汽车零件模拟仿真技术的研究及应用

CAE技术在汽车设计中的应用

摘要：随我国社会经济的不断发展，人们的生活水平也在逐步提高，尤其是针对汽车的舒适性以及安全性都提出了较高的要求。现阶段，在汽车设计的过程中，最常用的就是CAE技术，特别是在汽车零部件以及整车的设计中，有着不可取代的作用。通过采用CAE技术对产品的可靠性以及性能展开分析，进而找出产品设计中存在的问题并获得有效的解决，从而提高汽车设计的质量。

关键词：CAE技术；汽车设计；应用

引言：

当前，在汽车设计与研发的过程中CAE技术可谓是核心技术。它在汽车设计与研发的过程中，其主要作用就是对汽车的可靠性与性能展开数据分析，进而找出汽车设计中可能存在的问题。就此，针对CAE技术在汽车设计过程中的运用展开研究对汽车的设计与发展有着重要的意义。

1CAE技术在汽车设计中的重要性

1.1降低研发成本

因汽车本身具有一定的复杂性，在开展实际汽车设计的过程中，有关设计人员不但要对汽车的结构特点以及未来使用的环境等可能存在的问题进行思考，就此在整个汽车设计制造过程都会长时间地在方案设计、样车设计、样车制造以及问题改进等几个步骤中实行重复循环操作。然而，在汽车设计中运用CAE技术后，样车制造与测试过程都能够通过该技术中的仿真技术进行，进而还可以在最大程度上缩减研发流程，降低研发的时间，最终达到节省研发成本的目的[1]。

1.2降低设计风险

相较于传统汽车设计方案而言，CAE技术能够在开展测试之前事先对整个设计方案的结构合理性以及性能效果展开评估预测。同时对设计中的一些不合理位置实行进一步地完善与优化，这样不但能够有效提高设计方案中的稳定性，同时还可以使得整车的可操作性获得有效地提高。所以，CAE技术对当下的汽车研究具有重要作用。

2CAE在整车开发各阶段的任务

2.1可行性研究和概念

汽车产品开发的设计阶段，尤其是对于轿车产品的开发，只要不是超前的“概念车”，通常都会有一个“原型车”来作为基础车型。而开发又不可能与“原型车”一致，很多参数很可能会被改变。汽车是一个各参数密切相关的系统，参数的更改会形成什么样的后果，则应该通过CAE仿真技术来对问题的进一步明确。比如：即便底盘的结构都不变，仅仅是将车身的造型进行改变，那么整车的系统质心、惯性矩的改变也会被系统的行驶行以及操纵性所影响；车身的结构改变也会对车身的强度、寿命、车身自然频率、轿厢的通风、隔热、噪声、车身的空气动力学特性等带来影响。运用CAE技术对“原型车”以及开发车系统进行仿真，能够在概念设计阶段精准地预测以及控制零部件直到整车性能与结构可靠安全，进而在开发初期就可以使未来产品的性能以及结构指标得到保证[2]。

汽车构造中的车辆动力学建模与仿真

车辆动力学是研究汽车运动学和力学性能的重要领域，它对汽车设计、性能评估以及优化具有重要意义。随着计算机仿真技术的快速发展，车辆动力学的建模与仿真成为了研究的热点，并且在汽车工程领域得到了广泛应用。本文将介绍汽车构造中的车辆动力学建模与仿真技术，以及其在汽车设计和性能评估中的应用。

一、车辆动力学基础

在深入了解车辆动力学建模与仿真之前，我们先来了解一下车辆动力学的基础知识。车辆动力学主要包括车辆运动学和车辆力学两个方面。

1. 车辆运动学

车辆运动学研究车辆的运动状态和轨迹，包括车辆的速度、加速度、位置等。常见的车辆运动学参数有车速、加速度、转向角等。在车辆动力学建模与仿真中，需要准确地描述车辆的运动学特性，以便进行仿真分析和性能评估。

2. 车辆力学

车辆力学研究车辆在运动中受到的力和力矩，并分析车辆受力情况对车辆运动的影响。常见的力学参数有车辆的质量、弹簧刚度、减振器阻尼等。在车辆动力学建模与仿真中，需要将车辆的力学特性进行建模，以便进行力学仿真和性能评估。 二、车辆动力学建模

车辆动力学建模是指根据车辆的运动学和力学特性，利用数学模型对车辆的运动进行描述。常用的车辆动力学建模方法包括物理建模方法和系统辨识方法。

1. 物理建模方法

物理建模方法是将车辆运动学和力学原理应用于车辆动力学建模中。通过考虑车辆的质量分布、惯性矩阵以及受力情况等因素，建立车辆的数学模型。常见的物理建模方法有刚体动力学模型、多体动力学模型等。

2. 系统辨识方法

系统辨识方法是通过对车辆的输入和输出进行实验测量，然后利用辨识算法对车辆的动力学模型进行识别和估计。常见的系统辨识方法有参数辨识方法和非参数辨识方法等。

三、车辆动力学仿真

车辆动力学仿真是指利用计算机技术对车辆的运动进行模拟和仿真。通过车辆动力学建模和仿真，可以对车辆的运动性能进行分析和评估。

1. 仿真平台

在进行车辆动力学仿真时，需要选择合适的仿真平台。常见的车辆动力学仿真平台有Matlab/Simulink、CarSim等。这些仿真平台提供了丰富的仿真模型和工具，可以对车辆的运动进行准确的仿真分析。 2. 仿真参数

