知识分享课件CAE在吉利汽车研发中的应用

CAE在吉利汽车研发中的应用CAE在吉利汽车研发中的应用引言从近几年大型汽车展览会的火爆场面说明，普通人拥有汽车即在。巨大的消费市场必然伴随激烈竞争。欲想在竞争中处于优势，唯一的选择是立足现代高科技起点，加快技术创新，建立现代汽车产品开发能力。2引言从近几年大型汽车展览会的火爆场面说明，普通人拥有汽车即在CAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障，可以为企业带来巨大的技术经济效益。在汽车发展历史上，至今还没有什么技术能与CAE技术相比，为汽车企业带来巨大的回报。美国福特汽车公司2000年应用CAE后，其新车型开发周期从36个月降低到12～18个月；开发后期设计修改率减少50%；原型车制造和试验成本减少50%；投资收益提高50%。3福特汽车新车开发周期12-18个月应用CAE36个月没有应用CAECAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障丰田开发新型花冠轿车时运用了CAE技术，把众多工序在计算机上进行演示即可，由此将开发时间缩短到了18个月。马自达依靠CAE与试验来缩短产品试验和样车完成的时间，其产品样车的完成由3.5个月缩短到1.5个月，试验周期从4.5个月缩短到2.5个月。4丰田开发新型花冠轿车时运用了CAE技术，把众多工序在计算机上赢得市场的焦点是高技术创新,为接受国际市场竞争的考验，各国都向高投入、高技术、高集成的方向发展。“高新技术”主要有高效电子系统、轻质高强度材料和计算机应用三个方面其中最重要的是以CAD、CAE、CAM和PDM（产品数据管理系统）为代表的计算机应用技术5赢得市场的焦点是高技术创新,为接受国际市场竞争的考验，各国都内容题目:<<CAE在吉利汽车研发中的应用>>第一部分：CAE在汽车研发中的现状第二部分：CAE在新车研发流程中的应用第三部分：工程分析重点发展方向第四部分：工程案例第五部分：汽车CAE技术面临的挑战和发展6内容6第一部分：CAE在汽车研发中的现状7第一部分：CAE在汽车研发中的现状7什么叫CAE?CAE(ComputerAidedEngineering),指从客户和市场的需求出发,利用工程学方法，使用相应的软硬件辅助,通过试验和分析手段相结合,系统而有计划地使设计的产品和机械系统满足相应的性能和质量要求,从而确保产品的可靠性、安全性、舒适性等要求,它贯穿于产品从开发到回收的全生命周期的所有阶段。(广泛应用在航空\汽车等制造业)8什么叫CAE?8CAE能在汽车哪些部件中发挥作用?汽车的每一个部件都可以做CAE分析，但主要包括以下3大关键部分整车系统大总成或大的子系统零部件和小总成9CAE能在汽车哪些部件中发挥作用?9CAE在设计流程中的作用CAE在设计流程中的作用10T&PCAE修正分析模型

测试数据NVH白车身刚度安全性耐久性总成分析CAD试验测试阶段

工程设计阶段修正优化NVH白车身刚度安全性耐久性总成分析CAE在设计流程中的作用CAE在设计流程中的作用10T&汽车CAE分析内容结构、疲劳分析结构、疲劳分析主要包含整车，各子系统，各零部件的模态、刚度、强度、疲劳分析。例如：白车身、副车架、后桥、吊挂支撑、安全带支架等零部件的模态、刚度、强度。主要分析软件有：nastran、abaqus、fatigue等。碰撞分析碰撞方面的分析主要包含：正碰、侧碰、后碰、40%偏置碰和行人保护等。主要分析软件有：ls-dyna、pam-crash、VPG等。多刚体分析多刚体方面的分析主要包含：动力学及运动学分析。例如：整车的操纵稳定性、平顺性，玻璃升降器、雨刮等系统。主要分析软件有：adams，MotionView，Car-Sim等。11汽车CAE分析内容结构、疲劳分析11汽车CAE分析内容噪声振动舒适性(NVH)分析NVH是指影响汽车乘坐和使用环境等重要因数的振动噪声性能主要分析软件有：Nastranvirtual.lab等。