1：Goldfire為汽車行業提供可持續創新

2：NDI 汽車行業應用

3：Altair 在汽車行業的應用

4: VIC-3D在汽車行業的應用

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1： Goldfire為汽車行業提供可持續創新

      您可能正處在最激烈的競爭之下，為了扭轉汽車行業上的緊張曲線，今天的創新意味著掛上高速檔行駛，以快速反應政府的規

章、全球分布的經營模式和互補技術來確保汽車性能以及保持營利增長。借助于Goldfire，全球唯一的創新軟件解決方案，您可以快

速地將概念轉化為產品，使創新成為一種可重復、可持續的流程，讓您能夠對變換的環境做出快速反應。面向工程師、科技人員和研

發人員，Goldfire 自動化12個以上的關鍵創新任務，涉及整個產品生命周期——從確立新市場到研發一種新產品到改進現有產品。融

入全球經驗證行之有效的創新工具和方法，借助于對企業內部和外部知識精確的檢索，Goldfire系統地指導用戶完成每天的創新任務

，為發明問題的解決、新技術的發現和新概念的產生及驗證提供結構化、一致性的過程。

全球領先的汽車制造商和供應商——包括 Bentley，Cummins，Delphi，Eaton 和 Mahle Powertrain——使用Goldfire：

?制定降低成本和引入差異化競爭的策略
?通過預測失效分析減免責任
?對功能模型和機會獲取深層次理解
?找到技術創新解決方案來降低環境的影響
　　　　　　發動機系統，例如混合動力、燃料電池
　　　　　　輕量化設計，例如輕鋼結構、鋁、鎂、塑料
　　　　　　尾氣過濾器

?確立和應用使能和互補技術
　　　　　　動力、材料、安全性、納米技術、軟件和計算機、無線

“我們需要快速地獲得新的增長機會同時確保我們的用戶在最早的時間從我們的創新中受益。Goldfire為我們提供了一個能夠快速和

智能地訪問我們內部系統、數據庫和全球專利庫的研發平臺，幫助我們快速地執行研發項目?！?br/>--Hugh Blaxill，總工程師，MAHLE Powertrain, Ltd.
 
“Our study has covered 458 records of disclosures. We measured the time it took to do the research from the moment

the disclosure hit the desk until the research was completed. The average time without Goldfire: 158 days. The

average time using Goldfire: 10 days."
– Global Diesel Engine Manufacturer

汽車行業的代表用戶
汽車制造商                                          
Bentley Motors、DaimlerChrysler、Ford、Honda、 Peugeot 、Renault    

卡車
BobCat、Cummins、Caterpillar 、Hendrickson Trailer、Suspension Sys 、Intl. Truck & Engine、Renault Trucks

一等級供應商
ArvinMeritor、Bendix、Breed technologies、Delphi Automotive、DENSO、Faurecia、Goodyear、Johnson Controls、MAGNA、

Michelin、Robert Bosch、Tenneco、Valeo

方程式賽車贊助商
Ferrari、Honda F1、Red Bull Racing、Renault F1 Team

客戶案例
新市場和新產品

?Alveo——使用Goldfire 的功能模型修改了當前泡沫產品的性能，發現了新的市場機會，結果新的產品配方在其第一年商品化過程中

獲利2150萬美元。同時Goldfire的語義檢索功能為這種新型的“厚層泡沫”在多種行業幫助確認了40多種應用。
 改進現有產品或流程

?Delphi——Delphi 使用Goldfire 來簡化和改進其燃油供應系統——結果系統變得更輕、更小、更精簡（Delphi 能夠剪裁掉幾個組

件而沒有丟掉任何功能），成本節省超過50%。
?Ferrari—— Ferrari將賽車發動機的改進歸功于Goldfire——在國際汽車大獎賽之前——最后取得了第一位。
?一家領先的汽車零部件公司——在3天的時間內，找到了先前未解決的一個汽車組件故障問題的29種解決方案。他們成功地排除了故

障、每年生產成本減少了$350K，并申請了一項新的專利。先前公司提出的要求增加成本并且需要做出根本性的變化。
通用功能
Honda —— 使用Goldfire，Honda大大減少了其研發項目的信息檢索階段。在7個項目的研究中，17個工程師報告概念搜索、提取和評

