LMS公司助力三菱汽車(chē)集團(tuán)開(kāi)發(fā)汽車(chē)平臺(tái)以加速滿(mǎn)足多項(xiàng)指標(biāo)汽車(chē)的上市。控制成本、減輕重量，為客戶(hù)交付高質(zhì)量、高性能和高安全性的汽車(chē)是每個(gè)汽車(chē)OEM廠商追求的目標(biāo)，在汽車(chē)開(kāi)發(fā)早期就對(duì)關(guān)鍵屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，對(duì)于盡快向市場(chǎng)推出創(chuàng)新車(chē)型尤為重要。
更快地將嶄新設(shè)計(jì)的多種變型汽車(chē)推向市場(chǎng)，同時(shí)控制成本，減輕重量，交付高質(zhì)量、高性能和高安全性的汽車(chē)是每個(gè)汽車(chē)OEM廠商追求的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些嚴(yán)峻的目標(biāo)，三菱汽車(chē)集團(tuán)正與LMS公司結(jié)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，共同研究在汽車(chē)開(kāi)發(fā)早期對(duì)關(guān)鍵屬性實(shí)現(xiàn)前瞻性設(shè)計(jì)及優(yōu)化。最近，在LMS公司的支持下，三菱汽車(chē)集團(tuán)在一款新的具有多個(gè)設(shè)計(jì)車(chē)身的小型車(chē)開(kāi)發(fā)平臺(tái)上成功實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)。
迎接開(kāi)發(fā)的挑戰(zhàn)
最近，三菱汽車(chē)集團(tuán)與LMS公司就一項(xiàng)戰(zhàn)略發(fā)展項(xiàng)目達(dá)成共識(shí)，該項(xiàng)目有兩個(gè)目標(biāo)：共同開(kāi)發(fā)一個(gè)適合多個(gè)白車(chē)身要求的全新小型車(chē)平臺(tái)；同時(shí)，基于LMS 突出的仿真能力，建立一個(gè)更優(yōu)、更高效的開(kāi)發(fā)工作流程。該項(xiàng)目關(guān)注于在概念設(shè)計(jì)階段早期進(jìn)行功能屬性設(shè)計(jì)，并且對(duì)各部件和子系統(tǒng)的后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。這使得三菱公司在早期的開(kāi)發(fā)過(guò)程，甚至在詳細(xì)的CAD設(shè)計(jì)之前，就可以消除一系列缺陷和潛在問(wèn)題。
在詳細(xì)設(shè)計(jì)和工程實(shí)施階段，三菱汽車(chē)集團(tuán)和LMS公司還實(shí)施了一套新方法，這使得三菱汽車(chē)集團(tuán)的工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)可以?xún)?yōu)化各個(gè)部件和子系統(tǒng)，可以用比通常少得多的時(shí)間實(shí)現(xiàn)需要的性能指標(biāo)。
概念設(shè)計(jì)
在項(xiàng)目的概念設(shè)計(jì)階段，為了適應(yīng)新平臺(tái)的底盤(pán)設(shè)計(jì)要求，需要開(kāi)發(fā)出4種白車(chē)身的外形。根據(jù)最初的白車(chē)身的外形信息（包括外形和各斷面的形狀），初步的平臺(tái)需要設(shè)計(jì)細(xì)化。同時(shí)，需要詳盡研究第一個(gè)白車(chē)身的概念設(shè)計(jì)，以便為CAD設(shè)計(jì)提供依據(jù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中最主要的挑戰(zhàn)在于，在沒(méi)有任何白車(chē)身數(shù)據(jù)可參考以及很少的汽車(chē)開(kāi)發(fā)平臺(tái)數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行最優(yōu)性能的概念設(shè)計(jì)，包括車(chē)體的剛度、操縱穩(wěn)定性、碰撞性、耐久性以及振動(dòng)、噪聲等。三菱汽車(chē)集團(tuán)和LMS公司致力于特殊的子流程：首先快速建立應(yīng)用于整個(gè)平臺(tái)和適于進(jìn)行不同的屬性研究的白車(chē)身的有限元模型；第二步，獲得為各種屬性分析所需的精確的載荷信息；第三步，運(yùn)用有效的方法找出問(wèn)題點(diǎn)，同時(shí)評(píng)估設(shè)計(jì)修改對(duì)關(guān)鍵屬性的影響。
