CAD_CAE_CAM一体化技术在汽车轻量化中的应用_李明惠

　　　　　　　　　　Highways&AutomotiveApplications　　　　　　　2002年8月4

与　　　　　　　　　　公　路　汽　运　

CAD/CAE/CAM一体化技术

在汽车轻量化中的应用

李明惠,卢晓春

(广东交通职业技术学院,广东广州　510650)

摘　要:现代汽车工业中,计算机技术得到了广泛应用。文中介绍了CAD/

CAE/CAM一体化技术及其在汽车轻量化设计中的应用。

关键词:汽车轻量化;计算机辅助设计;计算机辅助工程;计算机辅助制造中图分类号:U462.2　　　文献标识码:B　　　文章编号:1671-2668(2002)04-0004-02

　　随着汽车保有量的增加,能源、公害、安全成为汽车工业面临的三大问题,其中能源问题最为突出。实现汽车轻量化,提高燃油经济性,是汽车节能的最有效途径之一。利用CAD/CAE/CAM一体化技术实现汽车轻量化有着传统设计手段不可比拟的优越性。

汽车减轻自重,不仅可减小汽车的行驶阻力,降低油耗,还有利于改善汽车的转向、加速、制动等性能,有利于降低噪声、减轻振动,为实现大功率创造条件。同时,轻量化带来的低油耗,使汽车的废气排放减少,对环境的污染程度也减小。

汽车轻量化有两大途径:一是采用轻量化材料,例如采用超高强度钢板,铝合金、镁合金等轻质材料代替传统的钢铁材料;二是优化、更改汽车的结构,缩小零部件尺寸,最大限度地减轻零部件的质量。随着汽车CAD/CAE/CAM一体化技术的应用,以上两

分的轻量化潜力最大。

1　CAD/CAE/CAM一体化技术及设

计流程

　　CAD/CAE/CAM一体化技术是典型的

多媒体信息处理和多媒体软硬件集成环境,它使汽车设计与制造向着可控化、信息化、智能化和标准化的目标发展。其构成见表1。

表1　CAD/CAE/CAM一体化的构成

名称

全称

构成

概念设计,造型设计,数据信

息输入,车身及主要零件建模与仿真,快速成型,工程图样设计

有限元模型,振动与噪声,静动载荷疲劳寿命,机构运动分析,结构选代

计算机自动编程,计算机辅助工艺设计,柔性制造系统,成本核算,刀具设计,成组技术,质量控制

CAD计算机辅助设计

CAE计算机辅助工程

CAM计算机辅助制造

者可以有机地结合起来。

从汽车的总体构造来看,占汽车总质量比重较大的部分有发动机、底盘、车身、内外装备等。以往复活塞式发动机轿车为例,其各部分质量占汽车总质量的比例分别为:发动机10%～15%,底盘24%～34%,车身20%～28%,内外装备20%～25%,其他8%

　　采用CAD/CAE/CAM一体化技术,在产品的开发阶段,就能对汽车各种性能、强

度、可靠性和耐久性、排放和噪声进行计算分析;在产品的研制开发过程中,对可能发生的问题进行分析并予以解决,大大缩短产品的周期,节约开发成本。利用CAD/CAE/CAM一体化技术的汽车总体设计布局见图1。

～13%。由此可见,底盘、车身、发动机等部

总第91期　　　　　　　Highways&AutomotiveApplications　　　　　　　　　　　　5

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轿车车身质量减轻40%左右,同时能保证车

身的节点有最佳的刚度,满足防撞要求,提高碰撞安全性,减少油耗。利用CAD技术,可准确地实现车身实体结构设计和布局设计,对各构件的形状、配置、板材厚度的变化进行分析,并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该车的相关数据进行工程分析和强度、刚度计算。对于采用轻质材料的零部件,可利用CAE技术作布局干涉分析和运动干涉分析,使用三维数据检查复杂零部件是否相互干涉及零件的可维修性如何,使轻量化材料能满足车身设计的各项要求。2.2　以仿真模拟代替实车试验利用CAD/CAE/CAM一体化技术,可实现整车的实体造型、车身的三维设计、程控加工、整车振动和疲劳分析。也可利用超级计算仿真技术代替实车的测试及破坏性碰撞试验,对汽车的正面、侧面、后部和顶部在高速冲撞情况下的变化进行分析。例如,采用全铝材料进行车身轻量化设计时,可利用仿真破坏性碰撞试验来测试铝材零件在碰撞中的变形情况及对冲击力的吸收情况,从而判断其在碰撞中的安全性。2.3　噪声、振动分析

