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西门子工程咨询服务团队解决方案之车身柔性技术

2022-05-27 16:48:19·  来源：Simcenter ECS 工程咨询服务  作者：彭文华  
　
随着全球环保法规越来越严苛，对汽车的排放指标也日趋严格，这就给汽车的设计和研发提出了更高的要求。一方面要保证车辆的性能越来越好，另一方面还要保证更少的

随着全球环保法规越来越严苛，对汽车的排放指标也日趋严格，这就给汽车的设计和研发提出了更高的要求。一方面要保证车辆的性能越来越好，另一方面还要保证更少的CO2排放。因此，要求车辆设计要尽可能地轻，从而更大程度上减少油耗。对车辆减重来说，车身的减重一直是车辆研发中的重要课题。因为在车辆部件中，车身质量几乎占了整车总质量的25%左右。车身减重的方案一般有减薄或者应用新的不同的材料等，但是这些措施可能带来潜在的结果：降低车身刚度。众所周知，高车身刚度对多学科性能非常重要：NVH，舒适性，车辆动力学，等等。因此，车身减重设计需要考虑多种多样的性能属性，进行多属性的优化，这就需要对车身设计提出多属性平衡设计的目标：NVH，舒适性，操纵性等。


本文概要地阐述车身柔性是如何影响车辆的行驶动力学性能的，包括主观驾驶体验。目前对于车身柔性对操纵性能的影响的研究并不是很多，没有系统的测试和仿真技术，没有建立车辆主观评价和客观测试之间的联系，导致无法清晰地理解车身柔性和操纵性能之间的关系。西门子工程服务经过多年的研究和积累，形成了一套完整的车身柔性技术研究解决方案，能够更好地帮助客户理解车身柔性和操纵性能之间的关系，同时对多属性设计的目标：NVH，舒适性，操纵性等进行平衡和优化分析。


01技术需求

西门子工程咨询与服务之车身柔性技术可以满足客户以下技术需求：


1. 车身柔性与操纵性能的物理参数识别

2. 建立主观和客观参数之间的联系

3. 开发一种更快的测试方法

4. 加大对低侧向加速度性能的研究 (中心区域响应分析)

5. 悬架非线性识别

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图1：车身柔性技术客户需求


02方法和技术


通过Simcenter仿真与测试相结合，深入研究车身刚度与行驶动力学性能之间的关系，主要有两种方法：


  1. 基于应变测量的悬架到车身时域载荷识别的试验技术，设计修改对车身载荷的影响清晰可见，提供设计修改是如何影响行驶动力学性能变化的反馈。

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图2：车身时域载荷识别试验技术


2. 将车身载荷与车身模态模型相结合，允许操纵过程中车身变形的可视化，分析车身变形的主要贡献者-识别薄弱点，量化设计修改的影响。

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图3：车身载荷识别仿真技术



03解决方案和工程服务


基于Simcenter仿真和测试技术，西门子提供以下工程咨询与服务技术方案：
1. 整车车身和底盘分析与评价    1）机构识别:         a.关联车身参数 – 操纵性         b.车身客观影响参数         c. 车身薄弱点    2) 竞品车评价

         a. 参考载荷

         b. 车身参考信息


  • 案例1：评估不同车身概念设计以更好地平衡车辆动力学和NVH性能


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图4：车身模态贡献量分析


车身设计修改带来的的明显影响：减少总硬点偏移，这是通过显著减少局部模态（局部柔性）贡献量来实现的。


  • 案例2：通过优化车身特性提高车辆动力学性能，车身弱点分析, 车身设计修改定义和评估

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图5：车身模态，载荷与操稳性能分析


  • 案例3：识别车身刚度对主观评价的影响，载荷和变形分析以识别车身刚度和车辆性能的机理

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图6：车身柔性对整车性能影响的主客观评价


2. 车身刚度特性分析与评价

     1)量化车身刚度

        a. 车身整体和局部刚度

        b. 模态贡献量分析

        c. 测试和有限元仿真对比分析

     2) 竞品车评价

        a. 刚度特性分析

        b. 变形特性分析


提供如下车身刚度评价工程咨询与服务：

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图7：车身刚度特性分析与评价


04总结


西门子工程咨询与服务基于西门子数字化工业软件Simcenter工具组合，利用仿真软件Simcenter 3D和测试设备SCADAS以及Simcenter Test.Lab试验分析软件，融合多年来的研究和工程项目经验，通过快速测试评价车身设计修改和对标，基于多体模型/CAE模型的车身柔性分析，识别主、客观评价的关系，从而实现最佳车辆性能的车身目标设定，帮助客户解决以下4个方面的关键性问题：

  1. 识别客观变化参数

  2. 理解参数变化对性能的影响

  3. 建立与主观评价的联系

  4. 识别车身对操纵性的影响


在此基础上，对多属性设计的目标：NVH，舒适性，操纵性等进行平衡和优化分析，提供完整的车身柔性设计和开发流程。

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