大家好，我是團長。
我喜歡寫點東西，尤其是在下雨天。
坐在窗邊，拿出電腦來便選個話題繼續寫。為什麼是選個話題呢？因為我平常會想到很多的點子，但因為時間關係或者素材不足，就只能隨意寫幾句，便放到草稿箱裡，等到什麼時候有空了就再補補。日積月累下，其實已經有很多草稿了。這次準備補完的呢，正是3個月前存了草稿，後來又完善過兩次內容的，關於CAE在整車開發中的應用地圖。
寫這篇內容，不是為了搏人眼球，而是想對自己有個交代。不知不覺在這個行業好多年，接觸頗多，卻也總是些片段，絲絲縷縷，星星點點，不成系統。心中沒有地圖，腳下的路就像是缺乏方向，經常對一些新生的概念趨之若鶩，比如機器學習、比如大數據等，浪費了不少時間。在自己的所學所知沒形成穩定的系統前，往新領域的探索都如空中樓閣、無根之木一樣脆弱。有感於此，才想整理這個讓自己又愛又恨的CAE技術在汽車行業中的應用地圖。但願對同行的朋友們也有所幫助。
不碎碎念了，以下是正文。
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本文目錄：
1、CAE分析的生命周期
2、CAE分析的五大領域
2.1、剛強度分析
2.2、NVH分析
2.3、疲勞耐久分析
2.4、碰撞安全分析
2.5、汽車流場分析
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1、CAE分析的生命周期
一般來講，整車開發大都逃不過以下6個階段：
產品戰略階段概念設計階段詳細設計階段樣車階段投產階段改進階段
那麼CAE在整車開發中會出現在哪些階段呢？
答案是有結構設計的地方就有CAE存在，結構設計與CAE如膠似漆、雙宿雙飛。而以上6各階段的後面5個階段都是存在設計的。我們來腦補一下以下場面。
概念設計時，畫師隨手在車腰上勾勒出一道銳利的腰線，好看多了，但是會不會影響空氣動力學呢？好吧，拿以前的車型試算一下就知道了。
詳細設計時，外觀已經定了，但裡面的骨架還沒定，骨頭怎麼設計比較結實還省錢呢？好吧，通通算一遍。
樣車階段，終於手工打造出來個樣車給領導看看，馬馬虎虎，問題頗多，哪裡有問題改哪裡。隨便動一動哪裡的結構，結果怎麼樣呢，先計算跑一遍，有風險再改，最後實驗落地去驗證一下。
投產階段時，工人發現打焊點的角度刁鑽得很，焊槍伸不進去，這個時候結構大多已經定型了，不能再大改了，那就開個通過孔吧，讓焊槍能伸進去，開個孔有影響嗎？不好說，那就計算再算一下吧。
改進階段時，用戶拿到車，開起來總覺得車門裡面有異響，反饋給4S店，4S店反饋給主機廠，主機廠找到工程師，說，這個客戶反饋很嚴重，你給我找出來異響的原因。然後模態你給我算一算吧。
好吧，以上僅僅是舉個例子，實際設計工作中的么蛾子可不止這麼一點，品類繁多還不重樣的bug讓計算工程師們疲於奔命，摳掉一地頭髮。
如此說來，CAE主要分布於概念設計階段、詳細設計階段、樣車階段、投產階段、改進階段。當然，CAE固然重要但也並不是一枝獨秀，CAE作為計算機輔助工程，也只能是這幾個階段中的一小部分，有CAE則必有設計，有設計則總是需要CAE來輔助，設計出來的產品需要製造，製造出來後又需要試驗來驗證，因此設計-CAE-實驗，構成一個產品設計的迴路。
為什麼這個迴路裡一定要有CAE呢？
總不能每次改一下結構就要造出來一輛車去撞一撞驗證結構設計是否可行吧。單純的【設計+實驗】的迴路太費時間也太燒錢了。
所以CAE一出來的作用就是取代實驗的，但能否真的取代實驗呢？還是不能的，因為大多時候CAE出來的結果是不被相信的，而且CAE的準確性也需要實驗來不斷優化。那麼最理想的開發流程就是，CAE和設計之間形成迴路，最後用實驗驗證設計成果，一次性通過，省錢省時，皆大歡喜。
好，講到這裡，我們大致清楚了CAE在整車開發中的定位以及作用了。
那麼CAE到底負責些什麼內容呢？
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2、CAE在整車開發中的五大領域
傳統的汽車CAE分析也不過就那幾塊，我們按照計算類型的不同來進行分類，就是汽車界鼎鼎大名的CAE五大領域。
