乘用车设计CAE分析指南

乘用车设计CAE分析指南

概述

指南是针对乘用车各项性能进行有限元分析的建议，以此在乘用车设计初期(样车生产之前或生产之后)寻找设计中的技术缺陷，避免颠覆性的设计错误，本指南的目的是使客户初步了解内容所述有限元分析内容的用途和意义，目的是为了通过分析协助客户深入了解自身产品性能，量化乘用车性能参数，使相关数据更具有可控性和可管理性，减少开发费用，减少设计缺陷，避免设计失误，同时可部分代替试验或减少试验次数，减少召回的可能性，使客户的乘用车产品在市场上更具有竞争力。

指南的分析内容包括乘用车的空气动力学分析，乘用车的白车身强度分析，包括各种行驶工况应力应变分析；NVH分析包括连接部分刚度分析、整车模态分析、整车刚度分析(弯曲刚度、扭转刚度分析)；乘用车的疲劳分析、乘用车的正面碰撞分析及乘用车零部件分析。

方案内容

1. 空气动力学分析

汽车的空气动力学性能，是汽车动力性能的——个重要指标，风阻系数的大小直接决定了汽车

的动力性能。

本项分析使用流体动力学分析软件进行，模拟风洞试验状况，如果非必须通过试验获得风阻系数，本项分析完全可使汽车制造商不必再进行风洞试验即可获得汽车的风阻系数。

2. 车身强白度分析

强度分析主要考察白车身在各种不同的行驶工况下的强度和应力应变水平，是乘用车CAE最早应用也是最基本的性能分析项目。

这—分析能够使得白车身在各种工况下保证汽车的强度在许可的范围之内。

本项内容主要使用静力学分析软件完成。

3. NVH(噪声、振动、声振粗糙度)分析

NVH的研究在国际上还是一个未完成的课题，目前可以定量分析的主要集中在如下几个方面。其中主要包括6项分析，各连接部分的截面特性分析、连接部分刚度分析、模态分析、整车刚度分析、横梁连接部分刚度分析和传递特性分析。这些分析的目的是考察乘用车的NVH性能，这种方式是将振动、噪声、舒适性的相关性能映射到刚度特性上进行考察，最终结果将依据参考的竞争车型或已有数据进行评价。

本项内容主要使用线性和非线性软件进行。分析合格之后将能够保证分析车型的NVH方面的基

本性能。

4. 正面碰撞分析（国家碰撞法规CMVDR294）

碰撞安全性主要考察2方面内容，其一考察汽车结构的耐撞性，其二考察乘员约束系统的安全性。最终目的都是为了通过国家碰撞法规。

目前国内唯一需要通过的碰撞法规是CMVDR294(正面碰撞法规)。

本项分析完全模拟正面碰撞试验状况，得到的结果除了与试验对应的曲线之外还可以充分考察汽车耐撞性结构的状况。

5. 汽车的运动学、动力学分析

汽车运动学、动力学分析主要从汽车五大性能等方面分析汽车的运动学、动力学的方面的性能，包括汽车的整车性能分析、悬架与转向系统性能分析、车身与底盘各运动附件性能分析。本项分析涵盖绝大部分的汽车运动学动力学方面的性能，可在样车试验之前就可获得初步的分析结果以指导设计改善运动学、动力学性能。

具体内容如下：

5.1 整车性能分析

5.1.1 整车静态性能测试

5.1.2 整车操纵稳定性性能

5.1.3 整车平顺性性能分析

5.1.4 整车制动性性能分析

5.1.5 整车动力性性能分析

5.2 悬架及转向系统的分析

5.2.1 前后悬架运动学分析

分析悬架的定位参数变化曲线，车轮在平行跳动过程中前束、外倾、主销内倾、轮矩等随车轮跳动的变化趋势与变化大小；同时检验悬架各机构是否有干涉。

5.2.2 前后悬架动力学分析

在驱动、制动、侧倾、驱动侧倾和制动侧倾等极限工况时各支撑及导向杆件的受力，各变刚度空气弹簧的受力分析，各变阻尼减震器的受力分析，转向系各杆件的运动，回正力矩在转向盘上的反映：

5.3 车身及底盘各运动附件

5.3.1 雨刮器的刮扫范围及四杆机构最小压力角的确定，电机的输出功率的确定；

5.3.2 发动机盖板铰链机构的运动学分析；

5.3.3 前后车门铰链布置；

5.3.4 滑移门运动分析；

5.3.5 后备车门空气弹簧的举升力分析；

5.3.6 发动机的振动及悬置隔振的匹配；

5.3.6 万向节的运动分析和受力分析，传动轴角度的变化；

5.3.7 制动踏板，离合器踏板，油门踏板的行程及踏板力计算：

5.3.8 动力传动系统力分析运动分析；

5.3.9 各承力弹簧刚度的估算；

5.3.10 变速器、减速器、差速器传动效率的估算；

5.3.11 车窗玻璃举升机构

6. 整车及安全件的疲劳分析

乘用车的疲劳性能是生产商极为关心的一项性能，在国外有三种方式进行，其一通过道路试验获得载荷谱，将载荷谱作为疲劳分析的输入载荷进行疲劳分析；其二，使用虚拟试验场软件VPG进行模拟道路试验，以达到相似的效果，由于VPG软件中的道路谱是国外的路面谱，其可用性需得到的厂商的认可，且其分析结果才能作为参考依据。

7. 其他分析内容

7.1 车门的分析(考核车门强度、刚度)

7.2 引擎盖分析(考核引擎盖强度、刚度)

7.3 行李舱盖分析(考核行李舱盖强度、刚度)

7.4 仪表板分析(考核仪表板性能)

7.5 安全带固定点强度分析(考核安全带固定点强度)

附录1 介绍

南汽集团技术中心车辆工程分析专业领域主要为客户提供的CAE技术咨询，服务范围涵盖包括强度分析、刚度分析、疲劳分析、NVH分析、碰撞安全性分析、运动学动力学分析、流场分析、冲压分析、注塑成型分析等各种分析范畴。目前全职技术人员Ⅹ人，其中高级技术人员Ⅹ人，中级技术人员Ⅹ人，初级技术人员Ⅹ人，均为多年从事汽车设计、分析、试验的专业技术人员。

附录2 分析软件平台

ANSYS Ansys程序为工程仿真提供有效手段，利用工程模拟技术，解决产品优化设计问题。其灵活、开放的解决方案为概念设计到最终测试的设计全过程提供了有效的仿真环境, 可以大幅度地缩短研发流程，降低研发费用，提高设计质量。Ansys以设计师分析工具箱、多物理场仿真、协同仿真环境等CAE技术满足产品设计、分析需求。ANSYS公司是第一家通过ISO9001及ISO9001:2000版的CAE技术公司，连续5年被《商务周刊》评为"Top 100 Growth Companies"。

LS-DYNA 通用显式非线性分析软件，特别适合于求解各种非线性结构的告诉碰撞、爆炸和金属成型等非线性冲击问题，在汽车界是汽车碰撞冲击分析的首选软件。

ADAMS 世界著名的运动学动力学分析软件，也是目前汽车行业运动学动力学分析使用最为广泛的软件。