汽车底盘智能化设计分析系统的研发

2022年1月26日 浏览：1725

文章简述了基于 CATIA 的汽车底盘智能化设计分析系统二次开发的背景，介绍了该系统的定位及 其所集成的功能，针对分析工时的统计表明采用该系统对汽车副车架的线性工况进行仿真分析可使效率提升 18.5倍，同时会产生一定的经济效益。

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系统定位与功能集成

1． 1 智能化设计分析系统的定位

在整车数据发布流程中，CAE 仿真评估占据 了一个非常重要的位置，而且由于 CAE 分析的专 业性要求，该工作一般由 CAE 仿真分析工程师承 担，也就是说每一个数据的更改都需要相应的 CAE 仿真分析工程师进行系统建模和仿真评估， 这一点成为掣肘整车开发效率的主要环节之一。 

而本文所述的智能化设计分析系统，由于其智能 化和简易化，使一部分仿真分析工作由产品设计 工程师来承担，在整车数据发布流程中形成一个 小循环，通过这一小循环减少整车发布流程大循 环的次数，从而大大降低整车数据发布所需要的 时间，如图 1 所示。
汽车底盘智能化设计分析系统的研发的图1

1． 2 智能化设计分析系统的功能集成 

本文提出的智能化设计分析系统分为四大模块，分别是模型和数据处理、分析模型创建、计算 以及分析报告，如图 2 所示。

(1) 在模型和数据处理模块中，将一些必须 在 CAD 阶段进行的工作进行智能化处理，例如硬 点创建、螺栓处理、Washer 处理、焊缝处理等。 

( 2) 在分析模型创建模块中，集成了网格划 分、焊缝连接、材料属性赋予、约束加载等功能。通常来说这一部分工作是整个仿真分析流程中最繁重的工作，这些功能的自动化和智能化可以大 大提升 CAE 建模的效率和准确度。

( 3) 在计算模块中主要采用 CATIA 自带的求 解器进行计算，同时在该模块中还提供了批量工 况提交计算的功能，大大减少了工程师的等待 时间。

( 4) 在分析报告模块中，集成了 Sensor 创建和 报告自动生成的功能，通过将报告模板嵌入系统， 使得用户可以快速获取分析结果报告。 

综上所述，通过将 CAD/CAE 前处理与后处理 的功能集成到智能化设计分析系统中，使得企业 的 CAD/CAE 标准和流程能够固化到系统之中，进 一步加强了企业的流程化和自动化。

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  应用成果

智能化设计分析系统开发完成后，已应用在 实际的底盘开发项目中，产品设计工程师在项目 选型阶段，即可对底盘零部件进行快捷 CAE 分析， 对产品结构进行快捷评估和结构优化，设计分析 系统界面如图 3 所示。
汽车底盘智能化设计分析系统的研发的图2

通过对智能化设计分析系统的应用，发现采 用该系统可以极大地提升用户使用 CATIA CAE 进行仿真分析的效率，并且其分析结果具有一定 的仿真可信度。 

2． 1 智能化设计分析系统的分析效率 

本文以某个传统副车架为例进行分析效率的对比说明。

通常来说，对一个传统副车架进行仿 真分析需要进行的工作主要有:

  零件识别、约束加载准备、焊缝识别、载荷导入、连接创建、约束设 置、分析模型创建及后处理等。
副车架零件和连 接信息复杂多样，经过对手动操作和系统分析的 统计，利用 CATIA CAE 手动操作对此传统副车架 的 3 个工况进行仿真分析，需要约 7． 8 h; 而应用 该智能化系统后，分析工时降低为 0． 4 h，分析效 率在原来基础上提高了 18． 5 倍，效
果显著，如图 4 所示。

汽车底盘智能化设计分析系统的研发的图3

2． 2 智能化设计分析系统的分析结果可信度  

在分析结果可信度方面，由于发动机悬置工 况是底盘性能评估中较为重要的一个工况，本文 以某发动机悬置工况为例进行说明。

由图 5 可以 看到，采用专业 CAE 软件( NASTＲAN) 与采用该智 能化设计分析系统计算，两者得到的最大范式等 效应力所发生的位置基本相同，而且应力云图的 变化趋势基本相同。

智 能化设计分析系统定位即 是在设计前期由产品设计工程师对子系统进行快速设计迭代时发挥作用，为产品设计工程师提供 结构优化参考，所以能够通过该系统的仿真分析 结果来预判最大范式等效应力发生的位置，并进 行横向对比、优化设计，可以基本满足项目及用户的需求。

汽车底盘智能化设计分析系统的研发的图4

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  经济效益

采用该智能化设计分析系统后，分析效率提 升了很多，同时会产生如下经济效益: 

( 1) 通过将专家知识转化为标准和流程，进而 集成到该系统之中，使得企业的标准和流程能够 固化到零部件开发过程中，大大提升了零部件设 计水平; 

( 2) 采用该系统可实现零部件设计和简易仿 真分析的无缝衔接，通过流程和操作的自动化，使 得仿真分析效率提升; 

( 3) 系统将零部件仿真分析简化，同时能够充 分利用分布式工作站进行仿真分析，减少高性能 计算资源的需求，进而节省高性能计算资源购置 的费用。

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结语

通过对汽车底盘智能化设计分析系统的开发 和应用，发现该智能化设计分析系统可以极大地 减少分析工时，从而使得产品设计工程师承担部 分分析迭代工作成为可能，并且带来一定的经济 效益。

因此，对其他汽车子系统的智能化设计分 析系统的开发和应用效果进行研究是值得尝试的。

文章来源：上海汽车
作者：张 伟 张三磊 王光耀


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