汽車VPD技術(shù)面面觀

1、汽車VPD技術(shù)面面觀作者：MSC.Software安全性問題競爭優(yōu)勢全球汽車工業(yè)對汽車安全性越來越重視，與安全強制法規(guī)相關(guān)的試驗也在大量增加。目前碰撞安全問題在碰撞前、碰撞中和碰撞后階段同時展開研究。在碰撞前階段利用主動避撞系統(tǒng)； 在碰撞中階段利用車身結(jié)構(gòu)、氣囊展開、安全帶張緊等措施減小傷害；在碰撞后階段，主要關(guān)心油箱是否破裂以防止爆炸或起火。MSC.Software虛擬產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能夠?qū)γ恳粋€階段進行設(shè)計研究。碰撞前階段避免碰撞發(fā)生當然是車輛交通中最有效的降低傷亡的方法。而車輛的行為，例如車輛打滑、 側(cè)翻、或者車輪遇到冰路面將會發(fā)生何種狀況等等可以利用虛擬樣機來預(yù)測。在ADAMS/Car中結(jié)

2、合多剛體和控制的仿真可以模擬從主動懸架到ABS制動器等系統(tǒng)的試驗 來增加主動安全性。通過同步調(diào)整機械、控制系統(tǒng)對車輛進行優(yōu)化，可以大大縮短設(shè)計周期。Phases of an accidentLnne clidiige event: gntpl sy3.lem dewiqii lor vehicle slab) kt yTruck hitting ahcjht pole： 3kle Impact armtysis lor itfLietufal inltjfiyStudy fuel Link in tegrity: consider fuel filghini碰撞中階段一旦碰撞不可避免，氣囊展開

3、和座椅安全帶的預(yù)張緊就成為減小傷害的關(guān)鍵因素，虛擬產(chǎn)品開發(fā)能夠?qū)@些系統(tǒng)進行優(yōu)化。氣囊展開可以利用SimOffice中的MSC Dytran，安全帶約束系統(tǒng)的力可以利用多體仿真分析軟件。在樣車建造和法規(guī)試驗之前進行虛擬試驗可以大大地降低開發(fā)費用。法規(guī)試驗中車輛各種性能可以用SimOffice中提供的有限元方法來進行精確地預(yù)測和研究。碰撞仿真流程通常需要大量人力，管理仿真產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)也是一個挑戰(zhàn)。模型組裝、質(zhì)量檢查、定義工況、報告準備等方面如果引入流程自動化和數(shù)據(jù)管理則可以節(jié)省大量的人力。MSC.Software 是領(lǐng)先的流程管理和自動化工具供應(yīng)商，其產(chǎn)品 MSC SOFY 和MSCSimMa

4、 nager都提供了汽車碰撞流程自動化的環(huán)境。將工作流程確定下來并進行客戶化配 置后，軟件工具可以自動地生成代碼來指導(dǎo)用戶完成工作流程。例如，德國寶馬(BMW)公司利用MSC SimManager建立碰撞仿真自動化流程，管理海量仿真數(shù)據(jù)，并且可以和供應(yīng) 商合作，使供應(yīng)商可以上載各自相關(guān)的部件。LSTC公司的領(lǐng)先的碰撞求解器 LS-Dyna可以通過MSC Nastran (Sol700 )的標準格式來 調(diào)用。因此，適撞性和顯著非線性問題都可以采用和NVH部門同樣的模型，這樣通過不同部門的協(xié)作可以節(jié)省大量的時間和費用。碰撞后階段避免碰撞后起火取決于供油系統(tǒng)的完整性，該項安全要求已在美國安全法規(guī)FM

5、VSS301中有明確規(guī)定。車輛碰撞后的燃油泄漏必須避免，MSC.Dytra n采用拉格朗日和歐拉技術(shù)，可以模擬碰撞中和碰撞后油箱的液固作用、結(jié)構(gòu)大變形、結(jié)構(gòu)接觸等問題。MSC.SimManager也可以集成到碰撞后開發(fā)流程中，一級供應(yīng)商TI汽車公司采用MSC.SimMa nager管理油箱開發(fā)過程中的沖擊、壓力真空、跌落、下陷等試驗。Blow MoldSimulationsReverseDesign andEngineeringDrop TestSimulationsDIVE ri 9Burst TestSimulationsDesik / Engineeringand Mvnufiwturt

