CAE在整车开发中的应用

CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAESupportforFullVehicleDevelopmentEngineeringTechnologyAssociates.,IncNov.7,2006CAESupportforFullVehicleDevelopment整车产品开发阶段‡产品战略阶段ProductStrategy‡概念设计阶段Concept‡详细设计阶段DetailDesign‡项目样车阶段ProgramVehicle‡试装阶段Pilot‡投产阶段Launch‡改进阶段Improvement&Renewal项目开发流程－试验试验类型试验类型概念选择阶段批准阶段项目样车阶段试装阶段投产阶段改进阶段/概念选择阶段主题和工程设计的选择项目批准第一辆项目样车制造F1第一辆试装车制造P0第一辆产品车制造V1主题和工程设计的选择试验目的试验目的执行、优化及“风险评估”主要方法主要方法次要方法次要方法™对概念和主题进行分类，以保证功能和装配可行性设计的挑选概念分类及选择™整车、系统和零部件工程开发试验™原始的/其派生的CAE模型™零部件/系统台架试验™研究结构概念车系统和分系统开发的可行性™验证产品设计和功能硬件™评估产品可靠性的增长™验证制造工艺的可行性™零部件/系统设计验证试验™台架试验™详细CAE模型™结构概念车和项目预样车系统/分系统整体性试验™确认产品功能™验证制造和装配工艺™系统和整车设计验证试验™零部件生产确认试验™项目样车™零部件和系统台架试验™详细CAE模型™确认制造和装配工艺™系统和整车生产确认试验™试装样车™详细CAE模型™确认产品和工艺的持续一致性™系统和整车生产确认试验™生产车辆™台架试验™详细CAE模型试装阶段概念设计阶段详细设计阶段项目样车阶段改进阶段/概念选择阶段投产阶段CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具在整车开发中的应用规划设计样车验证产品循环规划设计样车验证产品循环次数减少CAE规划设计样车验证产品CAE优化设计无CAE活动CAE介入CAE主导CAESupportforFullVehicleDevelopment‡运用CAE的工具指导整车的设计：z建立汽车的设计目标(概念设计阶段）；z满足整车开发中的设计目标(概念设计阶段与详细设计阶段）；z验证整车开发阶段的性能并且找出设计不足之处(样车阶段）；z验证设计和产品的改进(产品阶段）；zCAE在整车开发中分析的内容：„强度与刚度分析；„NVH分析；„耐久性分析；„汽车防撞性与乘员安全性分析；„流体分析；CAE工具在整车开发中的应用CAESupportforFullVehicleDevelopment‡汽车开发中典型的CAE工具：z结构问题方面：¾ABAQUS¾LS-DYNA¾PAM-CRASH¾RADIOSSz动力学方面：¾ADAMSz流体方面¾CFD等CAE工具在整车开发中的应用CAESupportforFullVehicleDevelopment整车的CAD模型创建计算开闭件强度刚度的有限元模型运用NASTRAN,或LS-DYNA分析材料特性，约束运用NASTRAN/ANSYS分析运用LS-DYNA分析建模标准材料特性，约束材料特性，约束评价计算结果为汽车设计提供改进意见创建计算整车与乘员安全性的有限元模型整车设计CAE工具在整车开发中的应用创建计算车身强度刚度的有限元模型CAESupportforFullVehicleDevelopment‡CAE在概念设计阶段所要完成的工作：z确定新车的设计目标值；z对竞争样车进行分析；z目标车的典型截面分析及其优化分析；z目标车的接头刚度分析及其优化分析；z目标车的白车身静态刚度与模态分析；z前纵梁碰撞分析;z门侵入模拟;z目标车的车顶压溃模拟；CAE工具－概念设计阶段CAESupportforFullVehicleDevelopment‡确定新车的设计目标值：z设计目标值确定的方法：¾时常与在用车作为参考；¾竞争样车分析方法：9试验的方法；9CAE的方法；¾法规¾汽车设计的CAE数据库z性能目标包括：¾车身的静刚度目标¾整车的NVH目标¾整车的安全性目标CAE工具－概念设计阶段CAESupportforFullVehicleDevelopment‡确定新车的设计目标值：z车身静刚度目标：¾车身静刚度是性能要素中重要的方面；¾车身静刚度的优劣直接影响到轿车使用性能的正常发挥；¾包括弯曲刚度、尾部弯曲刚度和扭转刚度三个方面：9弯曲刚度：模拟乘客负荷；9尾部弯曲刚度：模拟行李负荷；9扭转刚度：模拟车轮抬高；¾竞争样车的车身静态刚度试验；¾竞争样车的车身静态刚度CAE模拟分析；¾CAE数据库同类车型的静态刚度设计值；CAE工具－概念设计阶段CAESupportforFullVehicleDevelopment‡确定新车的设计目标值：z竞争样车的整体刚度分析：CAE工具－概念设计阶段测量车门槛Z向的位移静载静载约束ShockTower中心约束ShockTower中心刚性梁弯曲刚度模拟分析约束ShockTower的Z向Z向静载Z向静载全约束ShockTower测量Z向位移测量Z向位移Lo扭转刚度模拟分析‡确定新车的设计目标值：zNVH目标：CAE工具－概念设计阶段CustomerWantsCustomerWantsVehicleAttributeVehicleAttributeBodySystemBodySystemChassisSystemChassisSystemPowertrainSystemPowertrainSystemWindNoiseContributorsWindNoiseContributorsComponentDesignComponentDesignAttachmentsAttachments•PowertrainDisplacement•RadiatedNoise•BushingStiffness•Static/DynamicProperties•WindNoise•RoadNVH•VehicleShake•ModalAlignment•AcousticSensetivity•TransferFunctions•AcousticAttenuation•Bending/Torsion•WindNoise•ModalAlignment•JointStiffness•BeamSections•PanelResonance•Seals•Mirrors•Styling•PointMobilitiesCAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具－概念设计阶段‡确定新车的设计目标值：zNVH目标：¾竞争样车的NVH试验；¾竞争样车的NVHCAE模拟；¾CAE数据库中同类车型的NVH设计值；CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具－概念设计阶段‡确定新车的设计目标值：z竞争样车的低级频率值的模态分析：53.835648.9141.044531.811参考值[mm]2stTorsional2stBending1stTorsional1stBendingMeasuredValue白车身自由模态模拟分析CAESupportforFullVehicleDevelopment‡确定新车的设计目标值：zNVH目标：¾行驶中车身受到多种激励，车身结构的模态频率应该错开载荷的激振频率；¾在20～40Hz之间外部激振源主要有两种：9车轮不平衡激振，频率在1～30Hz；9发动机的怠速激振，频率在20～40Hz；¾车轮激振频率取决于汽车的行驶速度，如车速在150km/h以下，频率在21Hz以下，因此车身的第一阶固有频率控制在23Hz以上；¾发动机的怠速激振频率取决于发动机的转速和气缸数：如n=4，怠速转速＝750r/min,f=25Hz;n=6,怠速转速＝700r/min,f=35Hz;因此车身的一阶弯扭主频率控制在27～33Hz左右；¾同时应该考虑一阶弯扭固有频率之间错开3Hz以上；CAE工具－概念设计阶段CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具－概念设计阶段‡确定新车的设计性能目标：zNVH目标1Hz5Hz15Hz20Hz25Hz30Hz35Hz40HzEngineRoll4.72EnginePitch5.67EngineBounce6.66RearSuspensionHop8.51EngineYaw/Roll8.65TrunkFloor15.8RearSuspensionTramp10.47FrontSuspensionTramp12.06FrontSuspensionHop12.68FrontEndTorsion26.0FrontEndTorsion26.4ShockTowerDoming27.0FirstBending28.8FirstTorsion31.2SecondTorsion34.3ThirdTorsion39.7CAESupportforFullVehicleDevelopment‡确定新车的设计目标值：z新车安全性的目标：¾汽车安全性法规；¾竞争样车的安全性试验；¾竞争样车的安全性CAE模拟分析；¾CAE数据库中同类车型的安全性设计值：9前围挡板重要位置的侵入量；9管柱的向后以及向上的侵入量；9前碰过程中的冲击力；9侧碰中B柱各位置的侵入量；9车顶压溃中各位置的刚度值；CAE工具－概念设计阶段CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具－概念设计阶段‡确定新车的设计目标值：z竞争样车的安全性分析：整车的前碰撞模拟分析CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具－概念设计阶段‡确定新车的设计目标值：z竞争样车的安全性分析：CAESupportforFullVehicleDevelopment‡确定新车的设计目标值：CAE工具－概念设计阶段竞争样车的试验竞争样车的CAE模拟设计部门的CAE数据库法规目标车的车身静刚度目标值目标车的NVH目标值目标车的安全性目标值CAESupportforFullVehicleDevelopment‡车身模型的发展：CAE工具－概念设计阶段•基于同一平台的车型，通过MORPH方法构建的概念模型前提条件：有同一平台车型的CAE模型，车身结构具备一定相似度‡车身模型的发展：CAE工具－概念设计阶段典型截面分析接头刚度分析截面优化与改进车身基础数模接头优化与改进车身模态分析车身刚度分析CAE数据库敏感度分析与优化车身优化数模CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具－概念设计阶段‡典型截面分析：典型截面位置•门槛•车顶横梁•A-B-C柱•纵梁等评价指标•扭转常量•惯性矩•截面面积CAESupportforFullVehicleDevelopment‡典型截面分析：CAE工具－概念设计阶段CrossedArea:横截面（材料填充区）面积惯性矩惯性积TorsionalConstant：扭转常量；分为实心截面、开口截面、封闭截面三种形式WarpingConstant：剪切常量YZ2YIZdA=∫2ZIYdA=∫yzIyzdA=∫CAESupportforFullVehicleDevelopment‡典型截面分析－某车型门槛的截面设计方案：CAE工具－概念设计阶段初始截面方案1加大面积方案2增加加强板方案3基于方案2，沿着Z向扩大40mm方案4取消方案3的加强板CAESupportforFullVehicleDevelopmentCAE工具－概念设计阶段‡接头刚度分析：z接头结构设计得不合理必然导致整车NVH性能的下降，因此必须保证每个接头的刚度达到一定的参考数值。z通常是通过累积竞争车型，或相近车型的接头结构性能参数构成数据库而获得。接头A接头位置因车型而定，如右图所示