第十一章汽车设计开发技术的发展趋势

用于CFD仿真和风洞实验的车辆模型
上一页
尾部流场
下一页
返回
虚拟试车场整车分析
CAE技术的飞速发展、软硬件功能的大幅度提高使得整 车系统仿真已经成为可能。美国工程技术合作公司（ ETA）在ANSYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出的虚 拟试验场技术（virtual proving ground VPG）就是 一个对整车系统性能全面仿真实用软件的代表。VPG技 术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。
上一页
下一页
返回
产品开发过程成本曲线
产品开发使用周期相关曲线
上一页
下一页
返回
并行设计在汽车设计中的应用 1）开发过程 2）过程建模与仿真 3）团队建设与管理
上一页
下一页
返回
1）开发过程
（1）采用CAD，CAM，CAPP，DFA以及虚拟焊装等仿真技术，在产品 开发的早期阶段就充分了解新产品的性能、结构以及车身覆盖件 和车架等零部件的可制造性问题。尽量减少设计错误，提高设计 质量，同时增加DFX的使用，在产品设计阶段就考虑产品加工、装 配和工艺等问题，提高设计一次成功的可能性。
IC
汽车中易产生振动部位
上一页
下一页
返回
机构运动分析
机构运动分析就是根据原动件的已知运动规律 ，求该机构其他构件上某些点的位移、轨迹、 速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速 度和角加速度。
机构运动分析
上一页
下一页
返回
车辆碰撞模拟分析
汽车的安全性是汽车厂商、消费者、政府部门 高度关注的问题。交通事故原因的统计分析表 明，以预防事故发生的主动安全性只能避免5 ％的事故，因此提高汽车被动安全性日趋重要 。
绿色设计GD(Green Design)，通常也称为生态 设 计 ED(Ecological Design) 、 环 境 设 计 DFE(Design for Environment) 、 生 命 周 期 设 计 LCD(Life Cycle Design) 或 环 境 意 识 设 计 ECD(Environmental Conscious Design) 等 ， 出于这些方法的目标基本相同，都是设计和制 造生命周期对环境影响为最小的产品。绿色设 计也可以被认为是以绿色技术为原则所进行的 产 品 设 计 。 所 谓 绿 色 技 术 (Environmental Sound Technology)，或简称EST，西方称之为 “环境友善技术”，是减轻环境污染或减少原 材料、自然资源使用的技术、工艺或产品的总 称
上一页
下一页
返回
绿色设计的过程模型
绿色设计的过程模型
绿色设计在汽车工业中的应用
汽车工业是绿色设计的先导，也是目前 绿色设计应用比较深入的行业。过去， 汽车设计人员总是设法将汽车设计的时 髦豪华，但现在这一概念已经改变，取 而代之的是把符合环境保护、小巧玲珑 、节省燃料和适合家用作为新的设计指 导思想。这就意味着世界汽车制造业将 出现“绿色”行动，致力于绿色汽车的 开发。绿色汽车必须具备两个标志，即 废旧汽车能够回收利用及汽车的生产使 用对环境无害或危害最小。
上一页
下一页
返回
虚拟设计
1)虚拟设计系统构造 2)虚拟环境生成系统
虚拟设计系统结构构造示意图
上一页
下一页
返回
虚拟现实技术在汽车开发中的应用 （1）汽车设计的概念验证 （2）虚拟风洞 （3）汽车虚拟设计 （4）虚拟维修
上一页
下一页
Flash
返回
☆11.3 绿色设计
绿色设计的概念 1）绿色设计的定义
绿色产品设计阶段划分
上一页
下一页
返回
环境方面的总体设计要求主要包括以下 几个方面： （1）自然资源使用的最少化； （2）能源的消耗最少化； （3）废弃物的产生减量化； （4）对生态系统平衡的危害最小化； （5）人类健康和安全性的危害最小化。 设计者可以根据具体的设计项目定性或定 量地表达这些要求。
上一页
下一页
返回
绿色设计的特点
（1）扩大了产品的生命周期
（2）绿色设计是并行闭环设计
（3）绿色设计有利于保护环境，维护生态 系统平衡
（4）绿色设计可以防止地球上矿物资源财 富的枯竭
（5）绿色设计的结果是减少了废弃物数量 及其处理的棘手问题
上一页
下一页
返回
绿色设计方法
→绿色产品设计阶段划分
