汽车CAE应用亟待突破

2017-03-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

在汽车发展历史上,至今还没有什么技术能与CAE技术相比,为汽车企业带来巨大的回报。统计结果表明,应用CAE 技术后,新车开发期的费用占开发成本的比例从80%~90%下降到8%~12%。例如:美国福特汽车公司2000年应用CAE后,其新车型开发周期从36个月降低到12~18个月;开发后期设计修改率减少50%;原型车制造和试验成本减少50%;投资收益提高50%。

汽车行业是一个高速发展的行业,其竞争也日趋激烈,在这种情况下,新产品推出的速度也越来越快,这也对行业的CAE应用提出了越来越高的要求。CAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障,可以为企业带来巨大的技术经济效益。

CAE应用分类

在汽车行业,包括整车和零部件企业,哪些部分需要应用到CAE技术呢?笼统地讲,每一个部件都可以做CAE分析,但主要包括以下三大关键部分:

整车。该部分的CAE通常要做运动学、动力学仿真,以模拟如车辆行驶的平顺性、舒适性和可通过性。这需要建立整车的虚拟样机,以确定整车参数。通常要确定的整车参数有:行驶性、操纵稳定性、振动、噪声和舒适性;轮胎、悬架的配备;车身的动静刚度、强度、寿命评价和车身固有频率;驾驶室(乘员室)通风、隔热、噪声;车身外流场特性、发动机舱的气流和热交换;主动安全性与被动安全性水平等。

大总成或者大的子系统。汽车通常划分为四大系统:车身、底盘、发动机、电子电器系统。整车分析确定的参数,分解到各个总成后,需要对各总成进行CAE分析,以确定这些参数可以在各总成实现。

零部件和小总成。这部分主要是对零部件(子总成)做CAE分析,如车门、车门密封条、发动机缸体、悬架、面板、曲轴活塞、进排气系统、轮胎、轮毂等等,以确定它们的力学特性是否符合总体设计要求,或者优化以进一步改进初始设计。

通过对这些关键部分的CAE仿真分析,可以在概念设计阶段就把握好产品的各个方面的性能,排除问题,这对于汽车行业来说极为重要,因为问题发现越早,解决问题的代价就越低。

国内汽车企业CAE应用现状

国际上一些著名的汽车厂家如通用、福特、丰田、日产等以及大的零部件供应商,在整车系统仿真、总成和零部件方面的CAE应用水平比较高,有自己的CAE应用规范和分析流程。而且这些企业长期与专业仿真软件和服务公司合作,共同发展、相互促进。

CAE在中国汽车行业的应用起步于二十世纪80年代中期,历经十几年的缓慢发展,到90年代后期开始加速,目前已经进入飞速发展期。中国汽车工业整车厂主要有中外合资、民营企业、国有企业、国内资本控股企业这些形式,零部件企业有国有、民营、私有、合资、独资等。从这些企业的资本组成形式可以比较清楚地了解这些企业CAE应用的现状和未来发展趋势。

中外合资的汽车以及零部件生产企业的CAE应用水平普遍比较低,因为这些合资企业的产品设计权在国外,他们的CAE应用一般停留在工艺更改后的验证层次,谈不上汽车关键部件的CAE应用,当然随着外国汽车以及零部件公司逐步在中国建立研发中心,他们的CAE的应用会越来越好。

国有汽车企业的CAE应用开始较早,但是发展缓慢,CAE人才流失比较多,有的单位CAE仿真技术应用20几年来还停留在基本分析阶段。民营或者国内股份企业因为没有现成的产品可以生产,开始是仿造,现在有的企业已经有自己的设计能力。有自己设计能力的企业,CAE应用比较好,企业领导层也很重视,而且CAE在关键部件应用水平也相对高。

国内一些自主品牌自主(半自主)开发的车型,对CAE分析的需求和依赖性较强,部件、子系统、整车运动与安全都在进行CAE分析。有的企业借助一些曾经在国外大汽车公司工作的“海归”带回的经验,并结合本企业CAE应用的经验,开始在着手建立自己的CAE应用规范和仿真流程。

轿车企业这方面走的步伐快一些,卡车和客车企业相对迟缓。总体来讲,中国的轿车企业CAE应用水平相对高,卡车次之,客车企业属于起步阶段。

解决应用难题

中国汽车工业高歌猛进,自主研发,自主生产,自主品牌又一次大量见诸媒体。就汽车行业来说,国内汽车厂家所用到的CAE软件跟国外汽车厂家所用的基本一样,那么国内汽车厂家普遍应用水平不高原因在哪里呢?

首先是企业领导对CAE的功能还没有能够充分认识,虽然现在汽车企业领导层普遍认识到CAE非常有用,但是对CAE应用的难度没有充分估计,不少企业认为买回来CAE软件就可以发挥立竿见影的作用,但事实上如果没有经验丰富的CAE人员,很难立刻见到成效;再就是CAE人员的培养问题,CAE分析专家既需要比较深厚的理论基础,也要具有相应行业的工程应用经验,CAE分析人员的培养非常不容易,周期相对较长;还有就是汽车企业通常缺乏自己的CAE分析标准或者规范。

要解决好汽车行业CAE 应用的上述问题,首先,汽车行业相关厂商的领导层要充分认识CAE的作用和难度,特别是后者。软件可以随时购买, 但是使用CAE软件的人从哪里来?是企业从头培养还是从相关行业引进CAE人才?如果是自己培养,那就要有长期见效的心理准备,而且要肯花钱培训CAE人员。当然如果企业想尽快见到成效,可以引进经验丰富的CAE人才,采取引进与自己培养相结合,这是一个较好的途径。

我国汽车CAE应用最大的问题就在于我们的汽车企业没有自己的标准,或者标准不完善,这就导致即使做了CAE分析,也无法有效地评价分析结果这种现象。因此,当企业有了CAE人员之后,就要努力建立企业自己的CAE分析标准。

建立CAE分析标准有两条途径,一是企业通过试验和仿真相互校核,建立相关产品的评价标准;二是利用相关行业已有的经验来辅助建立自己的CAE分析标准。CAE分析标准的建立相当不容易,需要做大量的工作,并且要结合试验结果,这个过程是必须要走的。