热、流体分析热、流分析可以有效提高汽车性能，增加乘坐舒适性。在热、流分析中热流耦合的现象比较常见。主要分析软件有：STAR-CD、flow-3D、fluent等。冲压成形分析冲压主要对汽车上各种冲压件的冲压过程分析，主要判断冲压件结构是否合理及其优化预测冲压过程中的材料拉裂、起皱位置，材料的料厚变化以及回弹等。主要分析软件有：dynaform、autoform、pam-stamp等。12汽车CAE分析内容噪声振动舒适性(NVH)分析12汽车CAE分析内容汽车车身设计所需要的CAE分析内容13截面分析接头刚度分析白车身刚度振动分析声学分析开启件分析总成分析疲劳分析碰撞安全性试验修正

计算机辅助分析（CAE）流场分析汽车CAE分析内容汽车车身设计所需要的CAE分析内容13截面CAE技术在国内汽车工业的应用现状CAE技术在国内汽车工业的应用经历了入门、推广、普及等阶段，目前已经到了取得实质效益的阶段，具体表现在：CAE技术逐渐被普遍认可CAE分析和工程设计紧密结合CAE分析成为设计常规CAE分析范围扩大14CAE技术在国内汽车工业的应用现状CAE技术在国内汽车工业的汽车CAE分析流程153DCAD几何数据有限元前处理：网格建模；材料、厚度定义；边界条件定义；……求解计算有限元后处理：模态、刚度；应力水平；变形情况；……目标设定目标评价设计修改建议备注：为了得到满意结果，分析工作应该与实验和设计工作结合，从布置设计阶段到生成测试阶段汽车CAE分析流程153DCAD几何数据有限元前处理：求解汽车CAE分析流程16CatiaHypermeshLS-DynaMSC.NastranStar-CDAbaqus……HyperViewLS-PrepostAbaqus

CAE……目标设定目标评价设计修改建议前处理求解器后处理建模：组件装配连接建模点焊/螺栓建模壳/实体单元建模刚体&弹簧单元建模求解计算：接触、载荷定义模型调试、解决错误单元属性应用参数研究评价（性能）建议（结构改进）分析汽车CAE分析流程16CatiaHypermeshLS-DyCAE工作流程CAE工作过程17原始设计规格说明FEM建模分析条件求解计算设计规格说明变更FEM模型修改分析条件求解计算评价优化规格说明设定NONO1.评价分析2.参数分析CAE工作流程CAE工作过程17原始设计规格说明FEM建模分第二部分：CAE在新车研发流程中的应用18第二部分：CAE在新车研发流程中的应用18开发计划整车开发计划CAE分析在新车开发各阶段都将参与CAE分析重点在工程设计开发阶段，在工程设计冻结前，需要完成2轮的CAE分析19第一轮CAE分析第二轮CAE分析确定CAE目标值收集法规资料竞品车CAE分析CFD分析整车性能分析结构强度分析NVH分析碰撞分析试验跟踪仿真与试验比较开发计划整车开发计划19第一轮CAE分析第二轮CAE分析确定201.产品策划定义阶段1.0组建CAE分析团队，指定项目联络员1.1确定CAE分析工作方式、进度计划及里程碑节点1.2搜集、整理对标车车身结构设计优点，以及各种新技术的应用情况1.3获得对标车相关数据，进行对标车CAE分析对标车CAE分析白车身模态、刚度分析开启件模态、刚分析整车性能分析整车碰撞安全分析完成CAE分析约45个工作日201.产品策划定义阶段1.0组建CAE分析团队，指定项211.产品策划定义阶段1.4确定各CAE分析项目的目标值备注：CAE分析目标值由各设计部门或专业科室提出，汇总到工程分析科，并对目标值的合理性进行评估；对于无法给定目标值的分析项目由工程分析科提供。竞争样车的CAE模拟竞争样车的试验法规同级别的CAE数据库新车的NVH目标新车的整车性能目标新车的结构强度目标新车的碰撞安全目标新车的CFD目标211.产品策划定义阶段1.4确定各CAE分析项目的目标值221.