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厉害了 揭秘汽车设计中CAE仿真技术

在汽车研发中CAE计算机仿真技术有着重要意义,随着行业竞争的加剧,产品更新速度越来越快。CAE在产品设计的质量、寿命、性能和成本等方面发挥着更加重要的作用,CAE为汽车行业的高速发展提供了具有中心价值地位的技术保障,避免传统上的设计—试制—测试—改进设计—再试制的重复过程,为企业带来巨大经济效益。

在整车CAE仿真中,带内饰车身的仿真是核心内容之一。带内饰车身是将整车从软连接处(弹簧、衬套)断开,去除动力总成和底盘系统后剩下的部分,专业术语为Trimmed Body(下面简称TB)。主要包括白车身、门盖系统、座椅系统、内外饰系统、转向系统、副车架和电子电器件等,能够较好的反映整车状态下的车身状况。以T300车型开发中的TB NVH仿真为例,主要研究模态、动力总成与底盘安装点的激励到车内响应点之间的噪声传递函数(NTF)、振动传递函数(VTF)等。众泰工程师在T300开发处于数据阶段时,就能够预测设计中存在的NVH性能风险,并通过NVH仿真找到最佳优化方案,提升T300的NVH性能。

搭建模型是进行Trimmed Body仿真的第一步,工程师将T300数据导入软件中。由于车身主要由薄板件构成,因此采取用薄板中间平面代替薄板的方式进行网格模型建立,并对各个子系统进行合理的简化,并将各个子系统进行连接,得到T300 Trimmed Body 模型。模型共由245万个网格单元组成,整个TB建模需要白车身、门盖系统、内外饰系统、电器系统等方面的Catia数据。

搭建完模型后,工程师才能启动进一步的仿真分析。NVH仿真主要进行三方面的分析:其中TB模态仿真是为了考察带内饰车身固有频率和振型,了解动态特性,为解决噪声、振动问题提供参考依据;TB噪声传递函数分析是在单位力的作用下车内响应点的声压值, TB振动传递函数是在单位力的作用下车内响应点的振动值。

模态分析作为整车NVH分析的一个基础环节,对整车NVH性能管控起着关键的作用。模态分析能够反映出结构在低频范围内的振动问题,尤其对避开路面和发动机激励尤为重要。将T300模型投入到求解器中进行计算得到T300车型的模态图、振动传递函数曲线图、噪声传递函数曲线图。

分析车身整体或局部在各频率下的运动模态情况时,为了方便观察,通常会将运动模态放大处理。在模态振型图中颜色越冷代表着振动越小,颜色越暖的地方表示振动越大。这时,工程师们就可以通过暖色调部分查看该位置是否存在问题,并对其进行优化直到该阶模态达到设定的目标为止。在后背门的设计过程中,如果后背门模态偏低,会导致其行驶过程中振动过于激烈,密封性及其抵抗变形的能力差,引起车内轰鸣声。

车身上的具有较大平面的钣金件(如地板、顶盖、前围板)如果模态偏低,会导致与发动机或者路面激励耦合产生共振,造成车内轰鸣声,影响整车NVH性能。

车身在整车的NVH性能中有着重要影响,不论是来自路面的噪声,还是来自发动机的噪声,都是通过车身传递给乘员。所以对车身与底盘之间的主要连接区域进行噪声传递函数分析,以便找到对NVH特性影响比较大的关键零部件,预测噪声水平,并采取相应的措施有效地抑制噪声传入车内,从而降低车内噪声。针对某一峰值下噪声传递函数超标问题,在该频率下进行节点贡献量分析。

针对某频率响应(产生振动和噪声)峰值超标问题,工程师们会找到该频率附近几阶模态,并求得其附近几阶模态的总和,对其进行工作变形模态分析(ODS分析),能够有效地解决该频率下响应较大的问题。

对于车内振动来说,人们最为关心的是低频振动。从其产生的机理可以看出它与整车结构设计有很大的直接关系,它是在从零部件向整车的整合过程中带来的问题。设计阶段,NVH仿真可以通过对有限元模型进行振动传递函数(VTF)分析,找到在设计阶段存在的问题,可以有效地抑制汽车低频抖动的问题,提高车内乘员的舒适性。

目前众泰汽车工程研究院已经建立了科学而完整的CAE仿真研发体系,通过CAE仿真技术的运用,众泰汽车大幅提高了研发中的设计质量和效率,减少车型设计修改时的盲目性。同时积累了大量的仿真试验数据和技术参数,进一步提升了研发中的设计能力。

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