乘用车设计CAE分析指南概要

1、乘用车设计 CAECAE 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

2、应变分析；NVHNVH 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1.1. 空气动力学分析汽车的空气动力学性能，是汽车动力性能的一一个重要指标，风阻系数的大小直接决定了汽车乘用车设计 CAECAE 分析指南的动力性能。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。2.2.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 CAECAE 最早 应

3、用也是最基本的性能分析项目。这一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。3.3.NVHNVH（噪声、振动、声振粗糙度）分析NVHNVH 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 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 NVHNVH 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

4、非线性软件进行。分析合格之后将能够保证分析车型的 NVHNVH 方面的基乘用车设计 CAECAE 分析指南本性能。4.4.正面碰撞分析（国家碰撞法规 CMVDR294CMVDR294）碰撞安全性主要考察 2 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 CMVDR294CMVDR294（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。5.5.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、

5、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：5.15.1整车性能分析 5.1.15.1.1 整车静态性能测试乘用车设计 CAECAE 分析指南5.1.25.1.2整车操纵稳定性性能5.1.35.1.3整车平顺性性能分析5.1.45.1.4整车制动性性能分析5.1.55.1.5整车动力性性能分析5.25.2悬架及转向系统的分析5.2.15.2.1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

6、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。5.2.25.2.2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 ：5.35.3车身及底盘各运动附件5.3.15.3.1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；5.3.25.3.2发动机盖板铰链机构的运动学分析；乘用车设计 CAECAE 分析指南533533前后车

7、门铰链布置；534534滑移门运动分析；5.3.55.3.5后备车门空气弹簧的举升力分析；5.3.65.3.6发动机的振动及悬置隔振的匹配；5.3.65.3.6万向节的运动分析和受力分析，传动轴角度的变化；5.3.75.3.7制动踏板，离合器踏板，油门踏板的行程及踏板力计算：5.3.85.3.8动力传动系统力分析运动分析；5.3.95.3.9各承力弹簧刚度的估算；5.3.105.3.10变速器、减速器、差速器传动效率的估算；5.3.115.3.11车窗玻璃举升机构6.6. 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

8、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 VPGVPG 进行 模拟道路试验，以达到相似的效果，由于 VPVPG G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。乘用车设计 CAECAE 分析指南7.7. 其他分析内容7.17.1车门的分析（考核车门强度、刚度）7.27.2引擎盖分析（考核引擎盖强度、刚度）7.37.3行李舱盖分析（考核行李舱盖强度、刚度）7.47.4仪表板分析（考核仪表板性能）7.57.5安全带固定点强度分析（考核安全带固定点强度）乘用车设计 CAECAE 分析指南附录 1 介绍南汽集团技术中心车辆工程分析专业

9、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 An sys 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。An sys 以设计师分析工具箱、

10、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 IS09001 及09001:2000 版的 CAE 技 术公司，连续5 年被商务周刊评为Top 100 GrowthCompa ni es。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乘用车设计 CAECAE 分析指南附录 3 分析内容列表(67 项有限元分析+74 项运动学分析)表 1强度分析

11、(7)序号分析范畴分析编号分析内容说明1整车强度分析STR-0-01颠簸工况模拟车辆驶过不平道路所受冲击状况2整车强度分析STR-0-02左前轮坑洼工况模拟左前轮过坑洼路面状况3 整车强度分析STR-0-03左后轮坑洼工况模拟左后轮过坑洼路面状况4 整车强度分析STR-0-04制动工况模拟制动状况5 整车强度分析STR-0-05转弯工况模拟转弯状况6整车强度分析STR-0-06取大加速工况模拟取大加速状况7 整车强度分析STR-0-07紧急制动工况模拟紧急制动状况表 2NVHNVH 分析(18)序号分析范畴分析编号分析内容说明1NVH 分析-整车刚度分析NVH-0-01扭转刚度分析分析汽车的抗