产品策划定义阶段1.5制定详细的CAE分析计划，确定分析内容所需要的人数和时间整车建模（15人×25天）整车及零部件的NVH性能分析（7人×25天）整车及零部件的强度性能分析（8×25天）整车及零部件的碰撞性能分析（10×25天）整车及零部件的CFD性能分析（10×45天）整车及子系统的多体动力学分析（5×30天）完成一轮CAE分析需要的时间为40人×45天CAE分析项目计划221.产品策划定义阶段1.5制定详细的CAE分析计划，确232.概念设计阶段2.0获得CAS数据，进行相关的CAE分析整车外流场分析初期行人保护分析外流场分析232.概念设计阶段2.0获得CAS数据，进行相关的CAE242.概念设计阶段2.1获得整车关键硬点参数，进行整车性能仿真分析悬架运动学分析整车操稳分析整车平顺性分析悬架静力分析多体动力学建模整车或子系统多体动力学分析工作内容清单242.概念设计阶段2.1获得整车关键硬点参数，进行整车性类别分析项目备注类别分析项目备注建模悬架系统建模整车操纵稳定性分析GB稳态回转分真分析整车建模转向回正仿真分析悬架系统分析悬架运动学分析蛇行试验仿真分析悬架弹性运动学分析转向盘转角阶跃仿真分析转向运动学分析转向盘转角脉冲仿真分析悬架静力分析转向轻便仿真分析悬架性能分析ISO稳态回转仿真分析悬架硬点优化转向盘转角阶跃仿真分析整车平顺性分析脉冲输入行驶试验转向盘转角脉冲仿真分析随机输入行驶试验单移线试验仿真分析整车制动性能分析直线行驶制动试验双移线试验仿真分析转弯行驶制动试验单周正弦输入瞬态开环响应试验伪随机转向输入瞬态开环响应试验转向盘转角连续正弦输入试验转向盘中间转向试验J-turn试验Fish-hook试验转弯熄火试验路扰反应试验25整车及子系统性能仿真分析内容类别分析项目备注类别分析项目备注建模悬架系统建模整车操纵稳定262.概念设计阶段2.1获得车身典型截面和关键接头数据，进行相关的CAE分析典型截面分析与优化改进门槛、顶盖横梁、A-B-C柱、……关键接头的刚度分析与优化改进A-B-C柱接头262.概念设计阶段2.1获得车身典型截面和关键接头数据，272.概念设计阶段2.2方案性CAE分析，对前期提出的各种方案，利用CAE手段进行评估，

确定最终的设计方案前纵梁碰撞分析保险杠截面形式防撞梁性能分析……因布置需要，进行更改分析结果272.概念设计阶段2.2方案性CAE分析，对前期提出的各种283.工程设计阶段3.0初期CAE分析伴随着整个工程设计阶段，主要工作体现在：评价性分析，评估分析项目能否达到目标值参数化分析，通过参数化研究、方案更改，满足设计目标3.1详细CAE分析数模确认或冻结前，确认各分析项目是否达到分析目标优化设计：车身轻量化灵敏度分析……283.工程设计阶段3.0初期CAE分析3.1详细CAE整车开发各阶段CAE分析工作293.工程设计阶段：整车或子系统NVH性能分析项目白车身NVH分析开启件NVH分析子系统NVH分析结构噪声NVH分析整车或子系统碰撞NVH分析工作内容清单整车开发各阶段CAE分析工作293.工程设计阶段：整车或子系303.工程设计阶段：整车或子系统NVH性能分析项目类别分析项目备注类别分析项目备注白车身NVH分析白车身模态分析开启件NVH分析车门模态分析白车身静刚度分析车门静刚度分析动力总成悬置安装点的静/动刚度分析行李箱盖（后背门）模态分析悬架安装点静/动刚度分析行李箱盖（后背门）静刚度分析座椅安装点静刚度分析发动机盖模态分析车身千斤顶支撑点静刚度分析发动机盖静刚度分析乘客拉手安装点静刚度试验结构噪声NVH分析车室声腔模态分析真空助力器安装点静刚度分析声固耦合系统模态分析白车身接头静刚度分析声固耦合系统响应分析发动机盖铰接处的静刚度分析车室声压板件贡献量分析刮雨器安装点的静刚度分析白车身低频结构噪声传递特性分析基于模态、刚度的白车身灵敏度分析白车身低频结构噪声传递特性及动刚度优化典型截面分析底盘NVH分析副车架模态分析白车身关键点振动传递特性分析副车架静刚度分析其它分析IP及转向系统的模态分析排气系统模态和吊挂位置分析驱动轴模态分析发动机悬置系统模态分析TrimmedBody的模态分析发动机支架模态分析303.