剛強度分析NVH分析耐久性分析碰撞安全分析流體分析
我們一個一個來說。
2.1
剛強度分析
剛度的概念是結構在正常工作時的許可變形量，用剛度表示結構抵抗變形的能力, 剛度是結構在外力作用下發生單位變形所需要的力。我們更關注變形量。簡單來說剛度好就是變形量不能大。
強度的概念是結構在正常工作時能承受的載荷，一般用工作應力的峰值來表示結構強度的水平。我們更關注應力是否超過材料本身的屈服極限或者強度極限。簡單來說強度好就是不能壞。
剛度和強度可能完全是同一個模型，只是我們關注的點不一樣而已。很多時候，工程師是兩個點（宏觀變形量，微觀應力）都關注的，因此，剛度強度也就不區分了，乾脆合到一起，叫剛強度了。
剛強度分析最常見的樣子，就是給某個零件或者某個總成加一個力，看它有多大變形。如下：
簡單的模型可以只分析單獨一個零件，複雜起來可以分析整車模型，各有各的約束，各有各的加載，因此，汽車界的剛強度分析領域，簡直無法細說。分門別類的羅列出來要你算的話，嚇暈都不為過。
簡單感受下：
2.2
NVH分析
什麼是NVH分析？
汽車在外載荷（路面激勵、發動機的怠速和工作轉速的激勵）的作用下發生振動，用有限元分析的方法識別汽車結構的模態參數（振型、頻率和阻尼），對汽車結構的振動噪聲和舒適性（NVH，Noise、Vibration，Harshness）進行分析。
專業術語有點多，你看不懂，我不怪你。但不妨礙你理解以下使用場景。當你開個奧拓經過道路減速區，肯定會被震得七葷八素，方向盤抖握不穩，但同樣的，你開個奧迪經過減速區，卻感覺如履平地，為什麼呢，因為奧拓和奧迪面對同樣的路面激勵，產生的振動是不一樣的，這個呢就是個簡單的NVH實例。好的NVH設計，會讓車內的人感覺到更平穩，更安靜，更舒服。
所以，最常見的NVH模型就是給整車加一個路面輸入。這個路面可以是各種各樣複雜的路面，比如進地庫時的搓衣板路面、比如鵝卵石路面等，工程師們採集汽車經過這些路面時車輪受到的激勵，將這些激勵作為輸入加到計算模型中，藉此查看模型在激勵下的反應。一般來說，激勵是一種振動信號，反應多是查看振動的幅度，這種分析又稱為頻率響應分析，簡稱頻響分析。
以上僅僅是舉個例子，汽車NVH家族其實也是個很龐大的家族。
從研究類型來區分，有些人專門研究模態，有人研究噪聲，也有人研究聲固耦合。
但更多的分類方式是人被分在各個部門，研究各個不同的結構領域。比如白車身NVH、發動機NVH、動力總成的懸置系統NVH、進排氣系統NVH、路面-輪胎-懸架系統的NVH、傳動系統NVH、整車NVH等，整體來講的研究思路就是先解決各個子系統的NVH問題，再整合起來解決匹配後的NVH問題，這和前面講到的剛強度研究思路其實如出一轍。
2.3
耐久性分析
什麼是耐久性分析呢？
人是會疲勞的，零件也是一樣。記得小時候自己做玩具，要剪斷鐵絲，但是沒有老虎鉗，就只能拿著鐵絲對著同一個位置不斷的折，十來次就能把它折斷。那個時候不知道原理，現在才醒悟這就是個疲勞壽命問題，影響鐵絲壽命的外界因素，一個是折的力度的大小，一個是折的次數，力小了就要折更多次，使勁折就更少次能弄斷它。
對於車身上的零件也是這樣，在汽車使用過程中，每個零件都在振動，雖然折的力度小，但是也架不住折的次數多呀，很多車在用久了以後，就會聽到車門或者車頂哪裡傳來異響，就很有可能是某處的焊點被『折』壞了。
汽車零件的耐久性跟汽車的保值性密切相關，更與客戶的安全性密不可分。一輛汽車的設計，必須進行各個方面的疲勞耐久性分析。
那麼涉及到計算的有哪些呢？
對汽車企業來說，整車需要滿足的耐久性最低標準通常可以定義為XX年的功能壽命和XX萬Km。
除此之外，汽車還有子系統級別的疲勞耐久測試，如開閉件耐久測試，一般指四門兩蓋，描述為在開閉XX萬次後，不能檢查到有焊點脫開或者零件開裂。
為了達到整車的耐久性指標，就需要整車、系統、子系統和零件滿足各自的要求。將汽車耐久性指標從上至下一直到分解到子系統/零件級。
最常見的疲勞耐久計算有：
整車道路耐久性試驗仿真
整車臺架耐久性試驗仿真
車門開閉耐久試驗仿真
前後蓋開閉耐久試驗仿真
2.4
碰撞安全分析
為什麼要進行碰撞安全分析呢？