12、扭转能力2NVH 分析-整车刚度分析NVH-0-02弯曲刚度分析分析汽车的抗弯曲能力3NVH 分析-白车身模态分析NVH-0-03白车身模态分析分析白车身的自由模态4NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-01A 柱一顶盖分析 A 柱-顶盖连接部分刚度乘用车设计 CAECAE 分析指南5NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-02A 柱-发动机舱分析 A 柱-发动机舱连接部分刚度乘用车设计 CAECAE 分析指南6NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-03A 柱铰链柱分析 A 柱-铰链柱连接部分刚度7NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-04铰链柱门槛梁分析铰链柱-门槛梁连接部分刚

13、度8NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-05B 柱一顶盖分析 B 柱-顶盖连接部分刚度9NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-06B 柱腰线分析 B 柱-腰线连接部分刚度10NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-07B 柱一门槛梁分析 B 柱-门槛梁连接部分刚度11NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-08C 柱一顶盖分析 C 柱-顶盖连接部分刚度12NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-09C 柱腰线分析 C 柱-腰线连接部分刚度13NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-10C 柱一门槛梁分析C柱-门槛梁连接部分刚度:14NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-1

14、1D 柱一顶盖分析 D 柱-顶盖连接部分刚度15NVH 分析-连接部分刚度分析NVH-1-12D-柱/腰线/地板分析 D-柱/腰线/地板连接部分刚度16NVH 分析-截面特性分析NVH-2-01截面特性分析断面截面特性分析:17NVH 分析-横梁安装点刚度分析NVH-3-01横梁安装点刚度分析地板横梁安装点刚度分析18NVH 分析-传递特性的分析NVH-4-01传递特性的分析传递特性的分析表 3安全性分析(14)序号分析范畴分析编号分析内容说明1整车安全性分析SAF-0-01正面碰撞分析模拟(国内 50km/h)35MPH 正面碰撞试验状况2整车安全性分析SAF-0-02侧面碰撞分析模拟侧面碰

15、撞试验状况3整车安全性分析SAF-0-03P 追尾 35MPH 碰撞分析模拟追尾 35MPH 碰撞试验状况4整车安全性分析SAF-0-04追尾 5MPH 碰撞分析模拟追尾 5MPH 碰撞试验状况5安全性分析SAF-1-01车顶抗压分析模拟车顶压溃试验状况6安全性分析SAF-1-02P 侧门强度分析 模拟侧门入侵试验状况7安全性分析SAF-1-03B 柱安全带固定点分析模拟 B 柱安全带固定点试验状况乘用车设计 CAECAE 分析指南8安全性分析SAF-1-04C 柱安全带固定点分析模拟 C 柱安全带固定点试验状况9安全性分析SAF-1-05 转向系统分析P模拟方向盘碰撞试验状况10安全性分析S

16、AF-1-06座椅安全性分析模拟座椅碰撞试验状况11安全性分析SAF-1-07保险杠碰撞分析r模拟保险杠碰撞试验状况12安全性分析SAF-1-08车内乘员头部碰撞分析模拟车内乘员头部碰撞试验状况13安全性分析SAF-1-09行李冲击分析模拟车内行李碰撞试验状况14安全性分析SAF-1-10仪表盘与膝盖部冲击分析模拟仪表盘与膝盖部碰撞试验状况表 4车门专项分析(14)序号分析范畴分析编号分析内容说明1车门分析DR-1-01车门侧向刚度分析2车门分析DR-1-02车门腰线挤压分析3车门分析DR-1-03车门扭转刚度分析4车门分析DR-1-04车门重力下沉分析5车门分析DR-1-05车门挠曲分析6车

17、门分析DR-1-06车门密封力变形分析7车门分析DR-1-07车门关门变形分析8车门分析DR-1-08车门振动分析9车门分析DR-1-09r车门肘靠变形分析10车门分析DR-1-10车门内板稳定性分析乘用车设计 CAECAE 分析指南11车门分析DR-1-11车门后视镜振动分析12车门分析DR-1-12车门外板造窝变形分析13车门分析DR-1-13车门外板铸板凹陷变形分析14车门分析DR-1-14车门防撞梁分析表 5仪表板专项分析序号分析范畴分析编号分析内容说明1仪表板分析IP-1-01仪表板模态分析2仪表板分析IP-1-02仪表板弯曲与扭转分析3仪表板分析IP-1-03仪表板日照热变形分析表

