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HEEDS在江鈴汽車風阻性能開發中的應用
轉載 :  zaoche168.com   2023年07月14日

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  業務訴求:在傳統車輛研發中主要面臨4個挑戰。首先,車型繁多導致工程經驗的通用性較低;其次,分析周期短,迭代次數較少;第三,對性能的要求提高,同時還要兼顧更多的兼容需求;最后,成本壓力巨大,方案面臨著挑戰。傳統的方法存在一些缺陷,如高度依賴數據、缺乏分析驅動;集成程度較低,主要依靠單一方案或多方案組合驗證;缺乏自動化,設計修改的驅動力不直接來自結果,對工程師的經驗要求較高。為了應對這些挑戰,客戶需要采取新的方法和技術來提升研發效率和質量。

 

  解決方案:在傳統的基準方案整車阻力系數研發流程中,我們應用Simcenter STAR-CCM+軟件作為工具。為了進一步提升效率和優化設計,我們引入了一系列增強措施。首先,我們增加了參數化變量設置,并將這些變量與模型進行了關聯。其次,基于基準模型,我們定義了成本函數,并采用伴隨求解方法來識別變形因子。此外,我們還基于HEEDSTM平臺,設定了變量參數的變化范圍,并進行了相關參數的調整,以進行多方案優化。針對尋優求解,我們采用了HEEDS的SHERPA優化算法,能夠更快地獲取具有更好魯棒性和更優性能的設計方案。最后,通過豐富的后處理手段,我們能夠更直觀地進行方案對比和展示。這些增強措施的應用使得研發過程更加高效,并幫助我們獲得更具優越性能的設計方案。

 

 

  實施效果:基于Simcenter STAR-CCM+基準模型仿真,參數化及網格變形morphing,獲得的敏感性分析結果。HEEDS可以用于連續平滑地修改參數化CAD幾何模型形狀。在本例中,工程師應用HEEDS中的SHERPA優化算法自動調整10個外部形狀參數組合,并使用STAR-CCM+評估設計方案空氣動力學阻力。HEEDS通過評估了2輪,每輪120種不同的設計方案。第一輪優化中,將風阻阻值降低了14%,第二輪優化中,風阻值降低了6%。

 

  企業背景介紹

  江鈴汽車股份有限公司是一家國家級高新技術企業,也是國家創新型試點企業和國家認定企業技術中心。公司還榮獲了國家知識產權示范企業的稱號,并被評為“國家整車出口基地”。江鈴汽車是集整車及零部件研發、制造、銷售、服務于一體的中國汽車行業勁旅,在提供優質汽車產品的同時,致力于通過客制化、智能化的產品和服務滿足用戶個性化的需求,是中國商用車行業領軍企業,也是乘用車領域標桿新勢力。江鈴汽車在電動化、網聯化、智能化、共享化等汽車新四化技術領域深耕不輟。目前江鈴經營有3大品牌JMC、福特和馭勝。

 

企業亟待解決的業務問題

  業務挑戰1:在新品開發階段需要有數據支持的方案選擇判斷。尤其在項目前期,進行方案選型或判斷時,難以有比較成熟或者完善的數據來支持目標定義,通常需要有工程師來支持CAD方案設計,投入大。

  業務挑戰2:降阻方案從概念到工程的一致性,尤其項目開發中選型或者設計變更,會導致之前確定的一系列路徑,有可能重新再來一遍,分析工程師在項目中疲于應付。

  業務挑戰3:借助速度、壓力、流線等流場特征來判斷單一方案優化方向;在流動復雜區域、尤其關聯性較強優化方案間的疊加效果評估較難。

 

企業應用實踐與探索

  解決方案實際應用 情況與探索:

  場景應用1:對于單一方案優化和復雜關聯風阻性能優化中,HEEDS在研發中重新定義了仿真和研發流程。在目標定義階段,確定關鍵部件選型和尺寸約束的影響,進行趨勢分析;在CAS開發階段,利用仿真工具Simcenter STAR-CCM+識別整車外形變化對結果影響的敏感度情況,確認關鍵敏感區域,進行全局尋優,另外在該階段還可以挖掘關鍵區域節省計算資源,進行局部尋優;最后整車開發階段,進行整車優化效果驗證,推動工程方案落地。

 

 

  場景應用2:在基礎分析階段,除了進行常規的基準模型的風阻計算,以及確定成本函數,進行伴隨求解以外。需要在基礎模型中定義好變量函數,為后續HEEDS調用基于變形功能的函數做好準備。

 

 

  場景應用3:在工程應用階段,首先優化分析標記變量參數,在Simcenter STAR-CCM+中建好的變量在HEEDS中的標記為自變量,標定變量范圍;標記響應參數,在HEEDS標記Simcenter STAR-CCM+中的整車風阻阻值 (Cd值)為響應變量;優化計算設置,應用SHERPA優化計算,每輪進行120次求解迭代計算,共計2輪。迭代結束后,通過基準模型和最佳樣本模型對比,獲得優化方案。

 

 

  實施成效:

  經過兩輪的優化迭代分析,第一輪優化中,將Cd值降低了14%,第二輪優化中,將Cd值降低了6%。

 

  實施企業反饋與點評:

  “優化分析已經成為產品設計的重要手段。HEEDS則是一個獨立的優化平臺,可以集成主流CAD與CAE軟件進行多學科協同優化仿真,采用先進的SHERPA優化算法,具有混合與自適應的特點,能夠進行高效與穩健的空間探索,快速找到最佳設計?!?/P>

 

李小華研

產品研究院,整車性能部CFD 經理

江鈴汽車股份有限公司

  

  未來合作展望:

  本例中利用Simcenter STAR-CCM+和HEEDS進行了單學科多變量的整車風阻優化。另一方面,整車風阻優化帶來的造型的變更,也會影響車內布局和結構安全性的變化。未來可以進一步利用HEEDS,進行多學科多目標的優化分析,進一步提升整車性能。

 

  本文作者:

  李小華 產品研究院,整車性能部CFD經理

  江鈴汽車股份有限公司

  康睿 Simcenter仿真產品經理

  西門子數字化工業軟件

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