基于CAE的概念车身轻量化技术研究

佘 威，朱梅云，何桂姣

（安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心，安徽 合肥 230601）

概念车（Concept Car）是一种介于设想与现实之间的汽车，汽车设计师以此展示新颖、独特、超前的构思，反映人类对先进汽车的梦想与追求。概念车主要用于车辆的开发研究与试验，可为探索汽车造型、采用新的结构、验证新的原理提供依据[1]。

通用汽车设计师Harley Earl是最早提出概念车想法的人，并将它们透过通用汽车巡回车展推广，通用汽车的Buick Y-Job是汽车界第一辆概念车。随着时代的进步，概念车已经从高科技、强动力走向低耗能、高环保，例如标榜零消耗、零污染的叶子概念车[2]。

本文利用CAE模拟技术，对概念车身轻量化技术进行研究，以达到车身减重、低能耗、零CO2排放、无污染等要求。如图1所示为某厂商概念车模型图。

1 智能化CAE技术

智能化CAE技术，即以有限元技术为核心的商品化软件技术，在复杂工程研究中具有重要作用。但是，目前的CAE商品化软件只是停留在“听诊器”阶段，不具备“医生”的功能。智能化CAE技术能够对一个复杂结构系统实现从智能化建模到有限元仿真，然后进行参数与形状智能优化的完整智能化CAE模拟技术，体现“分析驱动设计”的设计理念。

概念车车身设计智能化CAE技术，简称VCD-CAE技术，是可对一个相对复杂的概念车身结构系统实现从全参数化建模到有限元网格的自动划分，再到有限元求解仿真，然后到参数与形状拓扑优化设计一体化的完整的CAE技术，如图2所示。

图1 概念车模型

图2 概念车身智能化CAE技术主流程

2 VCD技术

VCD技术是一种全新的汽车车身概念设计方法，该方法基于智能化CAE技术原理，融合了全参数化技术、模板技术、参数与形状拓扑优化技术、汽车知识导航技术、事项管理技术等先进的设计分析技术，并以此构建了VCD系统。如图3所示。

3 全参数化技术

图3 VCD系统参数数据流程

概念汽车车身轻量化全参数技术是指在VCD系统中，在车身结构概念设计各个阶段的模块中，设计参数均采用统一的参数表示，当某个阶段的参数发生变化时，这种变化也会映射到其他阶段相应的参数。全参数化技术是实现智能化CAE技术的关键核心技术。如图4所示。

图4 全参数技术数据流程

4 基于模板的快速建模技术[3]

模板是来源于面向对象设计方法中类的概念，是一种可分类、可继承的语义。汽车车身模板可支持不同类型的车身建模，并包含车身从几何模型到分析优化所需的属性信息。

模板的知识表示模板对象除了车身硬点、梁、板等属性几何信息之外，还包括与结构分析相关的材料、厚度、截面形状等其他信息。如图5、6、7所示。

5 结论

基于CAE的概念车身轻量化技术研究结果表明，智能化CAE技术、VCD技术、全参数化技术、基于模板的快速建模技术有效促进了概念车身轻量化技术的快速发展。

概念车身轻量化技术的应用，有效推进汽车轻量化技术的快速发展，并且推进汽车车身减重、低能耗、零CO2排放、无污染等汽车技术的发展。

图5 模板的几何属性

图6 模板的文本属性

图7 模板技术快速建模过程