CAE技术及其在车辆设计开发中的应用

如今，CAE技术在车辆设计和开发领域已经得到了越来越广泛的应用。本文首先介绍了CAE技术对于车辆设计和开发的意义，然后从车身构造分析、车辆NVH分析、车辆被动安全分析、发动机构造CAE分析、变速器CAE分析这几个方面，研究了CAE技术在车辆设计和开发阶段的应用。

【关键词】CAE技术 车辆 设计 开发 应用

当前汽车行业的竞争愈演愈烈，汽车生产企业也必须要进行创新和改良，提高自己产品的安全性、实用性、美观性、经济性等，从而保证企业生产的汽车能够在市场上占据一定的地位。在设计与开发汽车产品时，CAE技术和相关软件可以起到十分强大的辅助作用，成为了车辆设计开发必不可少的工具。

1 CAE技术对于车辆设计和开发的意义

1.1 提升车辆设计功效，缩短车辆开发时间

在设计产品时，利用CAE技术展开应力解析、动力学仿真解析、安全性研究以及震动噪音分析等，都可以使相关问题在设计时期就充分暴露出来。这样一来，工作人员就能够针对这些问题对汽车产品进行改良与完善，从而极大地提高了车辆性能，减少了参数指定所耗费的时间。

1.2 运用模拟样机降低开发及研究的成本

如果在计算机中树立起模拟汽车形态，工程师与设计人员就可以根据这些模型展开各式各样的分析，并改良设计方案，以数字化的手段代替原始的实物样机测试。模拟样机属于系统方面的解析系统，所以对设计方案以及生产过程会产生极大的影响。妥善应用模拟样机技术，能够在很大程度上降低汽车产品的开发难度，缩减生产时间，提升车辆产品质量与性能。

1.3 利用多学科系统，制造出性能优秀的整车

当前，车辆设计开发领域中有许多CAE技术是以单学科仿真为基础而进行的。这样很可能导致计算结果比较片面，使得数据出现偏差。如果构建起科学、统一的多学科仿真平台，就能够同时展开各种不同学科的CAE分析与研究，并针对单一模型进行全方位考虑，结合各个学科之间的相互影响及作用，生动而形象地模拟出车辆运作的过程、形态，提高车辆产品的制作精度与可靠性。

2 CAE技术在车辆设计和开发阶段的应用

2.1 车身构造分析

汽车构造大部分都是由负载骨架、覆盖件以及多种加固筋而形成。从有限元分析角度看，车辆构造可以拆分成多个元素，比如板块、实体等部件构成的整体。这些元素都能够起到一定的负载作用，或是可以传播外界负载，确保车辆能正常运作。构造中的每个元素都有着自己的特点，且结构较为复杂，一部分结构件运作条件不佳，长期处于振动或冲击之下，要提升车辆产品的工作性能，就要找到适当的分析方法。对于车辆构造分析而言，有限元法可以较好地处理形态复杂的力学相关难题。几乎所有的车身构建都能够运用有限元法展开静态分析或动态分析，以及固有特点分析，同时还能够依据原本的工程构造特征实施非线性分析。

2.2 车辆NVH分析

噪音污染已经排在了全球三大污染源之一，而振动与噪音的产生又存在不可分割的联系。所以，相关人员应当结合车辆本身在运行过程中产生的振动、噪音、舒适度与高速行驶带来的噪音展开研究探索，尽力改良并优化整车构造，降低噪音。

2.3 车辆被动安全分析

现阶段，车辆的被动安全问题已成了全球各国共同关注的问题之一，大多数国家都制订出了相关法律法规及NCAP评估制度和程序，提倡对汽车产品进行碰撞测试。这种测试能够推动CAE技术的发展，让汽车响应模拟碰撞环境带来的影响，并虚拟出安全气囊打开的全部过程，为设计师提供强有力的参照根据，并在车辆发生碰撞事故时尽可能地维护乘客的人身安全。

2.4 发动机构造CAE分析

对于汽车来讲，发动机是一切动力的根源，也是汽车运行所必备的设施。当前新型汽车飞速发展，人们对发动机的要求也日益提高。汽车发动机所需要的零件较为复杂，有的问题甚至无法运用力学处理。有限元法则打破了传统理论的束缚，能够用于处理繁琐的场分布运算等相关问题。其主要功能是：

（1）进行发动机曲轴、机体等零部件的结构刚度解析；

（2）能对缸盖、机体与活塞连杆组的热度进行分析；

（3）可以对曲轴、活塞连杆组与活塞环等部件的使用情况进行分析，还可以做出模态分析及屈曲分析；

（4）能够对进气口、燃烧室和排气管的流场进行分析，并对动力响应与声场作出分析等。

图1里展示的即是某企业设计师做成的发动机曲轴分析，这一分析利用了Pro/Engineer软件进行模型建造，并采用Pro/Mechanism软件对曲轴实施构造分析，通过构造分析更精确地获得了结构刚度分析的边缘条件，最后再经由Pro/Mechanica软件得出了曲轴准确的应力应变情况。

3 结束语

从众多实践结果可以看出，全球汽车工业的发展趋势已经说明了CAE技术的成功。CAE仿真技术的运用与仿真流程的普及能够在很大程度上减少汽车产品的研究与开发时间，从而提高生产效率，促进汽车行业快速发展，而汽车行业的发展也将进一步带动CAE技术的改良。所以，有效利用CAE技术可以使汽车行业步入一个良性循环过程。

参考文献

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[2]韦志林，贵东，沈光烈.在车辆结构设计中应用CAE技术的几点认识[J].装备制造技术，2011，08：143-144+146.

[3]杨金海.CAE技术在车辆安全性开发中的应用（英文）[J].汽车工程学报，2011，05：393-398.

作者简介

傅家豪（1993-），四川省达州市人。现在供职于西华大学汽车与交通学院，主要从事车辆设计和大学生成长成才研究。

作者单位

西华大学汽车与交通学院 四川省成都市 610039