【技術(shù)應(yīng)用】多屬性平衡和優(yōu)化決定未來汽車性能開發(fā)的成敗

zh_f11 2019-12-14

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今年西門子工業(yè)軟件Converge2020大會的宗旨是Go Further and Go Faster。讓我們擁抱遠大的夢想，從而實現(xiàn)快速長遠的發(fā)展。

的確，通過全球同事的成功案例和經(jīng)驗的分享，了解當(dāng)前汽車行業(yè)最新技術(shù)動態(tài)，讓我獲益良多。就參加的汽車性能工程開發(fā)的專題研討會寫一點心得體會吧。我個人覺得多屬性平衡和優(yōu)化將決定未來汽車性能開發(fā)的成敗。

汽車作為未來智能移動出行的重要一環(huán)，正朝著自動化，網(wǎng)絡(luò)化，電氣化以及共享化的新四化方向發(fā)展。也就意味著汽車研發(fā)正面臨著巨大挑戰(zhàn)，更嚴(yán)格的法規(guī)，電氣化和智能化，降成本和上市時間的控制。這些挑戰(zhàn)直指汽車性能工程，要求其減少排放和能源消耗，開發(fā)混合動力，優(yōu)化熱效率，延長續(xù)航里程，提高可靠性，建立技術(shù)領(lǐng)先地位。如何應(yīng)對基于新四化的未來汽車的研發(fā)、生產(chǎn)和運營面臨的挑戰(zhàn)，西門子工業(yè)軟件重新思考車輛開發(fā)流程以有效應(yīng)對當(dāng)前的挑戰(zhàn)，多年來不斷的發(fā)展，不遺余力地傾心打造了Simcenter仿真與測試平臺以滿足日益復(fù)雜的系統(tǒng)交互對汽車性能工程開發(fā)的影響。在管理機電系統(tǒng)發(fā)展的復(fù)雜性的同時應(yīng)對創(chuàng)新挑戰(zhàn)。西門子正向研發(fā)流程以基于模型的系統(tǒng)工程方法為基礎(chǔ)和框架支撐，結(jié)合Simcenter工具組合作為仿真驗證和實驗驗證，并基于Teamcenter管理平臺形成正向研發(fā)體系，使得汽車性能工程做到真實，連續(xù)和探索創(chuàng)新。

圖1 當(dāng)前汽車性能工程開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

圖2 西門子Simcenter仿真與測試平臺策略

Simcenter仿真與測試平臺能夠高效集成產(chǎn)品設(shè)計與協(xié)同仿真、仿真與測試閉環(huán)驗證解決方案，并貫穿整個汽車產(chǎn)品開發(fā)周期的各個環(huán)節(jié)。將工程設(shè)計流程從傳統(tǒng)的以試驗驗證為中心的設(shè)計方法轉(zhuǎn)變?yōu)殚]環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動的正向產(chǎn)品開發(fā)和驗證的方法。

圖3 西門子Simcenter閉環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)

在概念設(shè)計和造型階段，對動力傳動系統(tǒng)、空氣動力學(xué)、電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等進行整體建模，通過穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和頻率域分析，以確定和優(yōu)化系統(tǒng)的整體方案和架構(gòu)。此階段可以快速設(shè)定整車性能目標(biāo)；并將設(shè)計目標(biāo)分解到子系統(tǒng)和零部件上，進一步確定子系統(tǒng)和零部件的規(guī)格，保證子系統(tǒng)和零部件之間的兼容和匹配。在工程設(shè)計階段，以CAD模型為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品進行動力學(xué)分析、機電液一體化分析、空氣動力學(xué)和熱力學(xué)分析、零部件的強度分析、疲勞耐久性分析以及振動噪聲分析等。并在此基礎(chǔ)上，利用多學(xué)科優(yōu)化平臺，確定子系統(tǒng)和零部件的形狀和尺寸設(shè)計方案，確定系統(tǒng)裝配和初步的加工制造方案。在試驗驗證和設(shè)計定型階段，一方面利用數(shù)字樣機進行“虛擬試驗”，為物理樣機試驗設(shè)計最佳試驗方案，另一方面可以最大程度的減少樣機試驗次數(shù)和現(xiàn)場發(fā)生故障的數(shù)量。通過試驗與仿真相關(guān)性分析、混合仿真、混合路面、硬件在環(huán)仿真等技術(shù)，形成閉環(huán)的性能驗證，以更好的性能，更快的速度，更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品推向市場。

下圖是Sicmenter在汽車行業(yè)領(lǐng)域的主要應(yīng)用場景。Simcenter是一個完整的集成的仿真與測試平臺，您可以在該平臺下進行CAD設(shè)計，多屬性性能的平衡仿真，如：強度疲勞，多體動力學(xué)，NVH，CFD流體，熱管理和能量管理等等，還可以進行各種測試，如：NVH測試，疲勞測試，熱測試等等，與仿真集成，形成一體化互聯(lián)驗證，從而真正有效的平衡和優(yōu)化汽車的多屬性性能，開發(fā)出滿足客戶需求的汽車新產(chǎn)品。