由于汽车结构和性能的复杂性和关联性，汽车计算机控制实现网络化也是必然的发展方向。目前，汽车计算机控制已经涉及到动力性、经济性、安全性、可靠性、净化性和舒适性等诸多方面，具体包括：发动机控制、变速控制、巡行控制、制动控制、驱动控制、悬架控制、转向控制、照明控制、雨刷控制、空调控制、安全控制、座椅控制、门窗控制、防盗控制、音响控制和信息管理等，这些控制自成系统，形成了各种汽车计算机控制系统，它们组合起来又构成了整个汽车计算机控制系统。对这样的系统进行开发，不仅需要对基于控制理论的软件系统进行设计，还必须对硬件电路进行系统化的设计，这些必须应用系统仿真技术，否则其开发周期和开发成本将是不可控的。所以，电路及控制系统的仿真也是当今汽车研究与开发中应用广泛的仿真技术。