「就如上期分享的《平臺開發的載體-底盤開發流程101》中介紹底盤開發是平臺開發的載體，是非常重要的，要確保底盤穩固和實現所需屬性。當汽車研發牽扯到了試製和試車實驗那麼這個時候目標就必須要十拿九穩，那麼怎麼才能保證在實車實驗的時候最少的變更和更多的實現既定目標呢？這個時候CAE就顯得異常重要，本文就介紹底盤開發時候CAE 到底幹點什麼。」
在概念階段，每一次嘗試都是使用仿真和虛擬模型來執行所需的任務。仿真和虛擬模型包括基於計算機的數值結構和計算，用於模擬各種車輛部件和系統的行為。
除了節省大量的時間和金錢之外，使用虛擬模型和仿真也提高了開發和工程過程的整體質量。
仿真和虛擬模型為工程師提供了一系列關於車輛概念或部件的功能、重量和負載特性的數據，甚至在項目的早期階段也是如此。模型可以快速更改並重複模擬，這使得優化可以在第一個原型車輛或組件可用於測試之前很久就執行了。
虛擬建模與仿真通常被稱為「計算機輔助工程」或「CAE」。以下各節和小節提供了有關CAE中兩個主要領域的更多信息，即多體模擬（MBS）和有限元方法（FEM），以及這些工具如何在底盤技術領域中使用的一些示例。
根據項目階段和所使用的工具（MBS或FEM），創建有效CAE模型的基本要求是有關車輛幾何、質量、剛度、阻尼等的初步數據，或具有混合（測量）材料參數值、橡膠襯套剛度等的現有CAD模型，或兩個。
需要指出的是，雖然CAE在近幾十年裡取得了長足的進步，但汽車工業在不久或遙遠的將來將無法完全消除物理測試。
在新車開發過程中，所使用的CAE模型應通過與物理試驗結果的比較，儘早得到驗證。儘管軟體和硬體都在不斷發展，但某些特性仍然無法用虛擬模型來模擬。兩個值得注意的例子是乘客對操控和乘坐舒適性的主觀感覺。
多體力學分析（MBS）
Multi-Body Simulation
﹀
﹀
﹀
多體系統仿真（MBS）是用來研究由大量連接和活動部件組成的複雜系統的運動。MBS可用於確定系統的運動以及車輛運動引起的橫截面力和力矩。
標準的MBS軟體包有ADAMS、SIMPAC、IPG、DADS等，MSC軟體的ADAMS在汽車和底盤工程中有著廣泛的應用。ADAMS/Car軟體包包括一個標準懸架配置資料庫（如麥弗遜、雙橫臂等）。這些模板可以很容易地適應特定車輛的幾何結構。這使得車輛和懸架模型可以很容易地在參與開發項目的各個公司之間進行轉換。項目的所有參與者通常都需要此功能。
其他ADAMS模塊（/Flex，/Tire，/Vibrations）也常用於底盤開發。
ADAMS/Car中的MBS底盤和懸掛模型
以ADAMS/Car為例，簡要介紹了多體仿真模型構建和計算中所採用的一些基本概念，以及它們之間的相互關係和與實際底盤系統的關係。
多體系統
多體系統是由連接的非無質量、剛性和/或柔性體組成的總成通過關節（允許平移、旋轉和萬向節運動）、彈簧、減震器和橡膠襯套。這些部件由外力和力矩或外部控制運動作用，可以用微分代數方程組（DAE）進行數學描述。
多體仿真
多體仿真是一個計算機輔助計算過程，用於解決上述DAE。多體仿真的目標是提供以下信息：
系統組成部分的重心和連接點的位置、速度和加速度矢量（平動和轉動）曲線軌跡（力與車輪行程、縱向力與橫向力、前束與車輪行程，等）連接點處的橫截面力和力矩（用於荷載級聯）。
術語「多體系統」和「多體仿真」縮寫為「MBS」。德語中的相應術語Mehrkórpersystem和Mehrkórpersimulation縮寫為「MKS」。
CAD底盤模型和多體系統
CAD底盤模型及其相應的多體系統均採用相同的運動布局，在大多數情況下，採用相同的力-位移特性和質量（如適用）。現代CAD系統通常採用多體方程求解器。這些基本系統用於汽車工業的布置檢查和碰撞/幹擾檢查。這些初始計算未考慮部件合規性、橡膠襯套剛度值等。布置、幹涉和碰撞檢查通常是靜態進行的。