绿色设计过程一般需要经历以下几个阶 段：需求分析、提出明确的设计要求、 概念设计、初步设计、详细设计和设计 实施 。
计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大影响，表现为以下几个方面： ①设计手段更新 ② 产 品 表 示 从 基 于 投 影 原 理 的 二 维 转 变 到 三 维 “ 产 品 模 型 (Product
Model)” ③有限单元法、优化设计、逆工程设计、并行设计、虚拟设计、模态分析 、计算机仿真，以及以神经网络与模糊方法为代表的智能设计方法等先 进设计与分析方法的涌现和发展 ④随着计算机技术的发展，设计方法从传统的串行方式发展到并行方式 ⑤实现CAD,CAPP,CAM,CAE一体化 ⑥依赖于计算机技术的数据库技术的发展以及管理信息系统(MIS)、产品 数据管理(PDM)等系统的广泛应用，企业管理水平大大提高 ⑦网络技术的发展，缩短了企业之间的联系，可实现优势互补和资源共享 ，使得企业生产组织模式呈现较大的开放空间
上一页
下一页
返回
疲劳分析
根据疲劳理论，疲劳破坏主要由循环载荷引起。从理 论上说，如果汽车的输入载荷相同，那么所引起的疲 劳破坏也应该一样。因此，可以在试车场上按一定的 比例混合各种路面及各种事件（如开门、关门、刹车 等），重现这一载荷输入。这一载荷重现通常可能在 较短的时间里完成，因此，可以达到试验加速的目的
（3）健全设计评审和工艺评审制度。评审的优点在于它增加了过程 的质量控制，提高上下游设计人员之间的信息交流，使下游设计 人员获得足够的信息以开展他们的工作，有利于设计过程的并行 和及时发现设计缺陷。
（4）实现工艺、工装和材料的并行开发和准备，可精简设计过程， 使制造系统与产品开发设计不构成大循环，从而缩短开发周期， 提高产品质量。
上一页
下一页
返回
☆11.4 并行工程
并行工程的概述
一般产品成本在很大程度上是在产品开发早期 阶段即：概念设计、结构设计、详细设计、过 程设计阶段决定的，而这一阶段本身所占有的 费用仅为产品全部成本的很少一部分(如图 11.6所示)。由于现代产品的客户化要求大大 增强，使产品开发周期相对增长；然而随着用 户对功能的要求逐步提高，使得产品使用周期 越来越短(如图11.7所示)。这种形势迫切要求 企业采用新的产品开发手段，以保证产品开发 早期阶段能做出正确的决策，从而进一步缩短 产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本 。
现代汽车新技术概论
第11章 汽车设计开发技术的发展趋势
【教学目标】
通过本章的学习，了解现代设计方法的 基本原则及现代汽车的设计方法。了解 虚拟现实设计，绿色设计，并行工程的 基本概念、设计方法及其在汽车行业的 应用。了解汽车CAE、NVH在汽车业的应 用。
上一页
下一页
☆11.1 现代设计方法
现代设计的特征 （1）以计算机技术为核心
上一页
下一页
返回
2）过程建模与仿真 过程模型 后勤模型 协同模型 数据模型
上一页
下一页
返回
3）团队建设与管理 （1）组织结构 （2）管理模式 （3）工作方式 （4）过程执行与管理
上一页
下一页
返回
ຫໍສະໝຸດ Baidu
☆11.5 汽车CAE工程分析
CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度 、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析， 以实现轻量化设计）、NVH分析（各种振动、噪 声，包括摩擦噪声、风噪声等）、机构运动分析 等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模 拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进 一步提高，已投入实际使用，完全可以用于定性 分析和改进设计，大大减少了这些费用高、周期 长的试验次数；虚拟试车场整车分析正在着手研 究，此外还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。
汽车的模拟碰撞有限元模型
上一页
下一页
返回
金属板冲压成型模拟分析
