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LMS公司帮助三菱公司开发汽车平台

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LMS公司与三菱公司进行战略性合作，帮助其生产的汽车满足很多项重要指标，同时也加快其汽车开发周期

更快地将崭新设计的多种变型汽车推向市场，同时还要控制成本，减轻重量，交付高质量、高性能和高安全性的汽车。为了实现这些严峻的目标，三菱汽车集团正与LMS公司结成战略合作伙伴关系，共同研究在汽车开发早期对关键属性实现前瞻性设计及优化。最近，在LMS公司的支持下，三菱公司在一款新的具有多个设计车身的小型车开发平台上，成功实现了上述目标。三菱也与LMS一起推广了基于LMS Virtual.Lab的高级仿真流程，以开发创新性的未来车型。

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迎接汽车开发的挑战

从传统意义上来看，在汽车开发的概念设计阶段，一般集中考虑外形和舒适性两方面的因素。然而，任何一个早期的设计决定都将对汽车的固有结构和动态特性产生重大影响，而固有结构和动态特性则决定了汽车的功能。特别是，当我们需要为许多不同的白车身开发一个新的车型平台时，提早获得正确的设计显得尤为重要。在这种情况下，设计者和工程师们不但需要考虑即将投放到市场上的第一款汽车的情况，还必须确保该新平台在不同的需求和操作条件下，适用于其它的车身造型。

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.在概念设计的早期阶段及建立详细的CAD模型前，就可以优化设计。
而且，在具体的开发阶段，可以进行更少更快的分析/测试/重先设计。
正是这是先进技术，帮助三菱公司缩短了产品开发周期。

最近，三菱汽车公司与LMS公司就一项战略发展项目达成共识，该项目有两个目标：共同开发一个适合多个白车身要求的全新小型车平台，同时，基于LMS Virtual.Lab突出的仿真能力，建立一个更优、更高效的开发工作流程。该项目关注于，在概念设计阶段早期进行功能属性设计，并且对各部件和子系统的后续详细设计提供指导。这使得三菱公司在早期的开发过程，甚至在详细的CAD设计之前，就可以消除一系列缺陷和潜在问题，如车身的刚性、汽车操纵稳定性、耐用性以及振动噪声和舒适性等。在详细设计和工程实施阶段，三菱公司和LMS公司还实施了一套新方法，这使得三菱公司的工程师在设计产品的同时，就可以优化各个部件和子系统，可以以比通常少得多的时间，实现需要的性能指标。三菱公司位于日本冈崎的汽车开发工程中心，CAE和数字开发部门经理Hirotaka Shiozaki说：“通过与LMS公司的战略合作项目，我们的开发团队在概念设计的早期阶段及建立详细的CAD模型前，就可以优化设计。而且，在详细设计阶段，可以进行更快更少的循坏。正是这是先进技术，帮助三菱公司缩短了产品开发周期，同时实现了在较短的时间、以较低的成本，跨越式地将产品推向市场。”

在概念设计阶段，先期开展属性设计

在项目的概念设计阶段，为了适应新平台的底盘设计要求，需要开发出四种白车身的外形。根据最初的白车身的外形信息（包括外形和各断面的形状），初步的平台需要设计细化。同时，需要详尽研究第一个白车身的概念设计，为CAD设计提供依据。最主要的挑战在于，在很少的汽车开发平台数据，没有任何白车身数据可参考的情况下，进行最优性能的概念设计，包括车体的刚度、操纵稳定性、碰撞性、耐久性以及振动、噪声等。为了在概念设计阶段的早期，有效地识别并消除一些问题，三菱公司和LMS公司致力于特殊的子流程：首先快速建立应用于整个平台的和适于进行不同的属性研究的白车身的有限元模型。第二步，获得为各种属性分析所需的精确的载荷信息。第三步，运用有效的方法找出问题点，同时评估设计修改对关键属性的影响。

由于目前还没有关于白车身的详细的模型信息可被用于该平台的概念开发，LMS公司和三菱公司的工程师们通过组合新平台的有限元模型和对老车型有限元模型进行网格变形，以满足不同车身的新外形，创建了仿真模型。LMS Virtual.Lab的网格变形功能和基于网格的设计功能，可以实现将一个既有的有限元网格拉伸成新的目标形状。通过这一方法，四个白车身造型仅在五个星期之内就可被开发出来。否则的话，在没有CAD模型的情况下，这一工作是不可能完成的。通过将以往车型的试验数据，以及悬置系统整车多体动力学仿真相结合，可以估算出进行耐久性分析所需的载荷。另一方面，实测的悬置与发动机邻接处的载荷作为振动噪声分析的工况条件。