18、 6引擎盖专项分析(8)序号分析范畴分析编号分析内容说明1引擎盖分析HD-1-01引擎盖安装变形分析2引擎盖分析HD-I-02引擎盖边沿变形分析3引擎盖分析HD-1-03引擎盖受下拉力的变形分析4引擎盖分析HD-1-04引擎盖扭转刚度分析5引擎盖分析HD-1-05引擎盖正面冲击分析乘用车设计 CAECAE 分析指南6引擎盖分析HD-1-06引擎盖开合分析7引擎盖分析HD-1-07引擎盖折叠分析8引擎盖分析HD-1-08引擎盖铸板凹陷变形分析表 7行李舱盖专项分析序号分析范畴分析编号分析内容说明1行李舱盖分析DL-1-01行李舱盖扭转刚度分析2行李舱盖分析DL-1-02行李舱盖密封力变形分析3行

19、李舱盖分析DL-1-03行李舱盖外板凹陷分析表 8运动学、动力学分析（74）序号分析范畴分析编号分析内容说明1整车性能分析-整车静态性能测试ADM-1-01制动点头角计算2整车性能分析-整车静态性能测试ADM-1-02驱动仰角计算3整车性能分析-整车静态性能测试ADM-1-03车身侧倾角计算4整车性能分析-整车静态性能测试ADM-1-04整车侧倾刚度5整车性能分析-整车静态性能测试ADM-1-05纵倾刚度的计算6整车性能分析-整车静态性能测试ADM-1-06整车的振动分析7整车性能分析-整车静态性能测试ADM-1-07前后悬架偏频分析8整车性能分析-整车操纵稳定性性能ADM-2-01整车的稳态

20、回转试验仿真9整车性能分析-整车操纵稳定性性能ADM-2-02整车的角阶跃试验仿真乘用车设计 CAECAE 分析指南10整车性能分析-整车操纵稳定性性能ADM-2-03整车的角脉冲试验仿真11整车性能分析-整车操纵稳定性性能ADM-2-04整车的回正性性能仿真12整车性能分析-整车操纵稳定性性能ADM-2-05整车的撒手稳定性性能仿真13整车性能分析-整车操纵稳定性性能ADM-2-06整车的转向轻便性能仿真14整车性能分析-整车平顺性性能分析ADM-3-01整车平顺性脉冲输入仿真15整车性能分析-整车平顺性性能分析ADM-3-02整车平顺性随机输入仿真16整车性能分析-整车制动性性能分析ADM

21、-4-01制动距离及制动减速度仿真17整车性能分析-整车制动性性能分析ADM-4-01制动时汽车的方向稳定性仿真18整车性能分析-整车动力性性能分析ADM-5-01最咼车速仿真19整车性能分析-整车动力性性能分析ADM-5-02加速时间仿真20整车性能分析-整车侧向风敏感性性能分析ADM-6-0121整车性能分析-整车抗侧翻性能分析ADM-7-0122前后悬架运动学分析ADM-8-01悬架的定位参数变化曲线23前后悬架运动学分析ADM-8-02悬架各机构干涉检验24前后悬架运动学分析ADM-8-03车轮与转向系统的协调性25前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑 及导向杆件的受力ADM-9-01

22、驱动工况26前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑 及导向杆件的受力ADM-9-02制动工况27前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑 及导向杆件的受力ADM-9-03侧倾工况28前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑 及导向杆件的受力ADM-9-04驱动侧倾工况29前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑 及导向杆件的受力ADM-9-05制动侧倾工况乘用车设计 CAECAE 分析指南30前后悬架动力学分析ADM-10-01各变刚度空气弹簧的受力分析31前后悬架动力学分析ADM-10-02各变阻尼减震器的受力分析32前后悬架动力学分析ADM-10-03转向系各杆件的运动33前后悬架动力学分析ADM-10

