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国外内燃机
2014年第3期
发动机研发中计算机辅助工程及优化技术的运用
【日】筱藤哲男
遠藤一
摘要：计算机辅助工程(CAE)模型的最大价值是能够在设计早期阶段，在大范围设计空间中寻找和选取最佳的参数值。利用优化软件中快速而精准的CAE模型及其计算结果进行可视化操作，以达到优化设计的目的。
关键调：计算机辅助工程
0前言
计算机辅助设计模拟模型设计优化有限元应力分析
网格计算
间和成本。另外，在开发过程中，各阶段所使用的
近年来，在面临全球变暖、大气污染等问题的形
势下，以及在以新兴国家为中心汽车市场急剧增长的背景下，汽车研发人员面临诸多有待解决的课题。
当前，研究人员不仅单纯追求将新的环保技术更快、更切实地应用到产品中，还必须在因汽车用户快速全球化导致用户需求多样化的趋势下，同时追求产品技术规格和产地、销售地多样化，以及降低成本的目标。因此，在研发车用汽油机的过程中，由于直喷增压技术的进步，以及为满足各国排放法规及燃料特性所作的改进，为适应全球化市场所导致的研发周期变长等因素，令研发工作面临着更大的压力。
目前为止，车用发动机的研发步骤主要是“设计
→+试制样机→试验→数据分析→设计改善→+试制样机→试验”的循环过程。在试制样机的基础上，运用所谓“戴明循环”的品质管理循环进行开发，但这一方法已很难满足当今的全球形势和课题要求。因此，一直以来主要用于控制系统研发领域的“基于模型的开发思路”被用于发动机硬件（结构设计、机构设计)开发领域，使用计算机辅助工程(CAE)模型，加快研发速度。
本文将介绍发动机研发过程中CAE工作的重
点，以及实际开发中优化技术的应用实例。 1应用CAE的发动机研发过程
不仅限于车用发动机的开发，将应用CAE及实
机试验的开发过程概念化，并按时间节点示于图1。必须注意的是，如果在最初的概念设计阶段确定零部件及系统基本结构时就判断失误，那么在之后的详细设计及设计变更阶段，无论怎样尝试弥补，一般都很难回最初的失误，并且会极大地浪费开发时
方方数据
CAE模型因其参数范围及种类的不同也各有差异，同时，根据开发进度，必须分别使用具有不同详细度的模型。
第1次试
搬念设计正确
决定错误
贡献度
制样机评做
（制图）
CAE（虚摄）
第2次试
制样机
量产原型
量产 0
许估
评估2
好质终品差器
试验（实机）
CAE的确定概念设计详细分析
目的
典型的试验基准
模型
响应面模型维模型（+三维模型）
失效分析
识别模型测试结果对策校准模型
详细的三维段型
(非特殊)
图1开发过程中CAE的定位
车辆数（控制模型）
从对确定产品技术规格的贡献度来看，CAE模型在首次试制样机前的概念设计阶段，在确定基本的式样规格参数后，如何准确、快速地预测这些参数条件下完成品的性能及功能是非常重要的。反过来说，在试制样机（实机)之后，利用样机进行试验的研发手段无论在研发周期方面，还是精度方面，其效率都更高。换言之，越是进人整个开发过程的后期， CAE模型（虚拟)对开发的贡献度就越低。
综上所述，从“适用新技术，快速开发多样化的产品”这一设计要求来考虑，CAE模型最重要的作用应该是在开发过程最初的概念设计阶段，广泛应用新技术进行参数研究，并从中合理地选择最佳的产品规格参数值。