汽車底盤智能化設計分析系統的研發

石黃

2022年1月26日 16:39

文章簡述了基于 CATIA 的汽車底盤智能化設計分析系統二次開發的背景，介紹了該系統的定位及其所集成的功能，針對分析工時的統計表明采用該系統對汽車副車架的線性工況進行仿真分析可使效率提升 18.5倍，同時會產生一定的經濟效益。

系統定位與功能集成

1． 1 智能化設計分析系統的定位

在整車數據發布流程中，CAE 仿真評估占據了一個非常重要的位置，而且由于 CAE 分析的專業性要求，該工作一般由 CAE 仿真分析工程師承擔，也就是說每一個數據的更改都需要相應的 CAE 仿真分析工程師進行系統建模和仿真評估，這一點成為掣肘整車開發效率的主要環節之一。

而本文所述的智能化設計分析系統，由于其智能化和簡易化，使一部分仿真分析工作由產品設計工程師來承擔，在整車數據發布流程中形成一個小循環，通過這一小循環減少整車發布流程大循環的次數，從而大大降低整車數據發布所需要的時間，如圖 1 所示。

1． 2 智能化設計分析系統的功能集成

本文提出的智能化設計分析系統分為四大模塊，分別是模型和數據處理、分析模型創建、計算以及分析報告，如圖 2 所示。

(1) 在模型和數據處理模塊中，將一些必須在 CAD 階段進行的工作進行智能化處理，例如硬點創建、螺栓處理、Washer 處理、焊縫處理等。

( 2) 在分析模型創建模塊中，集成了網格劃分、焊縫連接、材料屬性賦予、約束加載等功能。通常來說這一部分工作是整個仿真分析流程中最繁重的工作，這些功能的自動化和智能化可以大大提升 CAE 建模的效率和準確度。

( 3) 在計算模塊中主要采用 CATIA 自帶的求解器進行計算，同時在該模塊中還提供了批量工況提交計算的功能，大大減少了工程師的等待時間。

( 4) 在分析報告模塊中，集成了 Sensor 創建和報告自動生成的功能，通過將報告模板嵌入系統，使得用戶可以快速獲取分析結果報告。

綜上所述，通過將 CAD/CAE 前處理與后處理的功能集成到智能化設計分析系統中，使得企業的 CAD/CAE 標準和流程能夠固化到系統之中，進一步加強了企業的流程化和自動化。

應用成果

智能化設計分析系統開發完成后，已應用在實際的底盤開發項目中，產品設計工程師在項目選型階段，即可對底盤零部件進行快捷 CAE 分析，對產品結構進行快捷評估和結構優化，設計分析系統界面如圖 3 所示。

通過對智能化設計分析系統的應用，發現采用該系統可以極大地提升用戶使用 CATIA CAE 進行仿真分析的效率，并且其分析結果具有一定的仿真可信度。

2． 1 智能化設計分析系統的分析效率

本文以某個傳統副車架為例進行分析效率的對比說明。

通常來說，對一個傳統副車架進行仿真分析需要進行的工作主要有:

零件識別、約束加載準備、焊縫識別、載荷導入、連接創建、約束設置、分析模型創建及后處理等。

副車架零件和連接信息復雜多樣，經過對手動操作和系統分析的統計，利用 CATIA CAE 手動操作對此傳統副車架的 3 個工況進行仿真分析，需要約 7． 8 h; 而應用該智能化系統后，分析工時降低為 0． 4 h，分析效率在原來基礎上提高了 18． 5 倍，效

果顯著，如圖 4 所示。

2． 2 智能化設計分析系統的分析結果可信度

在分析結果可信度方面，由于發動機懸置工況是底盤性能評估中較為重要的一個工況，本文以某發動機懸置工況為例進行說明。

由圖 5 可以看到，采用專業 CAE 軟件( NASTＲAN) 與采用該智能化設計分析系統計算，兩者得到的最大范式等效應力所發生的位置基本相同，而且應力云圖的變化趨勢基本相同。

智能化設計分析系統定位即是在設計前期由產品設計工程師對子系統進行快速設計迭代時發揮作用，為產品設計工程師提供結構優化參考，所以能夠通過該系統的仿真分析結果來預判最大范式等效應力發生的位置，并進行橫向對比、優化設計，可以基本滿足項目及用戶的需求。

經濟效益

采用該智能化設計分析系統后，分析效率提升了很多，同時會產生如下經濟效益:

( 1) 通過將專家知識轉化為標準和流程，進而集成到該系統之中，使得企業的標準和流程能夠固化到零部件開發過程中，大大提升了零部件設計水平;

( 2) 采用該系統可實現零部件設計和簡易仿真分析的無縫銜接，通過流程和操作的自動化，使得仿真分析效率提升;

( 3) 系統將零部件仿真分析簡化，同時能夠充分利用分布式工作站進行仿真分析，減少高性能計算資源的需求，進而節省高性能計算資源購置的費用。

結語

通過對汽車底盤智能化設計分析系統的開發和應用，發現該智能化設計分析系統可以極大地減少分析工時，從而使得產品設計工程師承擔部分分析迭代工作成為可能，并且帶來一定的經濟效益。

因此，對其他汽車子系統的智能化設計分析系統的開發和應用效果進行研究是值得嘗試的。

文章來源：上海汽車

作者：張偉張三磊王光耀

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