汽车运动零部件的轻量化,可减轻汽车的噪声和振动。利用噪声振动分析CAE系统,可对轻量化设计的汽车进行噪声和振动分析。以发动机设计为例,在设计开始,就应把降低噪声和振动列入轻量化的开发目标中,以合理的结构和选材,运用振动和噪声计算分析手段,从系统、结构、激振、噪声及其传递路线、振动等方面对发动机及其配套装置进行综合分析和计算,以快速完成对运动零部件的减重极限设计。

图1　CAD/CAE/CAM一体化技术整车设计流程图

2　CAD/CAE/CAM一体化技术在汽

车轻量化中的应用

　　在现代汽车工业中,CAD/CAE/CAM一体化技术起着重要的作用,涵盖了汽车设计和制造的各个环节,包括汽车的设计检验、整车实体造型、车身的三维设计、汽车零部件的数控加工、整车的振动和疲劳分析、以计算机仿真技术代替实车测试和破坏性碰撞试验等,成为汽车工业实现多品种、高质量、短周期、低成本的有力保证。因而,该技术在汽车轻量化设计中具有良好的应用前景。2.1　实体结构设计和布局

汽车轻量化的手段之一就是对汽车总体结构进行分析和优化,实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化。因而,在考虑轻量化时,要协调总成与整车、总成与总成之间可能出现的各种矛盾。以车身轻量化设计为例,当选用轻量化铝合金材料制造车身时,可使

3　结　语

利用CAD/CAE/CAM一体化技术进行

汽车轻量化设计,可从方案设计、建立模型、工程分析、方案评价等诸多方面实现对汽车

第4期

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汽车空调室内空气参数的确定

任诗发

(安凯汽车集团安徽省客车总厂,安徽六安　237052)

摘　要:结合我国国情,主要就夏、冬两季我国汽车室内空气参数的确定进行了分析,为汽车空调的设计提供一些参考和依据。

关键词:汽车空调;室内空气;参数确定

中图分类号:U463.851　　　文献标识码:B　　　文章编号:1671-2668(2002)04-0006-02

　　在满足人体健康条件下,对于室内温度基数,夏季应尽量提高,冬季应尽量降低。如夏季空调温度基数由20℃提高到23℃,即可减少冷负荷约30%。通常,夏季室内每升高1℃,约减少冷负荷10%;冬季每降低1℃,约减少热负荷12%。对于相对湿度,在满足人体舒适感和健康条件下,其基数应尽量靠近极限值。

对于露点温度,应尽量控制在较高值。夏季可由10℃提高到12℃,这样可减少冷量达17%左右;冬季由10℃降到8℃,可减少热量约5%。

一般采用局部的排风方式,以减少新风量和新风负荷。

国情,兼顾舒适性、经济性,将汽车空调夏季室内空气的计算参数列于表1。

汽车室内外温差在5～7℃范围内较为适宜。汽车室内温度可按下式计算:

t1=20+(t2-20)/2

式中:t1为车内温度,距离地板1m高处测得;t2为车外温度。

从上式可知,车外温度越高,温差越大。车外温度过高时,车内外温差可增大到8～10℃。车内外温差的关系见图1。

车内相对湿度为50%～60%,实际中一般保持在30%～70%。随着温度的升高,保持湿度值应取低值。

车内空气流速控制在0.25～0.5m/s,且车内各部分空气流速差不能太大,不应有穿堂风和涡流循环,只允许上部或下角拐存在局部涡流。

为了排除剩余的热量,保持车内热量平

1　夏季室内空气计算参数

不同车型、不同用途的豪华型、经济型空调车,其室内空气参数基数不同。结合我国

零部件的精简、轻质、整体化和合理化,对轻量化后汽车的操纵稳定性、强度和刚度、行使安全性、乘坐舒适性等性能指标进行分析与评价,最终实现减轻质量,提高燃油经济性,减少排放的目的。

参考文献:

[1]　王望予.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,

2000.

[2]　杨竟衡.计算机辅助设计技术与应用[M].北京:机

械工业出版社,1995.

[3]　陈　智.CAD/CAE技术在汽车轻量化中的应用[J].

内蒙古林学院学报,1999(2).

[4]　邹昌平,等.汽车计算机辅助技术与CAD/CAE/

CAM软件造型方法[J].机械工艺师,2000(10).

收稿日期:2002-06-14