摘要：現(xiàn)代社會快速發(fā)展，汽車設(shè)計及制造水平全面提升，尤其以CAE技術(shù)為代表的技術(shù)應用，對提升在汽車設(shè)計水平有十分積極的意義。文章闡述了CAE技術(shù)的基本概念，分析了該技術(shù)在汽車設(shè)計中的應用價值。從車架有限元模型構(gòu)建、汽車安全性能分析及定位誤差建模等角度，分析了汽車設(shè)計中CAE技術(shù)的應用要點。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù);汽車設(shè)計;作用

前言：

改革開放以來，我國社會經(jīng)濟全面發(fā)展，人們的生活水平越來越高，汽車消費能力也逐步增強。新形勢下，消費者對汽車的性能、安全、功能性及外觀美觀度等方面都有了更高的要求，汽車設(shè)計水平備受關(guān)注。在當代汽車設(shè)計中，CAE技術(shù)的應用價值越來越受認可，值得相關(guān)從業(yè)者進行深入探究。

一、CAE技術(shù)概述

CAE技術(shù)即計算機輔助工程技術(shù)，是一種建立在計算機軟件、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)計算、信息分析、虛擬模型等方式，為相關(guān)設(shè)計工作提供支持的綜合性技術(shù)。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中，涉及到的設(shè)計要素較多，尤其是在精細化、精密化設(shè)計中，不僅要對各類要素進行科學融合，還要考慮美觀度、實用性、安全性等方面的需求。顯然，傳統(tǒng)單純依靠人員進行設(shè)計，設(shè)計效率和質(zhì)量無法得到保障，甚至完全無法開展設(shè)計工作。從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，CAE與當下各個領(lǐng)域設(shè)計工作中常用的CAD軟件有一定相關(guān)性，但其功能更為強大，且更為智能化，在以汽車、工程為代表的工業(yè)設(shè)計中有非常好的應用前景[1]。

二、CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的作用及應用價值分析

（一）兼顧多方面需求，提高設(shè)計效率

汽車是一種極其復雜的工業(yè)產(chǎn)品，一兩普通家用汽車由超過一萬個不同類型的零件、裝置構(gòu)成。從零部件的結(jié)構(gòu)形式，到各個功能板塊的協(xié)調(diào)運行，再到基于用戶使用場景、維修場景的實用性需求，汽車設(shè)計需要考慮的內(nèi)容非常復雜。顯然，CAE技術(shù)的應用，事實上為設(shè)計人員提供了一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型和技術(shù)模型，有利于快速進行參數(shù)整合、設(shè)計評估。同時，汽車設(shè)計往往需要負責多個板塊的設(shè)計人員進行合作，而CAE技術(shù)應用場景下，可以通過計算機軟件平臺進行多方協(xié)作設(shè)計，提高溝通效率及設(shè)計效率[2]。

（二）降低設(shè)計風險，提高設(shè)計質(zhì)量

汽車系統(tǒng)的設(shè)計，對各個板塊的設(shè)計質(zhì)量要求極高，任何失誤都可能導致后續(xù)汽車制造乃至使用期間出現(xiàn)問題，造成嚴重后果。而在CAE技術(shù)應用背景下，可以基于標準化設(shè)計體系，對設(shè)計過程進行實時監(jiān)測，對出現(xiàn)的異常參數(shù)發(fā)出預警，提醒設(shè)計人員進行處理。同時，在需要用到一些新的設(shè)計思路時，可以通過虛擬模型對設(shè)計思路可行性及合理性進行評估。在設(shè)計環(huán)節(jié)，可以輔助設(shè)計師進行設(shè)計優(yōu)化，提高設(shè)計環(huán)節(jié)的可控性，降低設(shè)計風險。

（三）降低研發(fā)成本，提高行業(yè)效益

現(xiàn)代汽車設(shè)計事實上需要在相對清晰的技術(shù)基礎(chǔ)、市場發(fā)展趨勢背景下，對各類資源進行優(yōu)化配置，在滿足消費者需求、安全標準、技術(shù)應用標準的基礎(chǔ)上，降低研發(fā)成本和造價。CAE技術(shù)的應用，可以便于設(shè)計人員綜合各類技術(shù)、材料及市場分析報告，對設(shè)計方案的直接研發(fā)成本、遠期成本進行分析，甚至可以配合市場部門進行市場前景分析。顯然，這有助于提高汽車工業(yè)設(shè)計水平，降低汽車研發(fā)成本和造價，促進行業(yè)效益的全面提升[3]。

