行業新聞 2025-04-28
挑戰
通用汽車面臨著一項嚴峻的挑戰——如何找到一種更高效、更準確的方法，來建模鋼板彈簧汽車懸架系統那復雜精密的結構和多體動力學特性。傳統方法不僅流程繁瑣、極具挑戰，更耗費大量資源，針對不同車型項目量身定制懸架系統模型也就異常困難。
解決方案
通用汽車攜手達索系統SIMULIA團隊，依托SIMULIA Simpack解決方案，打造出了一套劃時代的多體動力學建模工具。
成果
效率飛躍——曾經耗時一天的仿真分析，如今僅需一小時
Simpack穩健的求解器，提供快速而準確的仿真分析結果
為未來的車輛創新注入強勁信心
傳統設計雖歷經考驗，但其與現代車型的集成仍面臨挑戰。比如鋼板彈簧，這項源于17世紀法國馬車的古老車輛懸架技術，歷經歲月洗禮，至今仍在汽車懸架系統中發揮著重要作用。
通用汽車車輛動力學與載荷仿真工程師Ameya Apte表示：“鋼板彈簧技術雖已歷史悠久，但其制造成本極具優勢，并能為車輛提供卓越的懸架性能。”
鋼板彈簧的核心構造在于將長而扁平的鋼板彎曲成弧形并層疊成束。根據不同需求，更可疊加第二甚至第三束板簧片，每束板簧片的形狀和數量各異，由此衍生出近乎無限的配置可能性。
Apte指出：“不同的鋼板彈簧配置可賦予車輛不同的懸架剛度。小型車輛通常配備數量較少的板簧片，而大型車輛則需要更多的板簧片數量。通常，后橋承載的載荷值是決定鋼板彈簧設計的第一要素。它直接影響著車輛的駕乘舒適性和操控性能。”
通過動力學仿真可精確分析各板簧片間的接觸摩擦與力傳遞特性，對懸架的設計效果具有關鍵影響。
Apte強調：“如果要研究板簧內部的應力，在實體測試中幾乎不可能實現，但通過仿真卻能輕松達成。同樣，如果想要測量兩個板簧片之間的作用力，雖然可以安裝力傳感器，但這也會對模型本身造成干擾。”
然而，就仿真建模的角度而言，將這些復雜的多體動力學特性納入考量，是一項復雜且消耗大量資源的任務。因此，要為每個車型項目定制鋼板彈簧模型，往往耗時漫長、容易出錯，且難以實現流程標準化。
Apte指出：“鋼板彈簧已有數百年歷史，人們或許認為這項技術的建模易如反掌，但事實恰恰相反。鋼板彈簧建模面臨的一大挑戰在于，板簧片本身會隨著懸架系統一起運動，板簧片之間存在需要的摩擦力。此外，安裝在底盤和板簧之間的襯套具有與頻率相關的動剛度特性，這些特性必須在建模中予以考慮。”
汽車制造商通常采用有限元分析解決方案來建模和仿真車輛設計中涉及的復雜幾何形狀、材料和物理特性。但對于通用汽車的鋼板彈簧項目，Apte更傾向于選擇一款多體動力學工具，以更高效地建模這些復雜系統。他和他的團隊最終選擇了SIMULIA技術。
Apte表示:“我們開發的工具能夠制造出既標準化又可為不同應用量身定制的鋼板彈簧。用戶只需輸入彈簧的參數——例如彈簧束中的板簧片數量、板簧片在主簧組件、副簧組件和輔助簧組件中的分布、板簧片形狀、錐度等。憑借這些信息，工具將創建一個模型，用于預測車輛動力學性能和載荷。”
該工具的成功源自兩大關鍵要素。其一是SIMULIA技術團隊——包括技術、售后和研發團隊——提供的全方位支持。其二是SIMULIA Simpack——一款用于開發和仿真高保真多體系統的強大技術。
Apte對Simpack的求解器印象尤為深刻，他認為Simpack求解器遠超他之前使用過的其它工具。
Apte認為：“使用Simpack，您幾乎無需修改求解器參數即可運行模型。您可能會修改參數以增加或縮短運行時間，或者在仿真的某些部件獲得更高的保真度，但通常不需要對求解器進行任何修改就能運行模型。這種強大的求解器非常實用，它有助于我們直接查看結果，理解結果背后的物理原理，然后將模型發送給我們的設計工程師。”
除了支持更高效的鋼板彈簧仿真外，該工具還能提供準確的仿真結果，讓Apte和他的團隊能夠充滿信心地進行仿真。Apte表示：“如果使用有限元分析工具，那么進行鋼板彈簧仿真需要一天時間，而使用Simpack，一小時內即可完成。”
展望未來，Apte堅信，即使行業不斷發展，新技術層出不窮，Simpack這款求解器也會經得起時間考驗。
他表示：“我認為，在人工智能和區塊鏈等顛覆性技術的影響下，我們現在擁有的物理求解器將得到賦能升級，而非被淘汰。幾十年來，新車上市所需的時間已顯著縮短，我們看到借助新工具進一步縮短上市時間的潛力。從長遠來看，有必要學習這些新工具并構想一個更高效的未來，將它們結合起來創建精妙的應用，這將是我們工作的一大重點。”
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