23、-04回正力矩在转向盘上的反映34钢板弹簧柔体悬架ADM-11-01制动协调性能35钢板弹簧柔体悬架ADM-11-02侧倾转向性能36双横臂悬架ADM-12-01抗点头性能37双横臂悬架ADM-12-02预扭角的确定38麦弗逊悬架ADM-13-01弹簧预紧力39复合式悬架ADM-14-01侧向稳定性40复合式悬架ADM-14-02随动转向性41纵臂四连杆ADM-15-01侧倾转向42纵臂四连杆ADM-15-02杆件协调43五连杆悬架ADM-16-01抗点头性能44五连杆悬架ADM-16-02抗侧倾性能45五连杆悬架ADM-16-03杆件相互位置关系46空气弹簧悬架ADM-17-01导向杆件间的

24、协调关系47低地板客车悬架ADM-18-01导向杆件与转向杆系的协调关系48低地板客车悬架ADM-18-02转向杆系布置49油气弹簧悬架ADM-19-01导向杆件间的协调关系50油气弹簧悬架ADM-19-02弹簧变形量5152车身各运动附件-雨刮器ADM-20-01刮扫范围53车身各运动附件-雨刮器ADM-20-01四杆机构最小压力角的确定54车身各运动附件-雨刮器ADM-20-01电机的输出功率的确定乘用车设计 CAECAE 分析指南55车身各运动附件-发动机盖板铰链机构ADM-21-01铰链机构运动学分析56车身各运动附件-前后车门ADM-22-01前后车门铰链布置57车身各运动附件一滑移

25、门ADM-23-01滑移门运动分析58车身各运动附件-后备车门ADM-24-01后备车门空气弹簧的举升力分析59车身各运动附件一车门锁ADM-25-01车门锁机构运动学分析60车身各运动附件-车窗玻璃ADM-26-01车窗玻璃举升机构运动学分析61底盘各运动附件-发动机悬置ADM-27-01发动机的振动及悬置隔振的匹配62底盘各运动附件-万向节ADM-28-01万向节的运动分析63底盘各运动附件-万向节ADM-28-02万向节的受力分析64底盘各运动附件-万向节ADM-28-03传动轴角度的变化分析65底盘各运动附件-制动踏板ADM-29-01制动踏板的行程及踏板力计算66底盘各运动附件-离合

26、器踏板ADM-30-01离合器踏板的行程及踏板力计算67底盘各运动附件-油门踏板ADM-31-01油门踏板的行程及踏板力计算68底盘各运动附件-动力传动系统ADM-32-01动力传动系统力分析69底盘各运动附件-动力传动系统ADM-32-02动力传动系统运动分析70底盘各运动附件-弹簧ADM-33-01各承力弹簧刚度的估算71底盘各运动附件-变速器ADM-34-01变速器传动效率的估算72底盘各运动附件-减速器ADM-35-01减速器传动效率的估算73底盘各运动附件-差速器ADM-36-01差速器传动效率的估算74底盘各运动附件-制动器ADM-37-01液力制动时整个液压系统的压强及受力 分布

27、乘用车设计 CAECAE 分析指南附录 4 国内汽车厂商常用分析内容列表国内汽车厂商常用STR-0-01SAF-1-08STR-0-02SAF-1-09STR-0-03SAF-1-10STR-0-04DR-1-01STR-0-05DR-1-02STR-0-06DR-1-03STR-0-07DR-1-04NVH-0-01DR-1-05NVH-0-02DR-1-06NVH-0-03DR-1-07:NVH-1-01DR-1-08NVH-1-02DR-1-09NVH-1-03DR-1-10NVH-1-04DR-1-11NVH-1-05DR-1-12NVH-1-06DR-1-13NVH-1-07DR-1-14NVH-1-08IP-1-01NVH-1-09IP-1-02NVH-1-10IP-1-03NVH-1-11HD-1-01弓分析内容列表ADM-1-06ADM-15-01ADM-1-07ADM-16-01ADM-2-01ADM-16-02ADM-2-02ADM-16-03ADM-2-03ADM-17-01ADM-2-04ADM-18-01ADM-2-05ADM-18-02ADM-2-06ADM-19-01ADM-3-01ADM-19-02ADM-3-02ADM-