由于目前還沒(méi)有關(guān)于白車(chē)身的詳細(xì)的模型信息可被用于該平臺(tái)的概念開(kāi)發(fā)，工程師們只有對(duì)舊車(chē)型有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格變形，以滿(mǎn)足不同車(chē)身的新外形，創(chuàng)建仿真模型。LMS 的網(wǎng)格變形功能和基于網(wǎng)格的設(shè)計(jì)功能，可以實(shí)現(xiàn)將一個(gè)既有的有限元網(wǎng)格拉伸成新的目標(biāo)形狀。
通過(guò)將以往車(chē)型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及懸置系統(tǒng)整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)仿真相結(jié)合，可以估算出進(jìn)行耐久性分析所需的載荷。另一方面，實(shí)測(cè)的懸置與發(fā)動(dòng)機(jī)鄰接處的載荷作為振動(dòng)噪聲分析的工況條件。其次，通過(guò)對(duì)由網(wǎng)格變形建立的模型以及獲得的載荷，運(yùn)用多屬性?xún)?yōu)化法可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)平臺(tái)、白車(chē)身設(shè)計(jì)中的缺陷?；谶@些結(jié)果，平臺(tái)的概念設(shè)計(jì)確立下來(lái)的同時(shí)，初步設(shè)計(jì)中就已經(jīng)考慮了車(chē)身的相關(guān)關(guān)鍵性能，包括振動(dòng)、噪聲、聲學(xué)、白車(chē)身剛度、耐久性和碰撞性等。底盤(pán)與發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的布置方案和襯套剛度初值的確定，就已經(jīng)考慮到操穩(wěn)性，如舒適性、擺振, 動(dòng)力裝置的搖晃以及怠速振動(dòng)等。
詳細(xì)設(shè)計(jì)
在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，通用的做法是對(duì)各屬性就CAE模型進(jìn)行逐個(gè)修改和再分析直至模型確定。這一做法通常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要多次循環(huán)來(lái)解決經(jīng)常相互沖突的多個(gè)性能參數(shù)的需求。如車(chē)身重量和碰撞性能、駕駛舒適性和操縱性能。通過(guò)運(yùn)用新的開(kāi)發(fā)方法，三菱汽車(chē)集團(tuán)的工程師采用積木式構(gòu)建的方法將多體動(dòng)力學(xué)仿真與反映了多種部件和子系統(tǒng)車(chē)輛特性的有限元模型相結(jié)合，以詳細(xì)的仿真來(lái)分析出白車(chē)身的缺陷并進(jìn)行改進(jìn)，概念設(shè)計(jì)階段確定的載荷也被應(yīng)用于這一整車(chē)模型進(jìn)行振動(dòng)、噪聲、操穩(wěn)性、耐久性分析。這使得他們能夠快速地洞察一些潛在現(xiàn)象，并且方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇評(píng)估。
為了能在幾個(gè)星期的時(shí)間內(nèi)完成這一過(guò)程，借助LMS Optimization軟件開(kāi)展多屬性?xún)?yōu)化，來(lái)評(píng)價(jià)每個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的貢獻(xiàn)量以及設(shè)計(jì)修改對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的影響。使用這種方法可以開(kāi)發(fā)出最優(yōu)的設(shè)計(jì)，同時(shí)能夠?qū)Χ鄠€(gè)關(guān)鍵屬性進(jìn)行權(quán)衡。