汽车实验学第9章

1、 CAECAE技术能够满足汽车现代设计的基本要求。技术能够满足汽车现代设计的基本要求。 美国工程技术合作公司（美国工程技术合作公司（ETAETA公司）推出的公司）推出的虚拟试验场技术（虚拟试验场技术（VIRTUAL PROVING VIRTUAL PROVING GROUND GROUND ，以下简称，以下简称VPGVPG技术）即是一种非常技术）即是一种非常实用的实用的CAECAE技术。技术。 现代汽车对结构设计提出了越来越高的现代汽车对结构设计提出了越来越高的要求，汽车结构分析已不满足于结构线要求，汽车结构分析已不满足于结构线性弹性分析。实际上汽车结构系统中大性弹性分析。实际上汽车结构系统中

2、大量存在非线性结构，例如发动机、驾驶量存在非线性结构，例如发动机、驾驶室橡胶支承、悬挂大变形、零部件间连室橡胶支承、悬挂大变形、零部件间连接的能量缓冲等。接的能量缓冲等。 在产品要求精益设计的条件下，只应用线性在产品要求精益设计的条件下，只应用线性分析普遍感到不足。产品开发要求分析普遍感到不足。产品开发要求CAECAE更多更多地考虑地考虑非线性影响非线性影响。 其次，汽车零部件结构分析的一个难点是分其次，汽车零部件结构分析的一个难点是分析载荷的不定因素，大量零部件结构实际所析载荷的不定因素，大量零部件结构实际所受到的载荷到底是多大，往往很难明确给出。受到的载荷到底是多大，往往很难明确给出。对此

3、过去往往应用对比分析法，但这越来越对此过去往往应用对比分析法，但这越来越不适应越来越高的设计要求。不适应越来越高的设计要求。 第三，汽车产品设计已进入有限寿命设第三，汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段，这要求汽车在设计的使用期内，计阶段，这要求汽车在设计的使用期内，整车和零部件完好，不产生疲劳破坏，整车和零部件完好，不产生疲劳破坏，而达到使用期后（例如轿车一般设计寿而达到使用期后（例如轿车一般设计寿命为八年），零部件尽可能多地达到损命为八年），零部件尽可能多地达到损伤，以求产品轻量化，节约材料和节省伤，以求产品轻量化，节约材料和节省能源。这也对能源。这也对CAECAE分析提出了使用真实载分析提

4、出了使用真实载荷的要求。荷的要求。 汽车整车性能，如舒适性、行驶操汽车整车性能，如舒适性、行驶操纵稳定性分析也不仅仅满足于结构纵稳定性分析也不仅仅满足于结构刚性简化，还要求考虑刚性简化，还要求考虑结构变形刚结构变形刚度影响度影响，进行整车非线性系统分析，进行整车非线性系统分析，以达到动态参数设计的目标。以达到动态参数设计的目标。 1 1）分析对象不再是分开的各个零部件，而）分析对象不再是分开的各个零部件，而是包括车身是包括车身FEMFEM模型、悬挂系（弹簧、减振模型、悬挂系（弹簧、减振器、动力控制臂）、转向梯形、车轮轮胎器、动力控制臂）、转向梯形、车轮轮胎等整车非线性系统模型。这样，车身和悬等

5、整车非线性系统模型。这样，车身和悬挂系统与转向系统间难以明确的作用力关挂系统与转向系统间难以明确的作用力关系已包含在分析模型之内。系已包含在分析模型之内。 2 2）分析模型数据库化。众所周知，计算模型建）分析模型数据库化。众所周知，计算模型建模工作量是很大的。但是，除车身模型是车型模工作量是很大的。但是，除车身模型是车型分析时必须建立的模型，悬挂结构、转向机构分析时必须建立的模型，悬挂结构、转向机构和轮胎是完全可以实现数据库化的。这是因为，和轮胎是完全可以实现数据库化的。这是因为，这些结构对轿车来说，结构形式基本可以归纳这些结构对轿车来说，结构形式基本可以归纳成几种基本类型和数量有限的几个参数

6、来描述。成几种基本类型和数量有限的几个参数来描述。用户只需选择结构类型，给出参数即可产生计用户只需选择结构类型，给出参数即可产生计算模型。算模型。 当前悬挂数据库保存有当前悬挂数据库保存有McPhersonMcPherson液压减液压减振器振器StrutStrut、长短臂、长短臂Short-long ArmShort-long Arm、HotchkissHotchkiss渐变叶片弹簧渐变叶片弹簧(Leaf Spring)(Leaf Spring)、后拖臂后拖臂Trailing ArmTrailing Arm、五连杆、五连杆5-link5-link、四连杆四连杆Quadra LinkQuadra

7、 Link和扭杆和扭杆Twist Beam Twist Beam 等十种结构数据库。另外，等十种结构数据库。另外，VPGVPG还提供对还提供对AdamsAdams接口，导入兼容的接口，导入兼容的AdamsAdams悬架模型。悬架模型。 3 3）提供了全面的路面载荷。）提供了全面的路面载荷。VPGVPG软件提供了标软件提供了标准典型的路面模型，是通常整车试验标准考核准典型的路面模型，是通常整车试验标准考核路面。路面。 例如：交替摆动路面例如：交替摆动路面(Alternate Roll)(Alternate Roll)、槽形、槽形路路(Pothole Tracks)(Pothole Tracks)

