闫海东　孙明

摘要：汽车工业的快速发展，使得国内汽车自主研发能力进一步增强，传统的汽车设计方法已不能满足现状，CAE技术逐步成为整车开发中的核心技术。CAE 技术改变了传统的整车开发模式，对于进一步缩短产品的研发周期、降低产品的开发成本具有重要的意义。本文系统阐述了CAE技术在汽车工业中的地位和作用，对CAE技术在汽车产品设计中的应用领域进行了介绍，分析了当前CAE技术的现状，并提出了CAE技术的发展趋势。

关键词：CAE技术；汽车设计；应用

0前言

随着社会经济的发展和居民生活水平的提高，消费者对汽车舒适性提出了更高的要求。CAE技术作为整车开发中的核心技术，在汽车零部件结构设计中发挥着越来越重要的作用。计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）包括工程和制造业的许多方面，主要是指使用计算机对产品进行可靠性分析、性能分析等，并对其潜在运动模式及失效形式进行仿真模拟，发现产品结构设计缺陷，在此基础上对产品进行结构优化以满足产品的可靠性能和耐久性能。

1CAE技术在汽车设计中的作用

CAE技术在汽车产品设计过程中得到了广泛应用，覆盖了汽车设计和制造的各个环节，包括诸如整车振动及疲劳、整车操纵稳定性及平顺性、零部件结构强度等方面。CAE技术的使用极大地提高了产品的设计质量、性能，降低了产品的研发成本，缩短了产品的开发周期。可以说，CAE技术已在汽车产品开发过程中处于无可替代的地位。

CAE 技术在汽车设计开发过程中的作用体现在四个方面：

（1）减少研发成本：传统意义上的汽车产品研发需不断重复设计、试制、测试、改进过程，CAE技术的运用使得汽车产品问题可以通过仿真得以解决，从而提高了设计质量及效率，大幅降低了研发成本；

（2）缩短开发周期：改变了传统汽车产品设计中仅依靠经验进行定性分析的局限，通过使用定量分析可在较短时间内尝试更多设计方案，更快获得最佳产品设计方案，为结构设计工程师提供设计参考，减少设计过程盲目性，从而缩短开发周期；

（3）降低设计研发风险：通过使用CAE技术对汽车产品设计方案阶段的结构和性能进行预先评估，可大大降低新产品的设计研发风险；

（4）优化产品结构：通过CAE技术可进行结构拓扑优化，通过优化汽车产品结构参数以达到轻量化，进一步减轻整车重量，增强整车操纵稳定性和行驶平顺性。

2CAE技术在汽车设计中的应用

2.1汽车产品结构、疲劳及NVH分析

汽车结构、疲劳分析主要包括整车、各子系统及各零部件的强度、刚度和耐久特性等，如进排气系统、底盘系统等子系统的强度、刚度、模态，白车身、副车架、悬置安装支架等零部件的强度、刚度、模态。NVH特性主要是指影响汽车乘坐及驾驶环境的振动噪声性能，主要包括整车、各子系统及各零部件的模态，主要为发动机、路面激励的频率响应分析、噪声分析等。

2.2汽车安全性能分析

汽车的安全性能直接关系到驾驶员及乘客的生命，如何提高车身的防碰撞能力是汽车被动安装亟须解决的问题之一。使用CAE技术对汽车碰撞过程进行仿真模拟，主要包括正碰、侧碰、后碰、40%偏置碰和行人保护等方面。因碰撞属于大变形的非线性问题，实车模拟碰撞往往试验成本较高，仿真模拟可以大幅度降低试验成本。

2.3汽车多体动力学分析

使用多体动力学对汽车动力性能进行仿真，预测并优化整车的动力性能，可提高汽车产品性能，缩短研发周期，降低研发成本。多体动力学主要包括动力学和运动学仿真，主要包括整车的操纵稳定性、平顺性，汽车玻璃的升降功能，雨刮器的运动等。

3CAE技术应用现状及发展趋势

3.1应用现状

CAE技术在我国汽车行业中的应用较广，经过多年的推广和应用，其在汽车产品研发过程中发挥着越来越重要的作用。具体表现在：CAE技术分析方法的精确性和准确性得到了中国汽车企业的普遍认可；CAE分析与CAD设计同步，进一步增强了设计与分析一体化；CAE技术已逐步成为设计过程中必不可少的环节；CAE分析范围不断扩大，对象由零部件到整车、从线弹性分析到多物理场耦合分析。

同国外先进技术相比，国内CAE技术在应用的广度和深度上、理论基础和技术水平上尚存在一定差距。现阶段，我国汽车行业的应用深度不够，团队经验和积累较少，汽车企业普遍缺乏完善的CAE分析标准和流程。基于此，汽车企业要加快自身CAE团队建设，拓宽CAE应用领域，并提高CAE应用深度；建立并完善企业自身的CAE分析流程、规范及评价指标；正确认识试验与CAE分析技术之间的关系，进一步提高CAE分析技术的准确度。

3.2发展趋势

汽车工业作为机械制造业的中坚力量，其能力直接反映了一个国家制造业的发展水平，世界经济强国的发展无不与汽车工业有着极其密切的关系。作为机械制造业的标杆，汽车工业一直以来都是高新技术应用的急先锋。

计算机技术的快速发展，使得计算机仿真软件不断更新完善，进一步强化了CAE技术的应用范畴。更多领域的CAE技术将被应用到汽车工业中，多学科的相互渗透、多场耦合，更系统全面地为汽车产品设计服务；分析对象由宏观向微观发展，无网格有限元技术将代替现有的有限元网格技术，遗传算法、神经网络等优化算法的运用，成为未来CAE发展的趋势；网络化的运用，也极大地促进了CAE技术的发展。

4结论

随着科学技术水平的不断提高，汽车产品设计中将不断地引进CAE技术，并将其普及到各个领域。CAE技术也将最大限度的发挥其自身优势提高汽车产品设计和质量，以其自身的直观性实现汽车设计的真实性，推动自身发展的同时促进汽车设计行业的发展。

参考文献：

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