CAE技術貫穿于汽車研發設計的整個流程，從產品概念設計到樣車試制，性能優化，以及后續的投產和市場問題反饋等各方面各環節。

隨著汽車科技的進步和發展，CAE技術的應用場景也在變化過程中。以前的汽車主要是燃油汽車，而現在隨著環保和能源等問題的挑戰，汽車正在面向以新能源、純電動等領域發展，隨之所面對的技術問題也各有不同。

a）安全

安全是汽車研發設計中非常關鍵的一環，無論是燃油汽車還是其它新能源汽車都避不開安全這個話題。

汽車安全包含的內容非常之廣泛，通常可以概括為主動安全與被動安全兩塊。而無論是主動、被動安全領域都有CAE技術的身影。主動安全領域更多的是涉及電子和軟件控制模塊，對控制模型的建立和程序的測試；而在被動安全領域則涉及到汽車碰撞、約束系統的設計開發、車身的性能優化、材料性能研究等等，這些方面均需要利用CAE技術進行仿真建模，不僅重要而且投入巨大。

而碰撞安全這一塊各個國家都有自己強制性的標準，同時也催生了開展新車評價規程（NCAP）的相關組織和機構，咱們國家則是由中汽中心主導的C-NCAP，面向社會發布新車安全性能。

圖3 正面碰撞

b）汽車輕量化

汽車輕量化需要在保證整車安全性能的前提下，同時降低整車質量。它能夠很好的提升汽車的動力性能和經濟性，對燃油車而言大大的減少排放。輕量化技術涉及到優化設計、涉及到整車各個部件的材料性能研究，這里面都會用到CAE仿真技術。

無論是針對車身還是動力總成，優化設計無處不在。常用的Isight軟件綜合各分析模型建立的優化設計模型，為整車的優化和仿真提供極大的便利；除此之外還有像OptiStruct，TOSCA 等結構優化軟件，而各主流CAE軟件也均有自帶的優化功能，當然輕量化還只是優化問題其中的一個應用領域。

c）疲勞及耐久性

疲勞耐久性問題是任何機械產品都匯面臨的問題，無論是燃油汽車還是新能源汽車也都逃不開這個問題。

在汽車行業針對疲勞和耐久性的研究和應用相對成熟，整個過程涉及到工況數據的采集分析，CAE仿真軟件的模擬分析結構薄弱環節，對疲勞壽命計算等，催生了諸如ADAMS、Fatigue、FEMFAT等疲勞耐久性分析軟件。

圖4 疲勞耐久性

d）流體仿真（如空氣動力學）

汽車空氣動力學的研究將影響整車的造型、風阻、經濟性、風噪等，市面上很多車體造型炫酷，流線動感，各種空氣動力學組件使用都是基于提升整車空氣動力學性能。

CAE技術在這個方向的應用也是無處不在，CFD仿真、空氣動力學性能的優化等等，除了外部空氣動力學的研究，車內空調系統、冷卻系統等諸多方面都會涉及流體仿真，這塊的投入對整個硬件的要求也較高。

圖5 空氣動力學

d）車輛動力學

車輛動力學涉及行駛中的操縱性和舒適性，涵蓋的內容比較廣，還與汽車振動內容有所重合，具體來講包括懸架系統結構、各項參數的設計調整，整車動力學的建模、操作穩定性等等，各種專業理論、建模和各專業名詞可查看清華大學余志生《汽車理論》教材，工程中通常會涉及諸如ADAMS、ChassisSim，CarSim、MATLAB等軟件，對整個知悉體系以及整車的性能了解要求較高。

a）能效

傳統燃油汽車主要是提升燃油經濟性，所以涉及的問題是對氣缸的燃燒室結構優化、對燃油噴射系統以及燃燒過程的控制等等，這里面通常有燃燒問題的數值模擬，有對CFD和CCD技術的研究，通常會涉及PHOENICS，CFX，FLUENT，STAR-CD，FLOW-3D等軟件仿真使用，這類問題的研究難度較高，投入也較大。