8、、鹅卵石路、鹅卵石路(Cobblestone (Cobblestone Tracks)Tracks)、大扭曲路、大扭曲路(Body Twist Lane)(Body Twist Lane)、波纹、波纹路路(Ripple Tracks)(Ripple Tracks)、搓板路、搓板路(Washboards)(Washboards)以及以及比利时石块比利时石块(Belgian Block)(Belgian Block)等。等。 4 4）从分析内容方面讲，）从分析内容方面讲，VPGVPG计算技术分析内容计算技术分析内容是多样化的。一个分析模型可以进行疲劳寿命是多样化的。一个分析模型可以进行疲劳寿命计算

9、、振动噪声分析计算、车辆碰撞历程仿真、计算、振动噪声分析计算、车辆碰撞历程仿真、碰撞时乘员安全保护等多种结构非线性分析。碰撞时乘员安全保护等多种结构非线性分析。同时还可以进行整车非线性运动学和动力学计同时还可以进行整车非线性运动学和动力学计算，用来进行整车舒适性、高速行驶性能和操算，用来进行整车舒适性、高速行驶性能和操纵稳定性研究。纵稳定性研究。 疲劳分析可以根据计算结果整理出疲劳疲劳分析可以根据计算结果整理出疲劳曲线进行寿命预测。曲线进行寿命预测。 振动噪声计算结果可以进行富利叶变换，振动噪声计算结果可以进行富利叶变换，进行进行NVHNVH评价。评价。 碰撞仿真结果用于结构碰撞性能研究和碰撞

10、仿真结果用于结构碰撞性能研究和依据依据FMVSS FMVSS 法规对乘员的安全作出评价。法规对乘员的安全作出评价。 运动学和动力学计算可输出内外轮角（运动学和动力学计算可输出内外轮角（Ackerman Ackerman AngleAngle）、转动半径（）、转动半径（Turn RadiusTurn Radius）、内倾刚度）、内倾刚度（Roll StiffnessRoll Stiffness）、回转半径（）、回转半径（Scrnb Scrnb RadiusRadius）、前束角（）、前束角（Toe AngleToe Angle）、内倾）、内倾（Kingpin InclinationKingpin

11、 Inclination）、刹车点头和加速沉）、刹车点头和加速沉尾（尾（Anti-dive/Anti-liftAnti-dive/Anti-lift）、外倾角（）、外倾角（Camber Camber AngleAngle）、后倾角（）、后倾角（Caster AngleCaster Angle）和纵向摆动）和纵向摆动（Front/Rear RollFront/Rear Roll）等参数，进行整车性能评价。）等参数，进行整车性能评价。 根据根据 ECE ECE 指导说明分析结果指导说明分析结果 5 5）求解器是基于高度非线性软件）求解器是基于高度非线性软件 LSLSDYNADYNA进行整车系统非线

12、性分析。从这个角度看，进行整车系统非线性分析。从这个角度看，VPGVPG技术是一个高度非线性分析软件的一个技术是一个高度非线性分析软件的一个汽车专用接口软件和支持它的数据库。汽车专用接口软件和支持它的数据库。 6 6）计算结果后处理完全基于现代计算机图）计算结果后处理完全基于现代计算机图式化平台上，可以产生式化平台上，可以产生实时动画、疲劳预实时动画、疲劳预测、应力应变图、数据信号变换、绘测、应力应变图、数据信号变换、绘制数据曲线图形制数据曲线图形等。等。 我们以某一车型的载荷预测为例，简单我们以某一车型的载荷预测为例，简单阐述目前所采用的虚拟试验的过程。阐述目前所采用的虚拟试验的过程。 （

13、1 1）下图中所展示的是某车型的前悬）下图中所展示的是某车型的前悬架数字模型，该模型包含所有悬架部件，架数字模型，该模型包含所有悬架部件，也包含了所有的促动器和相应的杆系的也包含了所有的促动器和相应的杆系的运动学和动力学特性。在最初的用于操运动学和动力学特性。在最初的用于操纵稳定性的多体动力学模型中，所有的纵稳定性的多体动力学模型中，所有的杆件都按照刚体进行建模。杆件都按照刚体进行建模。 （2 2）利用专业多体动力学软件从疲劳损）利用专业多体动力学软件从疲劳损伤的角度比较多体模拟和实测载荷的差异，伤的角度比较多体模拟和实测载荷的差异，并对多体虚拟试验台进行更新。以悬架的并对多体虚拟试验台进行更

14、新。以悬架的一个连杆为例，把最初的和优化后的多体一个连杆为例，把最初的和优化后的多体模型计算结果的多维载荷影响球图分别与模型计算结果的多维载荷影响球图分别与实测的载荷影响球图比较，说明多体动力实测的载荷影响球图比较，说明多体动力学软件能够极大地改进初始的虚拟试验台学软件能够极大地改进初始的虚拟试验台模型与实际试验台的相关性。模型与实际试验台的相关性。 （3 3）随后，这个经优化的虚拟试验台用）随后，这个经优化的虚拟试验台用来生成精确的相互作用载荷，用于后续来生成精确的相互作用载荷，用于后续的使用多体动力学求解器进行的基于数的使用多体动力学求解器进行的基于数字化寿命预测的设计优化。字化寿命预测的设计优化。 总之，随