LMS公司助力三菱汽車集團開發(fā)汽車平臺以加速滿足多項指標汽車的上市。控制成本、減輕重量，為客戶交付高質量、高性能和高安全性的汽車是每個汽車OEM廠商追求的目標，在汽車開發(fā)早期就對關鍵屬性進行設計與優(yōu)化，對于盡快向市場推出創(chuàng)新車型尤為重要。

更快地將嶄新設計的多種變型汽車推向市場，同時控制成本，減輕重量，交付高質量、高性能和高安全性的汽車是每個汽車OEM廠商追求的目標。為了實現(xiàn)這些嚴峻的目標，三菱汽車集團正與LMS公司結成戰(zhàn)略合作伙伴關系，共同研究在汽車開發(fā)早期對關鍵屬性實現(xiàn)前瞻性設計及優(yōu)化。最近，在LMS公司的支持下，三菱汽車集團在一款新的具有多個設計車身的小型車開發(fā)平臺上成功實現(xiàn)了上述目標。

迎接開發(fā)的挑戰(zhàn)

最近，三菱汽車集團與LMS公司就一項戰(zhàn)略發(fā)展項目達成共識，該項目有兩個目標：共同開發(fā)一個適合多個白車身要求的全新小型車平臺；同時，基于LMS 突出的仿真能力，建立一個更優(yōu)、更高效的開發(fā)工作流程。該項目關注于在概念設計階段早期進行功能屬性設計，并且對各部件和子系統(tǒng)的后續(xù)詳細設計提供指導。這使得三菱公司在早期的開發(fā)過程，甚至在詳細的CAD設計之前，就可以消除一系列缺陷和潛在問題。

在詳細設計和工程實施階段，三菱汽車集團和LMS公司還實施了一套新方法，這使得三菱汽車集團的工程師在設計產(chǎn)品的同時可以優(yōu)化各個部件和子系統(tǒng)，可以用比通常少得多的時間實現(xiàn)需要的性能指標。

概念設計

在項目的概念設計階段，為了適應新平臺的底盤設計要求，需要開發(fā)出4種白車身的外形。根據(jù)最初的白車身的外形信息（包括外形和各斷面的形狀），初步的平臺需要設計細化。同時，需要詳盡研究第一個白車身的概念設計，以便為CAD設計提供依據(jù)。設計過程中最主要的挑戰(zhàn)在于，在沒有任何白車身數(shù)據(jù)可參考以及很少的汽車開發(fā)平臺數(shù)據(jù)的情況下進行最優(yōu)性能的概念設計，包括車體的剛度、操縱穩(wěn)定性、碰撞性、耐久性以及振動、噪聲等。三菱汽車集團和LMS公司致力于特殊的子流程：首先快速建立應用于整個平臺和適于進行不同的屬性研究的白車身的有限元模型；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，運用有效的方法找出問題點，同時評估設計修改對關鍵屬性的影響。

由于目前還沒有關于白車身的詳細的模型信息可被用于該平臺的概念開發(fā)，工程師們只有對舊車型有限元模型進行網(wǎng)格變形，以滿足不同車身的新外形，創(chuàng)建仿真模型。LMS 的網(wǎng)格變形功能和基于網(wǎng)格的設計功能，可以實現(xiàn)將一個既有的有限元網(wǎng)格拉伸成新的目標形狀。

通過將以往車型的試驗數(shù)據(jù)，以及懸置系統(tǒng)整車多體動力學仿真相結合，可以估算出進行耐久性分析所需的載荷。另一方面，實測的懸置與發(fā)動機鄰接處的載荷作為振動噪聲分析的工況條件。其次，通過對由網(wǎng)格變形建立的模型以及獲得的載荷，運用多屬性優(yōu)化法可以發(fā)現(xiàn)設計平臺、白車身設計中的缺陷?；谶@些結果，平臺的概念設計確立下來的同時，初步設計中就已經(jīng)考慮了車身的相關關鍵性能，包括振動、噪聲、聲學、白車身剛度、耐久性和碰撞性等。底盤與發(fā)動機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, 動力裝置的搖晃以及怠速振動等。