定過程節省了18,763個小時，平均每個工程師1100多個小時。并且一些概念是使用他們傳統的技術不能找到的。

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2: NDI 在汽車行業的應用

汽車關門試驗測量
評估一輛車質量好壞的標準就是關閉車門的力學和聲信息測量，設計師理解一般消費者評估一個車的設計質量由通過多次測試車門閉合的好壞，這種定性的措施必須量化以了解競爭優勢，并促進內部設計改進 - 這是所有關于“轟的一聲”。
解決方案：一個單一的測量系統，能夠同時評估的門的位置，鉸鏈下垂，六自由度運動軌跡，超行程等。通過使用動態物體參考（DPR）能夠補償車身運動，任意轉換掃描數據來評估車門關閉藏部件兩個零件的縫隙和之間的差距。
優點：完整的測量解決方案可以量化車門關閉的所有參數。表面掃描、三坐標探測、凹陷檢測和動態的運動捕捉的所有分析過程。

重型機械研究與試驗
重型機械研究和開發，專注于以客戶為導向的設計。其結果是要求很多的型號和配置，每個配置都需要結構和安全測試，產品可靠性分析和可用性因素的研究。

 
人體工程學
操作人員每天在駕駛室花費8小時或更多時間連續工作，在設計中考慮人的因素變得越來越重要。研究表明，一個符合人體工程學的駕駛室的設計已經成為最大的銷售買點，特別是對那些即是主人也是操作者的人來說一個小小的減少疲勞影響改變都變得很重要。因此制造商需要的一個強大的工具，幫助他們優化從座椅位置、定位、轉向機構的角度控制，到操作布局、信息的顯示位置以及內外部可見性能。
解決方案：掃描完整的駕駛室內部：包括座椅、方向盤和轉向柱，轉換機構，踏板和控制單元。如果需要，比較CAD模型設計意圖和制造結果之間的差異。對每一組連桿機構的所有部件的行程和運動軌跡跟蹤。追蹤人類肢體運動的重復性對肌肉骨骼進行應力應變分析。通過動態參考，機器可以運行甚至移動的時候進行高精度高質量數據測量。進一步的分析擴展到眼部追蹤和頭部運動以及可視性分析。
優點：使用一個光學跟蹤解決方案，一個專業研究的人員就能夠迅速完成對駕駛艙內部的三維數字化模型的建立和渲染，此外，記錄人體運動捕捉了解人體工程學的變量。提高系統的整體性能（人+機器）通過優化操作位置，座椅和座椅懸架系統，控制和顯示單元關節的位置和結合點。

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3：Altair 在汽車行業的應用

汽車與運輸
如今，面對不斷變化的政府規定（包括新的燃油經濟性指標）和日益多樣的消費選擇/需求，汽車制造商如何應對這充滿挑戰的市場環境？他們必須能夠快速推出受消費者青睞的設計，同時還要保證價格預算符合消費者的預期。Altair 可幫助汽車制造商利用 CAE 驅動設計快速提高產品的安全性能、駕駛性能、舒適度和品質，同時達到燃油經濟性指標和減重目標。

燃油效率
為了提高燃油效率，汽車制造商采用一種多管齊下的解決方法：包括設計更輕質的結構，采用全新動力總成技術，以及加強進行氣動學分析等。如今，汽車制造商采用高強度的鋼、鋁、鎂和碳復合材料等更加復雜的材質制造汽車，使其日趨多材質化。Altair 的 Optistruct 是一套久經行業驗證的解決方案，可用于結構設計和優化。借助該產品，設計師和工程師能夠在達到性能要求的同時，降低車身重量并節省材料，從而開發出輕量化、結構高效性的創新型汽車。

性能和舒適度
Altair 的 NVH、流體和車輛動力學解決方案能夠直接模擬最終用戶體驗，從而大幅提高車輛的性能和舒適度，最終達到促進物理原型車開發的目的。Altair AcuSolve 能夠針對外部和內部流體開展研究，從而為設計團隊提供空氣動力學、冷卻、噪聲和舒適度方面的寶貴信息。

安全性
安全性依然是當代車輛產品的關鍵因素，因此，預碰撞技術（主動安全）近來受到越來越多的關注。已經有越來越多的原始設備制造商能夠制造出安全性能良好的車輛。目前，新的消費者保護協議對于被動安全性能的現狀持不樂觀態度，因而提出了日益嚴苛的要求，同時提倡所有市場都要注重車輛的安全性。作為汽車碰撞和沖擊分析領域的行業標準，Altair RADIOSS 是碰撞工程師用來應對上述新挑戰的首選工具。

