西门子东风汽车应用Amesim优化仿真设计案例.pdf
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汽车与交通运输
东风汽车集团股份有限公司
技术中心
汽车制造商利用 LMS Imagine.Lab Amesim 优化仿真设计，
缩短开发周期
产品
Simcenter
业务挑战
提高电动助力转向系统的设
计与分析能力
将实物试验与建模仿真相结
合
缩短设计周期
成功的关键
LMS Amesim 的 图 形 化、模
块化多学科系统建模
提供广泛的元件库，涵盖可
能用到的所有分析域
建立多层次、多级复 杂程度
不同的模型
与多体动力学软件联合仿真
Siemens PLM Software 解决方案
帮助东风汽车提高了转向系统模型
的精确性
良好的开始
汽车市场日趋激烈的竞争态势，不仅对汽车
制造企业的生产效率、加工成本提出更多要
求，对汽车及相关产品的设计开发周期也提
出新的挑战。作为汽车底盘四大系统之一，
转向系统在汽车结构中扮演着重要角色。随
着转向系统产品的不断升级革新，电动助力
转 向 系 统（ 简 称“EPS 系统”）得到推广应用。
要获得优异的产品质量，保证汽车的整体性
能，前期的设计开发工作十分重要。作为汽
车行业的领导企业，东风汽车集团股份有限
公司技术中心（以下简称“东风技术中心”）
在 EPS 系统的设计开发方面做了较大投入，
使用 LMS Imagine.Lab Amesim™ 提供的建
模仿真平台，搭建 EPS 仿真模型，同时通过
数据分析和试验结果对比，优化产品设计，
在保证产品性能的同时，缩短了开发周期。
洞察市场变革
转向系统主要由转向操纵机构、转向器、转向
传动机构三部分组成，至今经历了机械式转
向系统（MS）、液 压助力转向系统（HPS）、
电控液压助力转向系统（EHPS）和电动助力
转向系统（EPS）几个发展阶段。EPS 正呈现
出不断增长的态势。
成果
通过优化仿真设计，缩短了开
发周期
提高了转向力特性模型的准
确性
EPS 子系统仿真计算模型
显著提高 EPS 系统控制参数
标定效率
“ 通 过 与 Siemens PLM Soft-
ware 工程咨询部门的合作，
东风完善并细化了产品的开发
流程，从转向系统与整车集成
的角度，建立了完整的指标体
系，使车辆性能有了更大的提
高。”
李凌阳博士
CAE 技术应用与开发
高级工程师
东风技术中心
2014 年全球汽车转向系统市场规模超过
9000 万台，销售额达到 311 亿美元。随着
中国汽车市场规模的扩大，国内汽车转向系
统市场发展迅速，且自主品牌的占有率较高。
在国内市场中，2014 年中国汽车转向系统
市场规模增至 2389 万套，其中乘用车转向
系统需求量增至 1992 万套。
随着汽车排放法规的日趋严格，中国 EPS
转向系统市场潜力巨大。与传统液压助力转
向系统（HPS）相比，EPS 可独立于发动机
工作，能节省油耗约 2% ～ 5%。所以 EPS
产品需求量增长迅速，正在不断替代 HPS
成为汽车转向系统市场的主流。从汽车工业
发达的欧、美、日等地区来看，EPS 搭载率
已超过 50%，而在日本已接近 90%。
EPS 既是电子控制技术、微型电机、高精度
传感器的集成者，也是现代汽车节能、环保、
安全性能提升的技术支撑者。随着国家对新
能源汽车的大力推广，EPS 系统已经成为标
准配置，从供应商到主机厂也越来越重视
EPS 系统与整车的匹配开发及核心技术的掌
握。
应对开发挑战
东风技术中心的所有乘用车全部标配 EPS 系
统（国内自主品牌供应商），这对系统的匹
配与设计提出了更高的要求，因此在近几年
出 现 了 很 多 问 题 ，主 要 集 中 在 以 下 两 个 方 面：
EPS 控制逻辑方面有缺陷、底盘调校过程繁
琐，由此导致整车性能不能尽如人意（往往
要 经 过 3 到 4 轮 调 试 才 达 到 预 定 目 标 ）。
东风技术中心 CAE 高级工程师李凌阳博士
表示 “主要原因是现有国内自主品牌供应商
与主机厂均在 EPS 系统开发的系统匹配、标
定等很多领域欠缺经验。”
为了克服传统方法的局限性，提高 EPS 系统
的设计与分析能力，东风汽车寻求外部资源，
通过实物试验与建模仿真相结合的手段，寻
求更好的开发方案。据李凌阳博士介绍，本
次科研课题的目标是把控开发和设计前端，
建立 EPS 建模仿真能力，掌握系统性能指
标分解方法，包括：
• 各种类型 EPS 的建模仿真方法
• EPS 系统各部件关键参数选取与分析
• 系统与整车分析结合仿真
• 系统分析与实际试验结果对比分析，尝试
将主观感受进行量化
• 使用硬件在环测试（HiL）方法
选择正确的合作伙伴
基于多年的合作基础以及通过对多个产品工
具 进 行 对 比，东 风 技 术中 心 最 终 锁 定 了
Siemens PLM Software 作为开拓新市场的
合 作 伙 伴，并 选 定 LMS Imagine.Lab
Amesim 作为开发工作中的重点应用工具。
LMS Imagine.Lab Amesim 是 Siemens PLM
Software 的代表性软件产品，是一个多学
科领域复杂系统建模仿真平台。用户可以在
这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系
统模型，并在此基础上进行仿真、计算和
深入分析。
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