工程设计阶段：整车或子系统NVH性能分析项目类别分析313.工程设计阶段：整车或子系统结构强度分析白车身强度分析悬架系统强度分析开启件强度分析疲劳耐久分析子系统强度分析整车或子系统碰撞结构强度分析工作内容清单313.工程设计阶段：整车或子系统结构强度分析白车身强度分析323.工程设计阶段：整车或子系统结构强度分析类别分析项目备注类别分析项目备注白车身恶劣工况下的白车身强度分析发动机舱盖分析发动机舱盖气弹簧安装点的强度分析车身涂、总装工艺吊孔强度度分析发动机舱盖铰链强度分析踏板安装点刚度与强度分析底盘分析前悬架总成的强度分析发动机舱盖锁钩安装点强度分析前副车架的强度分析后背门铰链安装点的强度分析前副车架焊点疲劳分析车门铰链安装点的强度分析前副车架的疲劳分析安全带锚点强度分析（车身与座椅）控制臂的强度分析拖钩强度分析控制臂的疲劳分析减震器座的强度分析转向节的强度分析拖曳臂安装支架强度分析转向节的疲劳分析手刹安装支架强度分析转向节下球头销强度分析油箱吊挂支架强度分析后悬架总成的建模后横向稳定杆安装支架强度分析后悬架总成的强度分析顶盖行李架的安装点的强度分析后悬架总成的疲劳分析备胎固定处钣金强度分析拖曳臂强度分析蓄电池安装支架的强度分析拖曳臂疲劳分析车门分析车门铰链强度分析纵臂强度分析玻璃升降器强度分析纵臂疲劳分析车门过开分析横臂强度分析发动机及悬置发动机悬置包络分析及静态描述横臂疲劳分析发动机右上支架强度分析制动钳支架强度分析发动机前支架强度分析轮辋强度分析发动机左上支架强度分析发动机左下支架强度分析发动机后支架强度分析排气系统分析排气管悬挂点强度分析323.工程设计阶段：整车或子系统结构强度分析类别分析项目备333.工程设计阶段：整车或子系统CFD性能分析外流场分析后视镜流场分析除霜管路分析空调系统分析发动机舱分析整车或子系统CFD性能分析工作内容清单333.工程设计阶段：整车或子系统CFD性能分析外流场分析后343.工程设计阶段：整车或子系统CFD性能分析内容类别项目名称备注类别项目名称备注外流场空气动力学分析风阻系数风噪分析外后视镜风噪分析尾涡分析天窗风噪分析轮胎流场分析冷却风扇风噪分析后视镜流场分析进气系统风噪分析空调系统分析空调风道流量分配分析排气系统风噪分析乘员舱舒适性分析空调管路风噪分析除霜分析发动机舱分析发动机舱流场分析除雾分析发动机舱散热性能分析进排气系统进气系统流场分析车灯分析车灯热负荷分析排气系统流场分析343.工程设计阶段：整车或子系统CFD性能分析内容类别项目353.工程设计阶段：整车或子系统碰撞性能分析子系统安全整车碰撞正碰侧碰后碰顶碰柱碰…保险杆碰撞安全带固定点分析车门侵入分析零部件安全…人员生物力学行人保护分析乘员保护分析…整车或子系统碰撞性能分析工作内容清单353.工程设计阶段：整车或子系统碰撞性能分析子系统安全整车363.工程设计阶段：整车或子系统碰撞性能分析类别分析项目备注类别分析项目备注整车碰撞分析正碰子系统碰撞分析保险杠低速碰撞侧碰安全带固定点分析后碰车门侵入分析顶碰行李箱入侵分析柱碰人员生物力学分析行人保护分析乘员保护分析备注：各碰撞分析按照新车开发相应的要求进行模拟分析363.工程设计阶段：整车或子系统碰撞性能分析类别分析项目备374.产品验证阶段4.0产品改进设计对产品各性能提升，进行CAE分析获得各种试验数据，进行CAE对比分析4.1修正CAE模型，为后续开发车型做准备CAE分析试验测试整车及零部件的NVH性能整车及零部件的强度性能整车及零部件的碰撞性能整车及零部件的CFD性能整车及子系统的动力学性能修正CAE模型修正374.