冲压成型过程数值模拟技术的出现为改变这种 传统模式提供了强有力的工具。通过对冲压过 程模拟分析得到最佳模具结构和工艺条件，并 能通过对板材冲压过程数值模拟，在计算机上 观察到模具结构、冲压工艺条件（如压边力、 冲压方向、摩擦润滑等）和材料性能参数（如 皱曲、破裂）的影响，还可以提供最佳板料形 状、合理的压料面形状、最佳冲压方向、以及 分析卸载和切边后的回弹量，并补偿模具尺寸 以得到尺寸和形状精度良好的冲压件。该技术 使试模时间大大缩短，从而减少制模成本。
上一页
下一页
返回
☆11.6 NVH开发流程
汽车NVH特性是指在车室振动、噪声的作用下 ，乘员舒适性主观感受的变化特性。它是人体 触觉、听觉以及视觉等方面感受的综合表现。 汽车的NVH研发可分为以下几个阶段： （1）车辆的前期NVH研究 （2）NVH技术指标(Targets)的设定 （3）优化设计(车辆结构，子系统，以及 mount/bushings)，达到NVH指标 （4）装配线的调试
整车非线性分析模型
上一页
下一页
返回
焊装模拟分析
现代车身焊装模拟分析结合虚拟制造技术，在仿真环 境下，运用相应的优化算法对车身焊装工位的机器人 加工路径进行离线规划，并通过仿真加工进行验证， 从而达到指导实际生产的目的。虚拟制造的基础是采 用计算机支持的技术，应用数字建模和仿真技术、虚 拟现实技术等来模拟生产、加工和装配等过程，在计 算机上将产品“制造”出来，实现将工艺过程转为数 字化操作，再由数字化操作指导实际生产。通过建立 生产加工的仿真模型研究制造活动，使用户在设计阶 段能够了解产品未来制造过程，实现对生产系统性能 有效的预测与评价。在仿真环境下的试运行，有利于 进行多工艺方案比较，更有利于多机器人焊接轨迹的 选取与优化。
CAE工程在汽车上的应用 1）刚度和强度分析 （1）车架和车身的强度和刚度分析 （2）齿轮的弯曲应力和接触应力分析 （3）发动机零件的应力分析
前部受压内板应力
上一页
前部受压外板应力
下一页
返回
NVH分析
近年来，随着人们环保意识的增强，对汽车提 出了更高要求。为此，国际汽车界制定NVH标 准，即噪音(Noise)、振动(Vibration)、平稳 (Harshness)三项标准，通俗称为乘坐轿车的 “舒适感”。
现代汽车设计的要求 现代汽车设计发展趋势 1)汽车设计的新概念 2)汽车设计全程无人化 3)计算机技术的广泛应用
上一页
下一页
返回
☆11.2 虚拟现实设计
虚拟现实技术(VR，Virtual Reality)，又称 灵境技术，是人的想象力和电子学、计算机科 学等相结合而产生的一项综合技术，是20世纪 90年代为科学界和工程界所关注的技术。虚拟 现实是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机 系统，虚拟世界由计算机生成，通过视、听、 触觉等作用于用户，使之产生身临其境的沉浸 感、交互感。虚拟现实技术实际上是包括计算 机图形学、图形处理与模式识别、智能接口技 术、人工智能技术、传感器技术、语言处理与 响应技术、网络技术、并行处理技术和高性能 计算机系统的集合。
整车路谱的疲劳分析
上一页
下一页
返回
空气动力学分析
汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽 车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空 气流动情况和空气对汽车的作用力（称为空气动力） ，以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的 影响。此外，空气对汽车的作用还表现在汽车发动机 的冷却、车厢里的通风换气、车身外表面的清洁、气 流噪声、车身表面覆盖件的振动、甚至刮水器的性能 等方面的影响。
（2）采用IPT工作模式，该公司根据实际情况，组建四级团队，采 用预发布和反馈的办法，并逐步使之制度化。在方案设计和结构 设计的一定阶段，向后期设计阶段提前进行信息预发布。一方面 ，及时得到信息反馈，以提高工艺性、可加工性，另一方面，由 于后期设计的提前，使后期设计人员及时体会设计意图，进行工 艺和生产准备。
（2）以设计理论为指导
上一页
下一页
现代设计的原则 （1）功能满足原则 （2）质量保证原则 （3）工艺优良原则 （4）经济合理原则 （5）社会使用原则
上一页
下一页
返回
汽车设计的方式 （1）传统的汽车设计 （2）计算机辅助设计 （3）计算机全程设计
上一页
下一页
返回
整车设计与开发技术过程 1)整车总布置设计 2)整车结构与性能分析(CAE)