6、ngSag AnalysisSimulationsb. Af a.Mm.VBrfkaBWtavqPressureVacuum TestSimuiatiovisVirtue PrototypesV-Dhgrom -5.55t+90 血+00 -?k53c+0E3 -I.09-+DJ.3?k+0L -JJc+01 -LFtr+31 -? - -ID +1耐久性門戶對于不斷縮減開發(fā)周期的要求，耐久性問題最后的解決方案是促進更多的協(xié)作。合作可以表現(xiàn)為許多形式，MSC.SimMa nager 進行流程自動化，通過捕獲整個工程流程可以讓經(jīng)驗少 的工程師在短時間內(nèi)效率加倍，經(jīng)驗豐富的工程師可以集中于更高層次

7、的研究。W*站詼的NVH問題分水嶺汽車制造商已經(jīng)開始意識到投放市場的車輛聲學性能的重要性。在當今競爭激烈的市場上，NVH性能是車輛好壞的分水嶺，并且對用戶整體滿意度影響很大。汽車廠商和零部件供應(yīng)商希望在開發(fā)中更早的階段就了解到其產(chǎn)品的NVH性能，這必須要求車輛動力學和NVH等不同學科之間，以及制造商和供應(yīng)商之間的通力協(xié)作。NVH VPD leclHUJtony hendvOHzIM Hz1000衡量汽車NVH性能的指標包括主客觀性能在內(nèi)有幾十種，雖然物理試驗仍舊在廣泛使用， 但是虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)愈來愈廣泛地在開發(fā)設(shè)計更早階段得到應(yīng)用，跨學科的虛擬產(chǎn)品開發(fā)可以比較均衡地達到車輛的整體性能。概念設(shè)

8、計階段的 NVH在設(shè)計階段各種性能之間必須做出折衷，車輛開發(fā)面臨著要把動力學分析的懸架模型和概念設(shè)計階段的車身模型進行組裝并預(yù)測其整體性能的挑戰(zhàn)。MSC.Sofware具備完善的多體和有限元解決方案，并與領(lǐng)先的制造商合作改進、整合這些開發(fā)環(huán)境，在設(shè)計開發(fā)的早期就得 到整車的振動性能。目前， MSC ADAMS已作為汽車行業(yè)車輛動力學的標準仿真技術(shù)廣泛 應(yīng)用于NVH仿真。創(chuàng)新的NVH解決方案NVH性能不僅僅和振動響應(yīng)相關(guān)，而且也和車輛的內(nèi)部噪聲密切相關(guān)。虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境 下的MSC SOFY可以方便地組裝振動和聲學的車身模型，包括結(jié)構(gòu)和流體的自動耦合，頻 率可到200Hz。 MSC SOFY和M

9、SC Actran求解器相結(jié)合，可以精確識別裝飾件及其內(nèi)含 物的聲學吸收特性。MSC.Software的用戶正應(yīng)用這種 VPD開發(fā)環(huán)境來得到高真實度的模 型，并可將供應(yīng)商的裝飾部件的影響納入到整車模型中來。聲學問題計算長期以來，進行系統(tǒng)級的聲學仿真的最大限制因素是過長的計算時間?，F(xiàn)在，MSC Nastran的自動部件模態(tài)綜合技術(shù)（ACMS ），可以將車身NVH仿真的時間縮減到可接受的范圍而不影響結(jié)果的精度，可方便地納入到工程流程中去。動力傳動系問題創(chuàng)新的費用當前，促使動力傳動系不斷創(chuàng)新的因素是降低二氧化碳排放、燃油燃燒率提高、排放法規(guī)以及減少車主的支出。新的創(chuàng)新概念如尺寸縮小、可變壓縮比、多種