由於CAE（MBS）和CAD模型都是使用相同的輸入數據構建的，因此通常建議將這兩種工具組合成一個軟體包。這種可能性在第6.5.5節中有更詳細的描述。
圖6-16顯示了麥弗遜式前橋的CAD模型和相應的剛體MBS模型。兩個圖中都標記了等效幾何圖形。在MBS模型中，懸架和底盤部件的圖形表示僅用作可視化輔助工具；系統中各種部件的數學模型由其質量、質量慣性矩、剛度矩陣和阻尼矩陣唯一定義。
使用剛性和柔性MBS
多體模擬商用MBS軟體包已經能夠模擬非無質量物體的彈性數年了。這些模擬是通過使用模態分析劃分彈性元件的變形，並使用相對較少的模態坐標和模態形式重新估計變形來進行的。這使得仿真能夠保持一個可管理的多體系統。由於底盤副車架、控制臂和支柱的彈性在極端駕駛操作中會顯著影響橫截面和界面載荷，因此將彈性集成到多體仿真模型中已變得越來越普遍。
在大多數情況下，由剛體MBS模型提供的界面和橫截面載荷數據不夠精確，無法用於底盤部件的耐久性分析。因此，這些分析的負載級聯應使用靈活的ADAMS/汽車模型（使用ADAMS/Flex，見第6.5.3.6節）。從圖6-17和圖6-18所示的仿真結果可以直觀地看出柔性體模型和剛性體模型之間的差異。圖6-18中曲線的差異強調了在需要精確仿真結果時使用ADAMS/Flex的重要性。
通過將一個或多個柔性組件轉換為剛體來減少系統中的模型數量，僅在使用靈敏度分析量化模型減少影響的情況下才建議使用。通過模擬瞬態車輛試驗載荷或等效綜合載荷的影響，進行靈敏度分析。需要注意的是，全柔性ADAMS/Car模型的仿真時間是剛體模型的10-25倍。
與任何其他類型的模擬一樣，MBS實驗的設計者必須密切注意單個元素（如剛性或彈性）的選擇、計算類型（如靜態或動態）以及要模擬的場景的邊界條件。這可以用耐久性試驗臺來說明。
底盤模型計算的橫截面和界面力峰值比整車模型的峰值要高。這是因為底盤模型連接到靜止、不可移動的環境，而不是車輛的柔順車身。這不僅增加了虛擬MBS底盤分析的剛度值，也增加了道路模擬試驗臺的底盤試驗的剛度值。
最大橫截面和界面過載力值主要出現在垂直方向，取決於簧載質量與非簧載底盤/懸架質量的比值以及懸架系統中彈簧和減振器的性能。圖6-19顯示了受簡諧力激勵的線性底盤模型的一般特性。
根據零頻率時底盤模型支柱力與車輛支柱力的關係圖，可以得出峰值（1+m1/m2）僅與質量比有關。在接近底盤標準化固有頻率的頻率處，軸模型的誤差被動態效應放大。在這些頻率值下，模型的誤差（與測量值相比）達到最大值。在高於底盤固有頻率的頻率下，模型輸出值和測量輸出值之間的差異減小。
製造公差對運動參數的影響
為了降低成本，製造公差應儘可能大。這可能導致布置問題或限制懸架滿足其功能要求的能力。製造公差還影響懸架系統的運動學和相關參數，如前束、外傾角、後傾角、主銷內傾角等。
這些參數對尺寸變化的反應並不都一樣敏感。一些公差的影響較小，因此可以選擇較大的公差，而其他公差可以在僅僅十分之幾毫米內引起明顯的運動變化。利用MBS軟體可以快速、方便地模擬各種尺寸和公差對懸架系統運動學的影響。
這是通過改變懸架運動硬點在所有三維空間中的位置來實現的。
此方法還可用於確定組件大小和長度變化（例如，特定連結的長度）的影響。通過結合能夠疊加部件公差的公差計算軟體檢查這些參數變化，可以說明當前軸變化是否能夠可靠地製造在所需公差範圍內[17]。這些計算結果可用於使用少量迭代重新定義系統的公差。
一般來說，車軸系統的公差應儘可能小，但應儘可能大，以便在成本和功能性能方面達到最佳設計（圖6-20）。
本小節完
關注我們下節分享底盤開發CAE 202-有限元分析
>>>>