OEMs
BMW 、Fiat、Ford Motor Company、General Motors、Honda、Hyundai、Fiat、Geely、Jaguar、Jeep、Mahindra、Maruti-uzuki、Mercedes Benz、Nissan、PSA Peugeot Citroen、RenaultSAIC、Tata、Toyota、Volkswagon、Suppliers、Autoliv、Benteler Automotive、BASF、Bosch、Delphi、DOW、Faurecia、Johnson Controls、Lear、Mahle、Takata、TRW、Valeo、Visteon

Altair在汽車領域成功案例
Monash車隊憑借卓越的賽車性能和增材制造技術再度問鼎冠軍寶座

項目介紹

　　自2000年首次參加澳大利亞SAE大學生賽車比賽以來，Monash車隊的賽車性能得到了穩步提升。他們輝煌的戰績為此做出了最好詮釋：Monash車隊在澳大拉西亞站比賽中豪取六連勝，并在歐洲方程式學生大賽中技壓群雄，當前排名位列世界第七。

　　他們的成功來源于對基礎工程的深刻見解和對創新理念的不斷追求，同樣重要的還有對于完美性能的狂熱與執著。最近，學生們發現將Altair的 OptiStruct優化技術與3D打印技術相結合可為他們帶來意想不到的好處?；?2013款樣車的后輪轂設計，團隊采用鈦合金前輪轂和立柱來降低汽車的非簧載質量。但由于之前已經采用了輕質的鋁合金設計，因此這給他們帶來了嚴峻的挑戰。為解決這一問題，Monash車隊采用Altair的優化技術OptiStruct來設計并優化鈦合金立柱，然后利用CSIRO的增材制造技術進行生產。因此，學生們不僅能夠保持組件的剛度、減少開發時間和成本，還進一步減輕30%的重量。

面臨的挑戰

　　為保持最佳的競技水準，Monash車隊將其總體方針制定為：嚴格掌控開發時間和成本，打造出更快、更輕、更出色的創新型賽車。

　　在2013年底，團隊面臨著新一輪重量和性能方面的挑戰。隨著3D打印技術的不斷發展，學生們發現了一項可以幫助他們制造更輕汽車的新技術。增材制造技術突破了常規制造方法的局限，使得制造有機形狀和結構成為可能，這為Monash的部件設計提供了更多靈感。但由于3D打印組件的質量和性能只能忠實于設計方案，因此這為開發人員帶來了新的困難。

　　鈦合金立柱在設計上可與現有立柱相替換，這是繼前一款賽車M13調整后的一次很小改動。立柱的設計流程包括有限元分析驗證，其中采用了大量的載荷工況。輪轂在設計上同樣可進行替換。在這些條件的制約下，Monash 團隊在考慮增材制造技術局限性的同時，必須為實現組件的理想材料分布進行優化。

使用OptiStruct優化的鈦合金立柱。左側：確定設計空間是優化流程的首要步驟；右側：拓撲優化通過既定邊界條件提供了最理想的材料分布。

Altair HyperWorks解決方案

　　通過Altair HyperWorks可啟用仿真驅動設計流程，并對采用增材制造技術生產的組件進行結構上的優化設計。在當前幾何圖形的限制范圍內，學生們在Altair的優化工具OptiStruct中創建了一個設計空間。他們通過應用邊界條件（例如負載和制造約束）進行拓撲優化，并在OptiStruct的幫助下創建了一個剛度更高、質量更輕的組件結構。接下來，學生們選取了OptiStruct設計方案，充分解讀并創建了有效的CAD設計方案。然后，在使用多載荷工況的情況下，利用進一步的有限元分析對設計予以驗證。

　　部件的許多表面都應控制在較小的公差范圍內。此外，它還有很多安裝表面。因此需要密切關注零件的整體制造過程，適當添加其它加工材料。

最終結論

　　OptiStruct幫助Monash車隊最大程度地減輕了賽車重量，實現了項目的整體目標：為輕型設計立柱進一步“瘦身”。利用OptiStruct與最新制造工藝（如鈦合金電子束熔融技術）優化結合而打造的部件，充分彰顯了其獨特的性能優勢。與此前設計相比，不僅剛性更強、更加安全，而且總重量減輕了約30%。對此，OptiStruct 功不可沒。它從精妙的自然結構中汲取靈感，并通過優化材料分布來提供一種行之有效的設計方案。

　　3D 打印技術與傳統制造流程相比，可以節省一半以上的鈦合金材料。由于無需在計算機輔助制造流程或零件加工方面花費過多時間，組件的生產速度得到極大提升。整個打印流程僅耗時一天，與去年鋁合金部件的制造流程相比，節省了大量時間。