10、燃油能力、混合動力、燃 料電池可以用來達到更嚴格的目標。然而，采用傳統(tǒng)的開發(fā)策略，會大大增加時間和費用。因此需要新的開發(fā)策略在規(guī)定的時間和費用范圍內(nèi)完成系統(tǒng)的開發(fā)。CAE已證明了其在設(shè)計滿足目標性能方面的能力。包括從模型建造、仿真到報告生成的應(yīng) 用，已經(jīng)具備了集成的開發(fā)流程并縮短了開發(fā)時間。所以，僅僅關(guān)注求解器和報告生成器的效率是不夠的，必須以最優(yōu)的方式將這些重要方面結(jié)合起來。為了加強動力傳動系市場，MSC.Software 與 FEV Motorentechnik GmbH（Aachen,德國）建立了開發(fā)合作伙伴關(guān)系，重點為動力傳動系的機械仿真。保證結(jié)構(gòu)可靠性正在開發(fā)的發(fā)動機需要滿足將來要求

11、的高功率、低排放、承受更高的熱載荷及峰值點火壓力。載荷材料特性以滿在更短的開發(fā)周期內(nèi)，需要采取新的方法研究高負荷發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、足耐久性目標。此領(lǐng)域一般采用非線性 有限元分析，但是一直面對復(fù)雜模型處理時間太長的 問題，比如CAD模型清理、網(wǎng)格劃分等等。MSC GS-Mesher可以自動化快速劃分網(wǎng)格，同時縮減模型清理的時間達到60 %。過程自動化還可快速處理邊界條件和建立分析。 MSC Marc/MSC Nastra n S0I6OO 的接觸建模能力 和區(qū)域分解并行計算（DDM ）大大提高了求解效率。輕量化發(fā)動機設(shè)計的另一個挑戰(zhàn)是在不犧牲耐久性的前提下，減小整體重量。考慮到逐漸增加的壓力峰值

12、和熱載，實現(xiàn)這些目標越來越難。 通過FEV加強的ADAMS/Engine 結(jié)合MSC.Nastran 可以精確地預(yù)測載荷和應(yīng)力。發(fā)動機不同旋轉(zhuǎn)速度下的時間歷程作為疲勞分析軟件如MSC.Fatigue , FE-Fatigue的輸入，這個過程提供了諸如曲軸關(guān)鍵部位考慮安全因子的結(jié)果。動力傳動系NVH發(fā)動機和傳動系產(chǎn)生的噪聲對車內(nèi)噪聲和路過噪聲影響很大，低噪聲發(fā)動機的設(shè)計越來越重要。不斷縮短的開發(fā)周期要求在開發(fā)過程早期要采用先進的噪聲預(yù)測方法。MSC.Sofware的虛擬產(chǎn)品開發(fā)平臺全面地解決動力傳動系的聲學問題，包括從燃燒產(chǎn)生的軸承載荷、輻射表面振動的計算到后續(xù)振動向自由空間的輻射等。Power

13、train NVH proems; Engine Oitpan Acoustic Radidtion精確輸入和仿真降低噪聲首先要準確確定燃燒引起的軸承載荷，并傳遞到產(chǎn)生輻射的發(fā)動機部件。通常這些數(shù)據(jù)由物理試驗得到，這就限制了動力傳遞系的優(yōu)化。通過使用發(fā)動機虛擬樣機，包括彈性的曲軸、缸體、發(fā)動機懸置，可以獲得高真實度的軸承載荷，能夠代表載荷頻率成分的影響，所得頻域結(jié)果作為輻射部件頻率響應(yīng)分析以確定其表面位移?！?FEV負責與MSC/Engine開發(fā)的Mrtin Rebbert 博士說。Aaoustlc modelCalcuJatitHi dufi YisuakiEiCTi01拊口 ii n憶打sdund從表面速度到輻射功率聲輻射仿真由于太耗費計算資源，經(jīng)常在開發(fā)周期末進行，一般僅僅是評價表面振動水平。這些振動給出發(fā)動機表面機械能的分布，只有聲學計算能夠知道其中多少能量轉(zhuǎn)換為聲輻射能。外部聲學創(chuàng)新技術(shù)結(jié)合數(shù)值技術(shù)的進步，使得完全基于VPD技術(shù)的聲學優(yōu)化成為現(xiàn)實。傳動系振動除輻射問題外，另一類為傳動系振動問題。這些復(fù)雜的振動可能由從變速箱到車橋以及其間 的傳動軸等任何部位所造成，并且通常由物理試驗來研究?，F(xiàn)在，VPD技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于此領(lǐng)域來降低振動和其它相關(guān)問題。例如，Hon