CAE仿真分析技术在汽车设计中的应用

　　在很早之前的文章中我们就介绍过CAE分析在汽车设计开发中的作用，那么CAE仿真分析技术在汽车设计中具体可以应用在哪些方面呢?今天华锐欣程就来为大家分享一下CAE仿真分析技术在汽车设计中的应用。

　　CAE在汽车产品设计的质量、寿命、性能和成本等方面发挥强大作用，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。