　　2013年12月13日的這個周末，Monash車隊實現了一次偉大的壯舉。他們連續第六次奪得FSAE澳大拉西亞站冠軍！憑借此次勝利，Monash車隊成為了SAE方程式歷史上首個在單項比賽中榮獲六連冠殊榮的隊伍。

　　Monash車隊是源自維多利亞克萊頓Monash大學主校區的一個學生社團組織。Monash團隊由70名學生組成，他們自行設計、打造開式車輪賽車參加 SAE 方程式比賽，這項比賽是世界上規模最大的學生工程設計比賽，共有超過 500個參賽車隊同場角逐冠軍大獎。通過參加比賽，Monash 車隊的學生們可以在各自的工程和商業領域獲得寶貴的實踐經驗，這不僅豐富了他們的大學經歷，也為他們未來的職業道路奠定了堅實的基礎。

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4：VIC-3D在汽車行業的應用

VIC-3D系統汽車排氣管應變測量

　　試驗背景：康明斯發動機的設計和測試工程師想測量他們的引擎在真實環境從軍事部到重型工業基地下的狀況，康明斯工程師想知道在熱和機械受力組合狀態下他們零件的變形，這就意味著他們要在發動機運行，并且熱的狀態下進行測試。目前發動機排氣管溫度已達到750 ℃ 以上，隨著發動機性能的進一步提高，排氣歧管的工作溫度還要提高。

　　傳統應變片測量和FEA分析缺陷：

　?。?）由于高溫等其他因素對應變的影響極為復雜，常規的應變片根本滿足不了康明斯的需求。

　?。?）FEA有限元分析由于不確定的邊界條件環境也極為有限。

　　VIC-3D系統解決方案：由于溫度能達到750 ℃ 以上，制作散斑的時候要考慮溫度對散斑的影響，所以我們用高溫漆來制作散斑，同時溫度過高產生熱浪，做實驗時在旁邊放置風扇以的到平穩的氣流，避免對采集圖片的影響。

　　試驗結果：通過使用VIC-3D系統，康明斯工程師在真實載荷以及發動機運行狀態下獲得三維應變的測量，得到零件的變形情況。

VIC-3D優勢：

　?。?）高精度高速度

　　? 應變精度50με；

　　? 穩定可靠的測量精度：散斑制作與評估、標定評估、振動濾除；  

　　? 采集速度快，是其它商業產品5~10倍,且支持多核并行計算。

　?。?）非接觸測量 

　　? 能在750 ℃ 以上進行測量，避免傳統應變片測量時溫度對結果的影響。

　?。?）簡單易用

　　? VIC-3D系統簡單易用，非常容易上手，測量范圍可以為很小的零件也可以是大的裝配體。

　　Paul Gloeckner，康明斯高級研究工程師對VIC-3D的評價說“這個工具是我們能完成之前不能夠測量的，同樣節約了我們測量的時間”。

 

VIC-3D系統汽車剎車盤振動模態分析

　　試驗背景：為了改進剎車盤結構，提高剎車盤功能，需要知道剎車盤的固有頻率、振幅等信息，同時在剎車盤生產制造的過程中，較常出現有氣孔、縮松、砂眼等缺陷。需要對剎車盤進行振動摸態分析。

　　VIC-3D解決方案：力錘錘擊剎車盤，造成剎車盤振動，所以采用高速相機采集圖片，同時使用模擬電壓信號進行同步觸發，使得兩臺相機同步采集。

　　試驗結果：通過瞬態測試進行的工作變形ODS分析和工作模態分析（OMA），得到剎車盤的振幅、固有頻率等數據，同時可得到剎車盤結構整體的厚度非均勻性、表面不規整、裂縫、缺陷等本身缺陷信息。通過全場的三維變形數據可以用于試樣結構優化和改進，校正樣機的平衡、位移、彎曲、剛度以及整體的結構改善。

VIC-3D振動模態系統特性及優勢：

　　? 可輸出振幅、頻率、相位、速度、加速度等數據。

　　? 動畫比較，數據圖表，與FE比較。

　　? 特定頻域內全場ODS工作變形納米級測量。

　　? 可以實現高加速度下極低尺度振幅分析。

　　? 高精度全場變形、應變、振型分析。

 