ADAMS在汽车动⼒学仿真中的应⽤研究

ADAMS在汽车动⼒学仿真中的应⽤研究

newmaker

⼀、引⾔

数字化虚拟样机技术是缩短车辆研发周期、降低开发成本、提⾼产品设计和制造质量的重要途径。随着虚拟产品开发、虚拟制

造技术的逐渐成熟，计算机仿真技术得到⼤量应⽤。系统动⼒学仿真是数字化虚拟样机的核⼼、关键技术。对汽车⽽⾔，车辆

动⼒学性能尤为重要。为了降低产品开发风险，在样车制造出之前，利⽤数字化样机对车辆的动⼒学性能进⾏计算机仿真，并

优化其参数就显得⼗分必要了。对操纵稳定性的研究常采⽤仿真分析⽅法和试验⽅法来进⾏。仿真分析是在计算机上建⽴简化

到⼀定程度的模型，输⼊驾驶员对汽车的各种操纵信号，解算出系统的时域响应和频域响应，以此来表征汽车的操纵稳定性

能。因为仿真分析花费时间短，可在计算机上重复进⾏，对各种设计⽅案进⾏快速优化对⽐，并且可实现试验条件下不能进⾏

的严酷⼯况分析，因此该⽅法⽇益被⼈们采⽤。

建⽴整车仿真模型常有多种⽅法，笔者应⽤机械系统运动学、动⼒学仿真分析软件ADAMS，来建⽴仿真模型，并对不同⽅向

盘转⾓下的操纵稳定性进⾏了动⼒学仿真。

⼆、数字化分析模型的准备

（⼀）仿真分析模型所需要的参数类型

建⽴多体系统动⼒学分析模型，参数需要量⼤，精度要求⾼，参数准备⼯作量⼤。所需的参数主要可划分为四类：尺⼨（⼏何

定位）参数、质量特性参数（质量、质⼼与转动惯量等）、⼒学特性参数（刚度、阻尼等特性）与外界参数（道路谱等）。

其中的尺⼨参数和⼤部分的质量特性参数可以通过建⽴三维数字模型得到，其他参数尚需要别的参数获得⼿段来获取。总的来

说，参数的获得⽅法主要有以下⼏种：图纸查阅法、试验法、计算法、CAD建模法等。可根据具体实际情况采⽤。

（⼆）数字模型间的数据传递

基于CAD/CAM软件建⽴三维数字模型是建⽴数字化分析模型的基础。使⽤CAD/CAM软件建⽴系统的三维实体数字模型，并

以各个运动部件的形式先将零部件合并，装配好；将模型存为ADAMS软件可调⽤的特定格式的数据⽂件；然后利⽤CAD/CAM软件与ADAMS 软件之间的数据接⼝⽂件将三维模型传递到ADAMS软件中去；之后输⼊各运动部件的密度等必要

．设计．计算・研究・　

仿真技术在汽车结构侧面碰撞设计中的应用　

李　文　刘　钢　刘旌扬　

．（一汽海马汽车有限公司）　

【摘要】结合海马Ａ平台车系在Ｃ—ＮＣＡＰ中的表现，同时考虑侧面碰撞胸部及腹部的得分状况，合理运用计算　机仿真手段对侧面耐撞性能进行优化设计。使该平台车型在Ｃ—ＮＣＡＰ碰撞标准四星的基础上提升到Ｃ—ＮＣＡＰ五星，　同时更大程度缩短了产品研发周期。　主题词：侧面碰撞优化设计仿真　

中图分类号：Ｕ４６１．９１文献标识码：Ａ文章编号ｉ　１０００—３７０３（２０１２）０３—００３５—０４　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　

Ｓｉｄｅ　Ｃｒａｓｈ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　

Ｌｉ　Ｗｅｎ，Ｌｉｕ　Ｇａｎｇ，Ｌｉｕ　Ｊｉｎｇｙａｎｇ　（Ｆａｗ　Ｈａｉｍａ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｄｅ　ｅｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｉｎ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　

ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｈａｉｍａ　Ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｉｎ　Ｃ－ＮＣＡＰ　ｒａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｒａｔｉｎｇ　ｉｎ　ｃｈｅｓｔ　ａｎｄ　ａｂｄｏｍｅｎ　ｃｒａｓｈ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｍｏｔｅｓ　ｔｈｅ　Ｃ－ＮＣＡＰ　ｃｒａｓｈ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｏｆ　Ｈａｉｍａ　Ａ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｍｏｄｅｌｓ　ｆｒｏｍ　ｆｏｕｒ－ｓｔａｒ　ｔｏ　ｆｉｖｅ－ｓｔａｒ，ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｙｃｌｅ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｄｅ　ｃｒａｓｈ，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