答案肯定是為客戶的安全著想的。你無法保證自己一定不會發生碰撞，就算你能做到不撞別人，但你阻止不了別人來撞你。只要有碰撞，你的生命安全肯定是第一位重要的，第二位重要的則是汽車的維修成本。而這些，都離不開碰撞安全分析。
碰撞安全分析有哪些呢？
前碰：你懟到別人的車上，或者你懟到牆上；
後碰：別人的車高速追尾你了；
側碰：別人的車從側面撞上來；
柱碰：你的車側向撞到馬路邊電線桿或樹上；
腿保：你撞到了行人的腿；
頭保：你撞到了行人，他的頭側翻撞到前蓋；
頂壓：你的車側翻了；
擺錘：你低速追尾別人的車；
擺錘：別人低速追尾你的車；
鞭打：你被追尾時你的脖子會受多大傷害。
Silverado-v2
Mass：2167kg
Vel：56.16km/h
Twocars-1.5M
Mass：2464kg
Vel：56.3km/h
碰撞的圖譜種類沒有剛度和疲勞那麼多，大抵就是以上內容了，但是也架不住形式多變呀。
比如一個前碰，可以是整個前臉撞到剛性牆上，也可以是撞到別的車的臉、別車的屁股、或者別車的腰，可以撞到柱子、可以是40%重疊、可以是25%重疊，重疊還分左邊重疊還是右邊重疊，碰撞的速度也可以多變，碰撞的角度也可以多變。。。
這麼說來，碰撞的範圍也是很大很大的，但是不管碰撞形式怎麼變，不變的是對安全的要求。一定會有一個指標（比如加速度、比如變形）來評價乘員的傷害值或者汽車的傷害值。而這些上傷害值的評價方法，也一定寫在某個國家級汽車安全標準裡。
2.5
流場分析
流體分析其實研究的流體類型很多，比如液體、氣體、泥土等，但在汽車界，大家一般都指的是氣體，那麼為什麼汽車要研究空氣呢？
說得嚴重點，汽車高速行駛時，其實車身是很不穩的，這個時候的一點側向來風，都可能讓你翻車。
說得不那麼嚴重，發動機艙的熱氣如果散不出去，也會讓你發動機艙著火冒煙。
說得再輕一點，空氣阻力太大，會大大提升燃油消耗，浪費錢。汽車裡的溫度每個座位都不一樣，顯得十分詭異。
所以研究空氣的流動，就意味著在研究車輛的受力情況，車內溫度的分布等，是十分有必要的。
一般來講，汽車的流場分析包含以下內容：
汽車外流場整車熱管理整車除霜除霧空調系統乘員艙舒適性氣動噪聲進排氣系統
汽車外流場分析主要解決汽車在高速行駛時的空氣阻力，優秀的汽車流場設計能降低汽車阻力，適當增加汽車的地面附著力，不管是為了安全還是燃油效率，都是十分必要的。
整車熱管理主要包含前進氣口流場分析、冷卻系統冷氣流場分析、前端冷卻模塊熱擴散分析、機艙三位流場分析、整車熱防護設計等內容，主要工作內容是通過機構設計等引導氣體的流動。
整車除霜除霧分析主要是為了在最短的時間內去除車窗玻璃上的霧或者霜而設立的分析項，主要方式一般是優化出風口的設計，使得氣體能以最大的速度經過整個玻璃表面，達到快速去除霧霜的效果。
空調系統流場分析主要包括空調內部氣體流動分析、風機風量分析、空調噪聲分析、風道性能分析等內容。
乘員艙流場分析主要包括乘員艙製冷性能分析、乘員艙制熱性能分析、乘員艙熱舒適性分析等。乘員在車內對溫度的感知決定了其溫度舒適性、在酷夏入車和寒冬入車時對溫度的切換速度決定了其等待舒適性。
氣動噪聲分析主要分析外部風燥、空調的氣體噪聲等。
進排氣系統的流場則直接影響著發動的熱效率，十分關鍵。
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總結
本文主要內容有：
1、CAE分析的生命周期
2、CAE分析的五大領域
2.1、剛強度分析
2.2、NVH分析
2.3、疲勞耐久分析
2.4、碰撞安全分析
2.5、汽車流場分析
本文僅從宏觀的需要上來描述汽車開發中涉及的CAE分析內容，也僅描述目前做得比較成熟的領域，以上五大領域，任何一個領域都值得CAEer鑽研一生，這都得益於每個領域的重要性而延伸出來的各種寬度和深度問題。
除了這五大領域，也有一些前沿的CAE領域探索，比如多學科聯合仿真、多場耦合、仿真流管理、仿真自動化等。但前沿的研究都是基於成熟的五大領域發展而起，掌握一個或者多個領域的分析能力，再跟上時代的發展，探索新興領域，也足夠每個CAEer奮鬥一生了。
總之，CAE是個很大的世界。
本文僅代表團長本人一點膚淺的見解，如有不當，歡迎留言糾正和補充，謝謝。