詳細設計

在詳細設計階段，通用的做法是對各屬性就CAE模型進行逐個修改和再分析直至模型確定。這一做法通常費時費力，需要多次循環(huán)來解決經(jīng)常相互沖突的多個性能參數(shù)的需求。如車身重量和碰撞性能、駕駛舒適性和操縱性能。通過運用新的開發(fā)方法，三菱汽車集團的工程師采用積木式構建的方法將多體動力學仿真與反映了多種部件和子系統(tǒng)車輛特性的有限元模型相結合，以詳細的仿真來分析出白車身的缺陷并進行改進，概念設計階段確定的載荷也被應用于這一整車模型進行振動、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，并且方便地進行設計選擇評估。

為了能在幾個星期的時間內(nèi)完成這一過程，借助LMS Optimization軟件開展多屬性優(yōu)化，來評價每個設計參數(shù)的貢獻量以及設計修改對整個設計的影響。使用這種方法可以開發(fā)出最優(yōu)的設計，同時能夠對多個關鍵屬性進行權衡。例如，通過同時考慮行人的安全、汽車的內(nèi)場聲學設計以及汽車的操作性使得工程師們可以設計出性能更優(yōu)的發(fā)動機頂蓋。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，應該增加前部吸振器連接點的側面剛性；為了使通過前風擋和儀表盤傳遞來的發(fā)動機引擎噪音降到最低，車身結構模態(tài)與車內(nèi)空腔聲模態(tài)需要綜合考慮等。三菱汽車集團位于日本岡崎的汽車開發(fā)工程中心，CAE和數(shù)字開發(fā)部門經(jīng)理Shiozaki說：“在短時間內(nèi)具有同時優(yōu)化所有相關的變量的能力，大大節(jié)省了開發(fā)時間，也提高了汽車設計的整體質量?！?/SPAN>

設計確認

在確認階段，三菱汽車集團應用LMS公司的混合仿真法，來驗證汽車設計配置并為修改那些未達目標的功能需求提供指導。通過LMS 可以將對實物原型測得的力應用到仿真模型中來預測車輛的性能。對模型可以方便地進行許多設計更改和再驗證，而不再是對多個實物樣機進行制造、再試驗，從而減少了許多實物試驗。例如，為了改進內(nèi)部聲學，采用了一個包含有副車架有限元模型的混合模型，該模型通過基于頻率響應函數(shù)(FRF Based Substructure)的子結構綜合得到，通過施加由試驗獲得的載荷，可以預測車底板的振動和車內(nèi)由路面激勵引起的噪聲。在這些結果的指導下，三菱汽車集團和LMS公司的工程師們精心匹配了懸置系統(tǒng)的模態(tài)，使之與車身和副車架的模態(tài)協(xié)調(diào)，從而降低了車內(nèi)噪聲水平?；旌戏抡娴牧硪粋€優(yōu)點是，由試驗數(shù)據(jù)和有限元結果通過FBS耦合（FRF Based Substructure），對于由道路和發(fā)動機引起的噪聲分析時具有更寬的頻響范圍。使用驗證后的仿真模型這一方法，對于傳統(tǒng)的，在最后階段進行大量反復的樣車試驗，花費大量人力、物力尋找出各種問題的根源，再通過設計修改來消除這些問題的方法，是一個極大的突破。

結束語

Shiozaki表示，這一新過程的開展和使用，使得三菱公司在車身剛性、駕乘舒適性、操縱性、碰撞性、耐久性以及噪聲、振動和平順性等方面有效地滿足汽車的重要指標。另外， 三菱公司縮短了開發(fā)整車實物原型的周期，避免了在最后對整車質量進行折中妥協(xié)。最后，LMS 中Morping(網(wǎng)格變形)、Structures(結構)、Acoustics(聲學)軟件的采用，使得汽車開發(fā)比以往設計流程的周期加快了50%。

（轉載）