VIC-3D系統安全氣囊展開試驗

試驗目的：為了確定安全氣囊展開過程中氣囊袋的應變，改善安全氣囊性質，提高功能。需要進行試驗測量以下幾點：

（1）測量氣囊袋的應變與變形

（2）識別拉伸應變下，氣囊展開線位置的變形情況

（3）利用結果數據來改善安全氣囊展開設計

試驗面臨挑戰

（1）識別開裂位置,確定應變極限值

（2）高速事件 (10,000 fps)，需要高幀率攝像頭

（3）遇到撞擊時，安全氣囊展開，試驗過程會有強烈的沖撞，要保證人員和設備的安全

VIC-3D解決方案

　　? 安全氣囊表面制作散斑，用以進行圖像相關計算

　　? 方向盤安裝在特殊的試驗框架上

　　? 雙相機放置在距離氣囊表面3m的地方，且與氣囊表面的法線成+/-30° ，用以確保氣囊在展開時不會損傷相機

試驗結果：通過這次試驗，測得了安全氣囊展開時膨脹過程中的最大主應變，根據試驗結果可識別在設計過程中的缺陷，進一步改良安全氣囊的設計，并重新驗證。

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VIC-3D測量系統優勢

（1）全場測量，識別關鍵區域

（2）非接觸測量，消除被測物局部加強的干擾

（3）可應用于非平面表面

VIC-3D系統汽車動態輪胎實驗

試驗背景：輪胎經過障礙物時，汽車輪胎會發生變形，為了提高輪胎的性能，需要測量輪胎的形貌與應變，這就需要試驗時在車輪胎壓過木塊時進行圖像采集。

試驗面臨的挑戰

（1）要精確觸發相機

（2）需要用較短的曝光時間來避免運動拖影

VIC-3D解決方案

　　非穩態運動，采用兩臺高速相機采集圖片，同時使用模擬電壓信號進行同步觸發，使得兩臺相機同步采集。同時利用CSI專利的相位同步技術采集穩態轉動。

動態輪胎試驗結果

　　通過實驗測得輪胎的形貌與應變，得到輪胎在經過障礙過程中產生最大變形的位置，以及最大變形，為進一步完善輪胎設計，提高輪胎性能給出了有力的數據支持。

試驗過程中的關鍵點

　?。?）在車輛正常運行過程中進行測量

　?。?）識別最大主應變區域

　?。?）測量輪胎壓過物體時的變形

　?。?）測量不同路面狀況對輪胎的影響

VIC-3D測量系統優勢

　?。?） 即可利用高速相機采集非穩態運動，也可以利用CSI專利的相位同步技術采集穩態轉動

　?。?）全場數據可提供輪胎變形的演變全過程

　?。?）自然光即可，無需特殊照明。充分展示了VIC-3D測量系統的能力，無論是在室內還是室外，都可進行測量，對此類行業，CSI系統的室外工作能力顯得尤為突出，而且無需其他輔助設備。

　?。?）輪胎的相位轉動對于分析過程十分重要

　?。?）各種復雜路況均可測量（不遮擋散斑情況下）。

 

VIC-3D在汽車領域的其他應用

一、材料測試：汽車所使用的各種材料力學性能的測試，可以方便的獲取全場的變形，應變；更進一步的得到：應力-應變曲線圖，COD 曲線，柏松比Poisson’s ratio 等等。

材料的高速拉伸測試，三維的形變分布及隨時間的變化可一次看出。藉由拉伸機拉力的輸入，亦可得到應力-應變曲線圖。

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二、各種零部件強度測試

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減震器動態應變測量

三、汽車在風洞中的應用

　　VIC-3D 可以用于測量汽車在風洞中模擬時候，測量其各個部位的強度，振動時候的模態分析等等。

四、汽車碰撞分析

　　VIC-3D 可以用于分析汽車在碰撞過程中的各個部位的強度分析，以及材料性能分析，并與CAE 分析軟件PAM-Crash,LS-DYNA 等軟件做比較，以提高CAE 模型的準確度。

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國外汽車用戶：BMW、通用汽車、豐田、本田、尼桑、固特異、普利斯通、克萊斯勒、MRF、TATA等。

國內汽車用戶：

　　? 國汽（北京）汽車輕量化技術研究院有限公司 

　?。ㄕf明：國汽（北京）汽車輕量化技術研究院有限公司是由17家輕量化聯盟成員單位共同出資組建，包括一汽集團、北京汽車研究院、吉林大學、東北大學、長城汽車、鞍鋼股份、中汽院、長安汽車、馬鋼股份、寶鋼股份、上汽集團、奇瑞汽車、吉利汽車、武鋼集團等）。輕量化聯盟共有51家成員單位，包括整車企業、材料及零部件企業、科研院所、高校等。）

　　? 清華大學蘇州汽車研究院

　　? 通用汽車中國技術研究院

　　? 奇瑞汽車股份有限公司

行業應用