對于新能源汽車，尤其電動汽車而言，主要是對我們常說的“三電”中的電池進行管理，專業上稱作BMS（BatteryManagement System）。需要對整個電池組進行熱管理，在此過程中需要模擬仿真實現散熱系統的設計，需要建立電池的電化學模型、熱模型等，需要對整體電池組進行能效的評估等，會涉及諸如COMSOL或Matlab等軟件的仿真。

b）振動噪聲

振動噪聲問題是非常大的一類問題，通常把所有相關問題統稱為NVH問題。這里面涉及到試驗、仿真方方面，涵蓋的學科內容廣泛，涉及的從業人員也多。

傳統汽車振動噪聲主要源自發動機的振動和噪聲、進-排氣系統、風噪、胎噪等，這些問題的解決有試驗也有CAE仿真，每個方向都需要專門的技術人員進行長期的研究、建模、仿真、試驗。

對于電動汽車而言，從以往的振動噪聲問題來源轉變為電機的轉動噪聲，而相比燃油汽車而言，在排除了發動機等振動噪聲問題后，對風噪、胎噪以及整車行使的平順性和舒適性方面的研究顯得更具有挑戰性，無可避免的需要使用CAE仿真技術。

c）電磁兼容

在轉為新能電動車之后，更多的研究將針對電-磁-熱-結構相關的問題。電磁設計、電磁兼容、多物理場耦合、整機電磁熱管理等諸多領域都需要CAE仿真技術的應用。尤其是對于“電池-電機-電控”架構來講，電-磁不分家，研究電磁干擾、電磁敏感性問題意義重大，需要熟悉HFSS、Ansoft、Desinger、CTS、Feko等CAE仿真軟件。

這里的其它問題則是涉及到除去傳統FEA和CFD相關領域之外的問題，諸如大數據、云計算、高性能計算、自動駕駛等等，這類問題也可以說是寬泛的廣義的計算機輔助工程內容。

對于我們來講，最常接觸的還是高性能計算這塊，因為各大商用軟件在發布新版本的時候均會強調新產品在并行計算、高性能HPC等應用上的解決方案和技術，在實際工程中也會更多更直接的遇到計算能力和計算效率的問題，所以很多研發中心都會就近與國家的超算平臺合作，租用計算節點甚至布置購買自己的服務器集群，尤其是像流體、燃燒、瞬態碰撞等等這些對硬件要求比較高的場景，對計算能力提出更多要求。只有能算算得出來才有意義。

舉個例子，“跨界聯手攻堅智能科技，上汽率先破解這道研發難題，成功上線上汽仿真計算云SSCC。通過與全球領先的云計算及人工智能科技公司阿里云強強聯合，上汽憑借仿真計算云，以及阿里云與上汽自建HPC集群（HPC是高性能計算High Performance Computing機群簡稱）的完美結合，使仿真計算效率提高25%，強力提升汽車工程的開發仿真研發能力。同時，該仿真計算云還可以使工程開發人員更加專注于產品設計和性能優化，并強力催動上汽產品的新一輪性能革新和世界級高品質的進一步提升”[3]。

除此之外，諸如半實物仿真，硬件在環等領域的研究和應用也可以說屬于CAE這塊，通過搭建仿真平臺，實現實時車輛仿真模型，實現整個系統機-電-液等學科綜合性能的評估預測，同時想諸如ADAS、自動駕駛、ABS等開發方面均會涉及該領域相關技術，過程中會牽扯到MATLAB/Simulink、dSPACE等仿真平臺，目前來講也是比較前沿，技術要求較高的技術。

而對于AI、云計算這些技術同汽車的結合，目前體現在自動駕駛等方面的應用，涉及軟硬件諸多方面，是目前汽車領域最為前沿和熱門的場景應用，挑戰很大，科技巨頭們都在布局，或者秘密研發，值得期待，也是非常不錯的方向。

最后，還有AR/VR技術在汽車設計和制造中的應用，雖然新技術落地需要時間，也需要更多的場景來支持，但是目前也逐漸一些車企在對相關技術的吸收和融合，設計上的評審、產品的展示、體驗和推廣、工業設計、內飾設計、產品內部的培訓等等均在使用，需要時間也需要更多專業人士的加盟，期待更多的突破。

圖6 VR汽車應用

汽車工業作為發展百年的成熟行業，一直被視為科技領域的領頭羊。在每一次世界工業技術革新和發展浪潮中，都占據其重要地位。新技術的試驗地，新技術的發源地，加上有著深厚的歷史積累，未來還將占據潮頭。

CAE技術與汽車工業的結合帶動了整個行業在研發和設計上取得質的飛躍，汽車工業為CAE新技術的應用提供優質土壤和生態，反過來CAE新技術推動汽車產業技術持續提升，兩者互為依存，相互成就，行業應用，技術反哺，未來依舊將會是陽光燦爛。