汽车实验学第9章幻灯片.ppt

第9章　汽车虚拟试验技术 §9-1　汽车虚拟试验场 CAE技术能够满足汽车现代设计的基本要求。 美国工程技术合作公司（ETA公司）推出的虚拟试验场技术（VIRTUAL PROVING GROUND ，以下简称VPG技术）即是一种非常实用的CAE技术。 现代汽车对结构设计提出了越来越高的要求，汽车结构分析已不满足于结构线性弹性分析。实际上汽车结构系统中大量存在非线性结构，例如发动机、驾驶室橡胶支承、悬挂大变形、零部件间连接的能量缓冲等。 在产品要求精益设计的条件下，只应用线性分析普遍感到不足。产品开发要求CAE更多地考虑非线性影响。 其次，汽车零部件结构分析的一个难点是分析载荷的不定因素，大量零部件结构实际所受到的载荷到底是多大，往往很难明确给出。对此过去往往应用对比分析法，但这越来越不适应越来越高的设计要求。 第三，汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段，这要求汽车在设计的使用期内，整车和零部件完好，不产生疲劳破坏，而达到使用期后（例如轿车一般设计寿命为八年），零部件尽可能多地达到损伤，以求产品轻量化，节约材料和节省能源。这也对CAE分析提出了使用真实载荷的要求。 汽车整车性能，如舒适性、行驶操纵稳定性分析也不仅仅满足于结构刚性简化，还要求考虑结构变形刚度影响，进行整车非线性系统分析，以达到动态参数设计的目标。 VPG技术简介 1）分析对象不再是分开的各个零部件，而是包括车身FEM模型、悬挂系（弹簧、减振器、动力控制臂）、转向梯形、车轮轮胎等整车非线性系统模型。这样，车身和悬挂系统与转向系统间难以明确的作用力关系已包含在分析模型之内。 整车分析模型 2）分析模型数据库化。众所周知，计算模型建模工作量是很大的。但是，除车身模型是车型分析时必须建立的模型，悬挂结构、转向机构和轮胎是完全可以实现数据库化的。这是因为，这些结构对轿车来说，结构形式基本可以归纳成几种基本类型和数量有限的几个参数来描述。用户只需选择结构类型，给出参数即可产生计算模型。 当前悬挂数据库保存有McPherson液压减振器Strut、长短臂Short-long Arm、Hotchkiss渐变叶片弹簧(Leaf Spring)、后拖臂Trailing Arm、五连杆5-link、四连杆Quadra Link和扭杆Twist Beam 等十种结构数据库。另外，VPG还提供对Adams接口，导入兼容的Adams悬架模型。 3）提供了全面的路面载荷。VPG软件提供了标准典型的路面模型，是通常整车试验标准考核路面。 例如：交替摆动路面(Alternate Roll)、槽形路(Pothole Tracks)、鹅卵石路(Cobblestone Tracks)、大扭曲路(Body Twist Lane)、波纹路(Ripple Tracks)、搓板路(Washboards)以及比利时石块(Belgian Block)等。 4）从分析内容方面讲，VPG计算技术分析内容是多样化的。一个分析模型可以进行疲劳寿命计算、振动噪声分析计算、车辆碰撞历程仿真、碰撞时乘员安全保护等多种结构非线性分析。同时还可以进行整车非线性运动学和动力学计算，用来进行整车舒适性、高速行驶性能和操纵稳定性研究。 疲劳分析可以根据计算结果整理出疲劳曲线进行寿命预测。 振动噪声计算结果可以进行富利叶变换，进行NVH评价。 碰撞仿真结果用于结构碰撞性能研究和依据FMVSS 法规对乘员的安全作出评价。 运动学和动力学计算可输出内外轮角（Ackerman Angle）、转动半径（Turn Radius）、内倾刚度（Roll Stiffness）、回转半径（Scrnb Radius）、前束角（Toe Angle）、内倾（Kingpin Inclination）、刹车点头和加速沉尾（Anti-dive/Anti-lift）、外倾角（Camber Angle）、后倾角（Caster Angle）和纵向摆动（Front/Rear Roll）等参数，进行整车性能评价。 VPG自动焊点处理工具 小型车搓板路振动分析和NVH评价，将时间域信号变换为频率域进行NVH评价 悬挂系统运动学仿真，蛇形行驶试验的仿真模型和结果 假人定位工具 安全带生成方式 5）求解器是基于高度非线性软件 LS－DYNA进行整车系统非线性分析。从这个角度看，VPG技术是一个高度非线性分析软件的一个汽车专用接口软件和支持它的数据库。 6）计算结果后处理完全基于现代计算机图式化平台上，可以产生实时动画、疲劳预测、应力应变图、数据信号变换、绘制数据曲线图形等。 §9-2　汽车虚拟试验实例 我们以某一车型的载荷预测为例，简单阐述目前所采用的虚拟试验的过程。 （ 1）下图中所展示的是某车型的前悬架数字模型，该模型包含所有悬架部件，也包含了所有的促动