基于CAE的概念車身輕量化技術研究

佘 威，朱梅云，何桂姣

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601）

概念車（Concept Car）是一種介于設想與現實之間的汽車，汽車設計師以此展示新穎、獨特、超前的構思，反映人類對先進汽車的夢想與追求。概念車主要用于車輛的開發研究與試驗，可為探索汽車造型、采用新的結構、驗證新的原理提供依據[1]。

通用汽車設計師Harley Earl是最早提出概念車想法的人，并將它們透過通用汽車巡回車展推廣，通用汽車的Buick Y-Job是汽車界第一輛概念車。隨著時代的進步，概念車已經從高科技、強動力走向低耗能、高環保，例如標榜零消耗、零污染的葉子概念車[2]。

本文利用CAE模擬技術，對概念車身輕量化技術進行研究，以達到車身減重、低能耗、零CO2排放、無污染等要求。如圖1所示為某廠商概念車模型圖。

1 智能化CAE技術

智能化CAE技術，即以有限元技術為核心的商品化軟件技術，在復雜工程研究中具有重要作用。但是，目前的CAE商品化軟件只是停留在“聽診器”階段，不具備“醫生”的功能。智能化CAE技術能夠對一個復雜結構系統實現從智能化建模到有限元仿真，然后進行參數與形狀智能優化的完整智能化CAE模擬技術，體現“分析驅動設計”的設計理念。

概念車車身設計智能化CAE技術，簡稱VCD-CAE技術，是可對一個相對復雜的概念車身結構系統實現從全參數化建模到有限元網格的自動劃分，再到有限元求解仿真，然后到參數與形狀拓撲優化設計一體化的完整的CAE技術，如圖2所示。

圖1 概念車模型

圖2 概念車身智能化CAE技術主流程

2 VCD技術

VCD技術是一種全新的汽車車身概念設計方法，該方法基于智能化CAE技術原理，融合了全參數化技術、模板技術、參數與形狀拓撲優化技術、汽車知識導航技術、事項管理技術等先進的設計分析技術，并以此構建了VCD系統。如圖3所示。

3 全參數化技術

圖3 VCD系統參數數據流程

概念汽車車身輕量化全參數技術是指在VCD系統中，在車身結構概念設計各個階段的模塊中，設計參數均采用統一的參數表示，當某個階段的參數發生變化時，這種變化也會映射到其他階段相應的參數。全參數化技術是實現智能化CAE技術的關鍵核心技術。如圖4所示。

圖4 全參數技術數據流程

4 基于模板的快速建模技術[3]

模板是來源于面向對象設計方法中類的概念，是一種可分類、可繼承的語義。汽車車身模板可支持不同類型的車身建模，并包含車身從幾何模型到分析優化所需的屬性信息。

模板的知識表示模板對象除了車身硬點、梁、板等屬性幾何信息之外，還包括與結構分析相關的材料、厚度、截面形狀等其他信息。如圖5、6、7所示。

5 結論

基于CAE的概念車身輕量化技術研究結果表明，智能化CAE技術、VCD技術、全參數化技術、基于模板的快速建模技術有效促進了概念車身輕量化技術的快速發展。

概念車身輕量化技術的應用，有效推進汽車輕量化技術的快速發展，并且推進汽車車身減重、低能耗、零CO2排放、無污染等汽車技術的發展。

圖5 模板的幾何屬性

圖6 模板的文本屬性

圖7 模板技術快速建模過程