其次，通过对由网格变形建立的模型以及获得的载荷，运用多属性优化法可以发现设计平台、白车身设计中的缺陷。Shiozaki解释到：“这些早期的概念分析，使得我们在平台设计时，便可识别和消除白车身中常见的问题点。基于这些结果，平台的概念设计确立下来的同时，初步设计中就已经考虑了车身的相关关键性能，包括振动、噪声、声学、白车身刚度、耐久性和碰撞性等。底盘与发动机悬置的布置方案和衬套刚度初值的确定，就已经考虑到操稳性，如舒适性、摆振, 动力装置的摇晃以及怠速振动等。基于CAD模型前的研究，我们能够有效避免这些设计初期产生的问题点”

详细设计和确定白车身的设计

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在该试点项目中，利用LMS公司的虚拟实验室，从原始的汽车变体出四种汽车上半车身，而它们适用于同一个底盘。

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在详细设计阶段，采用积木式构建的方法，在LMS Virtual.Lab的帮助下，将多体动力学仿真与有限元模型结合，这些有限元模型反映了多种部件和子系统的车辆特性。概念设计阶段确定的载荷被应用于这一整车模型，进行振动、噪声、操稳性、耐久性分析，以详细的仿真来分析出白车身的缺陷，并进行改进。

在该阶段，通用的做法是对以上的属性就CAE模型进行逐个修改和再分析，直至模型确定。这一做法通常费时数月，需要多次循环，来解决经常相互冲突的多个性能参数的需求。如车身重量和碰撞性能，驾驶舒适性和操纵性能。通过新的开发方法的运用，三菱公司的工程师能够同时为不同的属性分析构建需要的仿真模型。这使得他们能够快速地洞察一些潜在现象，并且方便地进行设计选择评估。

为了能在几个星期的时间内完成这一过程，借助LMS Virtual.Lab Optimization软件开展多属性优化，来评价每个设计参数的贡献量以及设计修改对整个设计的影响。正如Shiozaki所强调的“使用这种方法，我们可以开发出最优的设计，同时对多个关键属性进行了权衡。”例如，通过同时考虑行人的安全、汽车的内场声学设计以及汽车的操作性，这一优化过程使得工程师们可以设计出性能更优的发动机顶盖。为了确保行人的安全，要求顶盖具有较低的刚度。为了确保最佳的操纵性，应该增加前部吸振器连接点的侧面刚性。为了使通过前风挡和仪表盘传递来的发动机引擎噪音降到最低，车身结构模态与车内空腔声模态需要综合考虑。Shiozaki说：“拥有在很短的时间内同时优化所有相关的变量的能力，大大节省了开发时间，也提高了汽车设计的整体质量。”

设计确认，面不是最后阶段再发现-解决问题

在确认阶段，三菱公司应用LMS公司的混合仿真法，来验证汽车设计配置并为修改那些未达目标的功能需求所应采用的对策提供指导。通过LMS Virtual.Lab可以将对实物原型测得的力应用到仿真模型，来预测车辆的性能。对模型可以方便地进行许多设计更改，和再验证，而不再是对多个实物样机进行制造、再试验。从而减少了许多实物试验。例如，为了改进内部声学，采用了一个包含有附车架有限元模型的混合模型，该模型通过基于频率响应函数(FRF Based Substructure)的子结构综合得到，通过施加由试验获得的载荷，可以预测车底板的振动和车内由路面激励引起的噪声。在这些结果的指导下，三菱公司和LMS公司的工程师们精心匹配了悬置系统的模态，使之与车身和副车架的模态协调，从而降低了车内噪声水平。混合仿真的另一个优点是，由试验数据和有限元结果通过FBS耦合（FRF Based Substructure），对于由道路和发动机引起的噪声分析时的具有更宽的频响范围。使用验证后的仿真模型这一方法，对于传统的在最后阶段进行大量反复的样车试验，花费大量人力、物力寻找出各种问题的根源、再通过设计修改来消除这些问题的方法，是一个极大的突破。

生产率提升和未来规划

Shiozaki表示，这一新过程的开展和使用，使得三菱公司在车身刚性、驾乘舒适性、操纵性、碰撞性、耐久性以及噪声、振动和平顺性等方面有效地满足汽车的重要指标。另外，三菱公司节省了整车实物原型的周期，避免了在最后对整车质量进行折中妥协。最后，LMS Virtual.Lab中Morping(网格变形)、Noise and Vibration(振动和噪声)、Structures(结构)、Acoustics(声学)软件的采用，使得汽车开发比以往设计流程加快了50%。

“使用LMS Virtual.Lab和许多技术突破，是对三菱公司车开发的一次变革”Shiozaki解释到。“基于仿真的开发，使得我们在概念设计阶段早期就开展属性设计，并从功能品质设计的角度对关键的设计选型给予指导，同时大大压缩了开发周期。我们大量地减少工程师花费在无附加值工作上的时间，更好地利用了他们的创造性，和专业技能来开发出创新性的设计，以巩固我们在市场上的竞争地位，也将使我们在未来的几十年时间里保持领先。”(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/28/2012)


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