三、CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的應用要點

（一）構(gòu)建車架有限元模型

現(xiàn)代汽車設(shè)計中，車架設(shè)計關(guān)系到汽車技術(shù)結(jié)構(gòu)、外觀效果、安全性能等環(huán)節(jié)，因此在車架設(shè)計中通過使用CAE技術(shù)，構(gòu)建有限元模型。例如，通過CATIA軟件，對汽車車架和主要構(gòu)件進行模型建造，模擬車架梁體、主要承載構(gòu)件及零件結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合各個構(gòu)件的質(zhì)量參數(shù)，模擬質(zhì)心位置[4]。然后，對車架、輪胎及路面邊界，使用剛性單元模擬輪胎，再通過彈簧單元模擬輪胎運行狀況，讓車架結(jié)構(gòu)中各個組件形成有序整體。在安全設(shè)計方面，通過軟件模擬汽車受到垂直沖擊的工況，當壓力作用于車架時，各個構(gòu)建的受力情況及變形情況，借此分析該種設(shè)計方案下車架的靜態(tài)安全因子值。比如，某小型汽車車架設(shè)計環(huán)節(jié)中，通過模擬垂直沖擊工況，得出車架最小靜態(tài)安全因子為1.005，超過材料及車架結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，說明其符合安全要求。然后，再將車架四個輪胎升高0.2m，此時車架本身承受比較大的彎曲及扭轉(zhuǎn)應力，測出縱梁最小靜態(tài)安全因子參數(shù)為0.410，小于車架結(jié)構(gòu)及材料的安全系數(shù)，說明在該工況下車架安全性是不足的，需要進行針對性優(yōu)化。

（二）汽車安全設(shè)計及性能分析

在汽車設(shè)計中，安全設(shè)計是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，從局部到整體設(shè)計，都需要考慮其安全性。汽車碰撞及防撞性能試驗十分重要，傳統(tǒng)設(shè)計工作中，往往要按照設(shè)計方案制造實體樣品來進行碰撞試驗，效率低且會造成研發(fā)成本過高。而通過CAE技術(shù)的應用，可以直接通過軟件模擬各種工況下汽車碰撞時各個位置的受力變形情況，并對安全防護系統(tǒng)的工作狀況進行模擬分析。待持續(xù)優(yōu)化到一個理想方案之后，再進行實物試驗，通過該方式提高了安全設(shè)計效率和質(zhì)量，同時也減少了研發(fā)成本。

（三）汽車定位誤差建模

前文提到，汽車設(shè)計也涉及到大量精密設(shè)計內(nèi)容，各個部件的定位精準性，會直接影響系統(tǒng)功能。在汽車基礎(chǔ)構(gòu)造及功能體系設(shè)計完畢之后，通過CAE軟件模型，對各個部件及零件的定位點進行精確設(shè)計，降低組件定位誤差，確保汽車制造質(zhì)量達到設(shè)計要求。同時，通過全方位、精確性的模擬分析，避免鑄件缺陷，減少試模次數(shù)，縮短汽車研發(fā)周期。這對降低研發(fā)成本、提高汽車企業(yè)市場競爭力，也有積極的意義。

結(jié)束語：

綜上所述，如今社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，汽車工業(yè)也發(fā)展迅速，社會汽車保有量大幅度提升。為了滿足市場越來越高的汽車使用要求，以及多樣化的汽車應用需求，汽車設(shè)計工作越來越復雜化。在汽車設(shè)計中，CAE技術(shù)的科學應用，對提高設(shè)計效率、降低設(shè)計工作壓力有積極意義，同時也有助于縮短汽車產(chǎn)品研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，促進汽車行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉同舟.基于CAE技術(shù)的汽車零部件輕量化設(shè)計研究[J].黑龍江交通科技，2021，44（5）：121，123.

[2]趙戰(zhàn)鋒.基于氣輔注射成型工藝CAE優(yōu)化的汽車手柄模具設(shè)計[J].中國塑料，2020，34（3）：78-84.

[3]王國鋒.CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的應用研究[J].時代汽車，2020（10）：96-97.

[4]何建林，白志鵬.基于Moldflow的汽車前格柵的CAE優(yōu)化分析與模具設(shè)計[J].模具技術(shù)，2019（1）：27-31.

作者簡介：劉釗，1989年6月，男，籍貫山東，碩士學位，工程師，研究方向為NVH和整車操控性能。