例如，通過(guò)同時(shí)考慮行人的安全、汽車(chē)的內(nèi)場(chǎng)聲學(xué)設(shè)計(jì)以及汽車(chē)的操作性使得工程師們可以設(shè)計(jì)出性能更優(yōu)的發(fā)動(dòng)機(jī)頂蓋。為了確保行人的安全，要求頂蓋具有較低的剛度；為了確保最佳的操縱性，應(yīng)該增加前部吸振器連接點(diǎn)的側(cè)面剛性；為了使通過(guò)前風(fēng)擋和儀表盤(pán)傳遞來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)引擎噪音降到最低，車(chē)身結(jié)構(gòu)模態(tài)與車(chē)內(nèi)空腔聲模態(tài)需要綜合考慮等。三菱汽車(chē)集團(tuán)位于日本岡崎的汽車(chē)開(kāi)發(fā)工程中心，CAE和數(shù)字開(kāi)發(fā)部門(mén)經(jīng)理Shiozaki說(shuō)：“在短時(shí)間內(nèi)具有同時(shí)優(yōu)化所有相關(guān)的變量的能力，大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間，也提高了汽車(chē)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量?！?/SPAN>
設(shè)計(jì)確認(rèn)
在確認(rèn)階段，三菱汽車(chē)集團(tuán)應(yīng)用LMS公司的混合仿真法，來(lái)驗(yàn)證汽車(chē)設(shè)計(jì)配置并為修改那些未達(dá)目標(biāo)的功能需求提供指導(dǎo)。通過(guò)LMS 可以將對(duì)實(shí)物原型測(cè)得的力應(yīng)用到仿真模型中來(lái)預(yù)測(cè)車(chē)輛的性能。對(duì)模型可以方便地進(jìn)行許多設(shè)計(jì)更改和再驗(yàn)證，而不再是對(duì)多個(gè)實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行制造、再試驗(yàn)，從而減少了許多實(shí)物試驗(yàn)。例如，為了改進(jìn)內(nèi)部聲學(xué)，采用了一個(gè)包含有副車(chē)架有限元模型的混合模型，該模型通過(guò)基于頻率響應(yīng)函數(shù)(FRF Based Substructure)的子結(jié)構(gòu)綜合得到，通過(guò)施加由試驗(yàn)獲得的載荷，可以預(yù)測(cè)車(chē)底板的振動(dòng)和車(chē)內(nèi)由路面激勵(lì)引起的噪聲。在這些結(jié)果的指導(dǎo)下，三菱汽車(chē)集團(tuán)和LMS公司的工程師們精心匹配了懸置系統(tǒng)的模態(tài)，使之與車(chē)身和副車(chē)架的模態(tài)協(xié)調(diào)，從而降低了車(chē)內(nèi)噪聲水平。混合仿真的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元結(jié)果通過(guò)FBS耦合（FRF Based Substructure），對(duì)于由道路和發(fā)動(dòng)機(jī)引起的噪聲分析時(shí)具有更寬的頻響范圍。使用驗(yàn)證后的仿真模型這一方法，對(duì)于傳統(tǒng)的，在最后階段進(jìn)行大量反復(fù)的樣車(chē)試驗(yàn)，花費(fèi)大量人力、物力尋找出各種問(wèn)題的根源，再通過(guò)設(shè)計(jì)修改來(lái)消除這些問(wèn)題的方法，是一個(gè)極大的突破。
結(jié)束語(yǔ)
Shiozaki表示，這一新過(guò)程的開(kāi)展和使用，使得三菱公司在車(chē)身剛性、駕乘舒適性、操縱性、碰撞性、耐久性以及噪聲、振動(dòng)和平順性等方面有效地滿(mǎn)足汽車(chē)的重要指標(biāo)。另外， 三菱公司縮短了開(kāi)發(fā)整車(chē)實(shí)物原型的周期，避免了在最后對(duì)整車(chē)質(zhì)量進(jìn)行折中妥協(xié)。最后，LMS 中Morping(網(wǎng)格變形)、Structures(結(jié)構(gòu))、Acoustics(聲學(xué))軟件的采用，使得汽車(chē)開(kāi)發(fā)比以往設(shè)計(jì)流程的周期加快了50%。
（轉(zhuǎn)載）
