行业新闻 2025-04-28
挑战
通用汽车面临着一项严峻的挑战——如何找到一种更高效、更准确的方法，来建模钢板弹簧汽车悬架系统那复杂精密的结构和多体动力学特性。传统方法不仅流程繁琐、极具挑战，更耗费大量资源，针对不同车型项目量身定制悬架系统模型也就异常困难。
解决方案
通用汽车携手达索系统SIMULIA团队，依托SIMULIA Simpack解决方案，打造出了一套划时代的多体动力学建模工具。
成果
效率飞跃——曾经耗时一天的仿真分析，如今仅需一小时
Simpack稳健的求解器，提供快速而准确的仿真分析结果
为未来的车辆创新注入强劲信心
传统设计虽历经考验，但其与现代车型的集成仍面临挑战。比如钢板弹簧，这项源于17世纪法国马车的古老车辆悬架技术，历经岁月洗礼，至今仍在汽车悬架系统中发挥着重要作用。
通用汽车车辆动力学与载荷仿真工程师Ameya Apte表示：“钢板弹簧技术虽已历史悠久，但其制造成本极具优势，并能为车辆提供卓越的悬架性能。”
钢板弹簧的核心构造在于将长而扁平的钢板弯曲成弧形并层叠成束。根据不同需求，更可叠加第二甚至第三束板簧片，每束板簧片的形状和数量各异，由此衍生出近乎无限的配置可能性。
Apte指出：“不同的钢板弹簧配置可赋予车辆不同的悬架刚度。小型车辆通常配备数量较少的板簧片，而大型车辆则需要更多的板簧片数量。通常，后桥承载的载荷值是决定钢板弹簧设计的第一要素。它直接影响着车辆的驾乘舒适性和操控性能。”
通过动力学仿真可精确分析各板簧片间的接触摩擦与力传递特性，对悬架的设计效果具有关键影响。
Apte强调：“如果要研究板簧内部的应力，在实体测试中几乎不可能实现，但通过仿真却能轻松达成。同样，如果想要测量两个板簧片之间的作用力，虽然可以安装力传感器，但这也会对模型本身造成干扰。”
然而，就仿真建模的角度而言，将这些复杂的多体动力学特性纳入考量，是一项复杂且消耗大量资源的任务。因此，要为每个车型项目定制钢板弹簧模型，往往耗时漫长、容易出错，且难以实现流程标准化。
Apte指出：“钢板弹簧已有数百年历史，人们或许认为这项技术的建模易如反掌，但事实恰恰相反。钢板弹簧建模面临的一大挑战在于，板簧片本身会随着悬架系统一起运动，板簧片之间存在需要的摩擦力。此外，安装在底盘和板簧之间的衬套具有与频率相关的动刚度特性，这些特性必须在建模中予以考虑。”
汽车制造商通常采用有限元分析解决方案来建模和仿真车辆设计中涉及的复杂几何形状、材料和物理特性。但对于通用汽车的钢板弹簧项目，Apte更倾向于选择一款多体动力学工具，以更高效地建模这些复杂系统。他和他的团队最终选择了SIMULIA技术。
Apte表示:“我们开发的工具能够制造出既标准化又可为不同应用量身定制的钢板弹簧。用户只需输入弹簧的参数——例如弹簧束中的板簧片数量、板簧片在主簧组件、副簧组件和辅助簧组件中的分布、板簧片形状、锥度等。凭借这些信息，工具将创建一个模型，用于预测车辆动力学性能和载荷。”
该工具的成功源自两大关键要素。其一是SIMULIA技术团队——包括技术、售后和研发团队——提供的全方位支持。其二是SIMULIA Simpack——一款用于开发和仿真高保真多体系统的强大技术。
Apte对Simpack的求解器印象尤为深刻，他认为Simpack求解器远超他之前使用过的其它工具。
Apte认为：“使用Simpack，您几乎无需修改求解器参数即可运行模型。您可能会修改参数以增加或缩短运行时间，或者在仿真的某些部件获得更高的保真度，但通常不需要对求解器进行任何修改就能运行模型。这种强大的求解器非常实用，它有助于我们直接查看结果，理解结果背后的物理原理，然后将模型发送给我们的设计工程师。”
除了支持更高效的钢板弹簧仿真外，该工具还能提供准确的仿真结果，让Apte和他的团队能够充满信心地进行仿真。Apte表示：“如果使用有限元分析工具，那么进行钢板弹簧仿真需要一天时间，而使用Simpack，一小时内即可完成。”
展望未来，Apte坚信，即使行业不断发展，新技术层出不穷，Simpack这款求解器也会经得起时间考验。
他表示：“我认为，在人工智能和区块链等颠覆性技术的影响下，我们现在拥有的物理求解器将得到赋能升级，而非被淘汰。几十年来，新车上市所需的时间已显著缩短，我们看到借助新工具进一步缩短上市时间的潜力。从长远来看，有必要学习这些新工具并构想一个更高效的未来，将它们结合起来创建精妙的应用，这将是我们工作的一大重点。”
