CAE技術在汽車設計中的運用探討

徐群杰　唐琳琳　葉建學??

摘要：我國汽車工業進一步發展大大加強了汽車的自主研發能力，但是傳統的汽車設計方法已經無法使消費者的需求得以滿足，在這樣的情況下傳統的汽車設計方法逐漸被CAE技術所代替。在汽車設計中應用CAE技術對傳統的整車開發模式進行了改變，而且將產品的研發周期大大縮短，同時將產品的開發成本大大降低，所以其作用是不可代替的。因此本文主要是對汽車設計中CAE技術的運用進行了具體的研究與分析。

關鍵詞：CAE技術；汽車設計；實際運用；發展趨勢

社會經濟的發展提高了居民的生活水平和質量，消費者逐漸用更高的標準要求汽車的舒適性。目前在整車開發中的關鍵技術主要是CAE技術，其在汽車零部件結構設計中的作用是不可代替的[1]。工程和制造業的各個方面都是CAE技術中包括的內容，其主要是將產品的可靠性和性能等利用計算機技術來分析，同時可以仿真模擬產品的失效形式和運動模式，將產品的設計問題找出來。所以具體研究汽車設計中CAE技術的運用具有重要的現實意義。

1 在汽車設計中應用CAE技術的重要性

目前在汽車產品的設計中普遍的應用CAE技術，在整體振動及疲勞、零部件結構的強度和整車操作的穩定性等各個汽車設計和制造的程序中都體現出CAE技術的運用。通過運用CAE技術可以將產品的設計質量和性能大大提升，所以在汽車產品開發中CAE技術的作用越來越重要，以下具體說明了汽車設計中CAE技術的重要性：

（1）將研發成本降低：在傳統技術中汽車產品研發過程的復雜性非常強，其主要是將設計、測試和改進等過程不斷的重復[2]。但是通過應用CAE技術以后可以利用仿真的方法解決汽車產品問題，這樣可以將設計質量和效率提升，從而將研發的成本降低。

（2）將開發周期縮短：通過應用CAE技術可以將傳統汽車產品設計中的局限性打破，通過對定量分析方法的使用可以將更多的設計方案在較短的時間內嘗試，將最佳的設計方案制定出來，這樣可以將設計過程中的盲目性減少，所以說可以將開發周期縮短。

（3）將設計中的研發風險降低：通過CAE技術的應用可以預先評估汽車產品設計方案的結構性和性能，從而可以將設計研發新產品的風險大大降低。

（4）對產品的結構進行優化：通過CAE技術的應用可以優化產品的結構，使輕量化汽車產品結構參數的目標得以實現，將整車的重量進一步減輕，使整車的操作穩定性大大提升。

2 在汽車設計中CAE技術的應用近況

目前在我國汽車領域中普遍的應用CAE技術，隨著推廣和應用力度的加強，其在汽車產品研發過程中的作用越來越明顯，具體體現在以下幾點：（1）國內汽車企業都普遍認同CAE技術分析方法的精準性：（2）同步使用CAE分析和CAD設計，可以將設計與分析一體化水平提升：（3）在汽車設計過程中CAE技術成為核心環節；（4）不斷擴展CAE分析技術的應用范圍，其分析對象要逐漸從零部件轉移到整車等。但是我國CAE技術的應用深度和廣度以及技術水平等還落后于國外的先進技術。當前我國CAE技術在汽車行業中沒有足夠的應用深度，團隊具有較少的經驗，同時統一的CAE技術分析標準和流程也十分缺少[3]。在這樣的情況下汽車企業需要將自身CAE團隊建設的速度不斷加快，將CAE的應用范圍進一步拓展，同時要將CAE的應用深度進一步提升，而且要對企業自身的CAE分析流程和規范進行建立和完善，對試驗和CAE分析技術之間的關系要正確的認識和掌握，這樣可以將CAE分析技術的精準性大大提高。

3 在汽車設計中CAE技術的具體應用

3.1 分析汽車的產品結構、疲勞和NVH

整車、各個子系統和各個零部件的強度和耐久性等是汽車結構和疲勞主要包括的內容，如進排氣系統的輕度和副車架等零部件的強度和耐久度等。對駕駛和乘坐汽車環境造成影響的噪聲性能是NVH特性，如整車、各個子系統和各個零部件的模態等，其中發動機和路面激烈頻率的影響分析以及噪聲分析等是其主要的具體表現。

3.2 分析汽車的安全性能

駕駛員和乘客的生命安全是由汽車的安全性能直接決定的，所以當前汽車被動安裝最需要解決的問題之一主要是怎樣將汽車本身的防碰撞能力提升[4]。在汽車設計中通過CAE技術的應用，可以利用仿真技術模擬汽車正碰、側碰、后碰和保護行人等各個方面的碰撞過程中。另外由于大變形的風險性碰撞是碰撞的主要實質，所以如果在模擬碰撞中使用實車，則會大大提升試驗的成本，而通過CAE技術中的仿真模擬技術可以將這一問題良好的解決。

3.3 分析汽車的多體動力學

在汽車動力性能的仿真過程中使用多體動力學，可以將整車的動力性能進行優化和評估，這樣可以將汽車的產品性能大大提升，同時可以將產品的研發成本大大降低。動力學和運動學仿真是多體動力學主要包括的內容。

4 結論

由此可見，在科學技術不斷發展的過程中，汽車企業將更多的CAE技術應用到汽車產品的設計過程中，同時也將CAE技術應用的領域不斷拓展。在汽車產品設計中應用CAE技術，可以將研發成本降低、將開發周期縮短以及將設計中的研發風險降低等，而且CAE技術也能夠將自身的優勢最大限度的發揮出來，這樣可以為汽車產品的設計和質量提供有利的保障，利用自身直觀性的特征將汽車的真實性充分展現出來。另外通過應用CAE技術可以更好的分析汽車的產品結構、疲勞和NVH，汽車的安全性能以及汽車的多體動力學等，這樣不但可以為乘客和駕駛員的生命安全提供保障，同時可以對汽車設計行業的發展發揮重要的推動作用。

參考文獻：

[1]閆海東，孫明.CAE技術在汽車設計中的運用探討[J].山東工業技術，2015，20（02）：271.

[2]萬子剛.檢測診斷技術在汽車設計維修中的運用[J].工業設計，2015，15（07）：137+143.

[3]鄭金虎.基于虛擬樣機技術的汽車變速器結構設計方法研究[D].上海工程技術大學，2014，23（09）：125126.

[4]閆潔.基于CAE的某轎車車身NVH性能分析研究[D].天津科技大學，2013，31（11）：248249.

課題項目：山東勞動職業技術學院，2017年科技計劃類立項，課題“傳統氣動執行器結構的優化設計”，主持人，葉建學，（課題編號“2017KJ002”）

作者簡介：徐群杰（1990），男，江蘇宿遷人，專業：車輛工程。