产品验证阶段4.0产品改进设计4.1修正CAE模第三部分：工程分析重点发展方向38第三部分：工程分析重点发展方向38当前重点发展方向根据整车CAE分析需求，工程分析科成立了5个专业小组，他们既互相支持又各有侧重，形成一个有机的整体。39CFD组整车性能组碰撞安全组NVH组结构强度与可靠性组当前重点发展方向根据整车CAE分析需求，工程分析科成立了5个CFD发展方向成熟的分析40整车外流场分析空调管道分析除霜性能分析CFD发展方向成熟的分析40整车外流场分析空调管道分析除霜性发展方向41刹车片的发热分析后视镜风噪分析发动机舱散热性能分析乘员舱热舒适性分析发展方向41刹车片的发热分析后视镜风噪分析发动机舱散热性能分结构强度发展方向成熟的分析42悬架系统强度分析关键部位、关键点的强度分析开启件强度分析白车身强度分析结构强度发展方向成熟的分析42悬架系统强度分析关键部位、关键发展方向43拓扑优化分析零部件的疲劳分析白车身疲劳分析非线性橡胶强度分析焊点疲劳分析发展方向43拓扑优化分析零部件的疲劳分析白车身疲劳分析非线性NVH发展方向成熟分析44典型截面分析接头刚度分析概念车身分析声腔模态分析动刚度分析关键子系统分析开启件分析静刚度分析整车模态与响应分析NVH发展方向成熟分析44典型截面分析接头刚度分析概念车身分发展方向45声固耦合系统分析灵敏度分析振动传递特性分析发展方向45声固耦合系统分析灵敏度分析振动传递特性分析碰撞安全发展方向成熟分析46侧面碰撞正面100%碰撞正面40%偏置碰撞顶部碰撞追尾碰撞碰撞安全发展方向成熟分析46侧面碰撞正面100%碰撞正面40成熟分析47保险杠碰撞分析车门入侵分析安全带固定点强度分析行李箱冲击分析行人保护分析成熟分析47保险杠碰撞分析车门入侵分析安全带固定点强度分析行发展方向48两车碰撞相容性分析转向管柱碰撞分析头部碰撞分析约束系统分析侧面乘员保护分析乘员头部保护分析发展方向48两车碰撞相容性分析转向管柱碰撞分析头部碰撞分析约整车性能发展方向成熟分析49悬架运动学分析悬置系统分析零部件连接点载荷输出整车性能发展方向成熟分析49悬架运动学分析悬置系统分析零部件成熟分析50转向盘角脉冲仿真分析稳态回转仿真分析转向回正性仿真分析转向回正性仿真分析成熟分析50转向盘角脉冲仿真分析稳态回转仿真分析转向回正性仿整车性能发展方向51转向正弦扫频输入平顺性试验仿真制动性能分析驱动轴滑移量分析整车性能发展方向51转向正弦扫频输入平顺性试验仿真制动性能分发展策略52●重在获得外部技术●自主研究新技术●合作外购取得新技术●发展方法论和系统论●重在通过试验提升自己的技术●开发技术、人力●技术外购●提高员工专业技能●重在形成稳定的工程系统●技术控制●独创技术●过程控制2008年2010年2015年技术提升成本提升2006年时间方法和能力发展策略52●重在获得外部技术●重在通过试验提升自己的技术●第四部分：工程案例53第四部分：工程案例53吉利CAE团队始建于2005年，经过三年多的发展，形成了具有一定CAE分析能力的团队并和工程设计部门互相配合进行了大量的分析和验证工作，取得了一定的成绩。54吉利CAE团队始建于2005年，经过三年多的发展，形成了具有工程案例—结构分析55CE-1后桥强度分析FC-2下摆臂强度分析原始方案LC-1弹簧座开裂位置改进方案工程案例—结构分析55CE-1后桥强度分析FC-2下摆臂强度工程案例—NVH分析56峰值点频率:225Hz峰值点频率:450Hz峰值点频:595Hz分析响应曲线试验响应曲线激励点考察点工程案例—NVH分析56峰值点频率:225Hz峰值点频率:4工程案例—NVH分析57阶数试验结果（Hz）分析结果（Hz）差值（Hz）误差模态振型描述150.095650.86-0.7644-1.5％一阶弯曲258.739360.37-1.6307-2.8％一阶扭转367.660267.090.57020.8％阶数试验结果（Hz）分析结果（Hz）差值（Hz）偏差描述1