特斯拉突破了模拟瓶颈

在HyperMesh中自动创建CAE连接器有助于优化特斯拉的工程设计周期。

在HyperMesh中自动创建CAE连接器有助于优化特斯拉的工程设计周期。

当您要建造像电动汽车一样高风险的产品,而您的公司也像特斯拉汽车一样引人注目时,时间对于让高质量的量产车脱颖而出至关重要,尤其是当您希望开拓性市场中的创新者。

特斯拉汽车

S型采用300多种固定装置,包括螺栓,铆钉,粘合剂和焊接。 图片由Tesla Motors提供.

尽管有大量机会进行大规模流程改进以优化其开发周期,但特斯拉仿真团队因对其有限元分析(FEA)模型准备过程进行了相对较小的更改而获得了可观的成就。通过自动化处理CAE模型的连接器部分的方式,仿真团队能够节省其设计过程的时间—并将时间重新分配给更深入的分析研究。

超级网格

将CAD文件导入HyperMesh后,所有规范连接都包含在组件标题中。此信息用于完全自动执行CAE连接创建。

特斯拉的技术专家兼人事工程师Singai Krishnamoorthi说:“最大的压力是尽快将产品推向市场,并试图提高质量。” “剪掉设计周期的两到三天听起来并不那么多。但是特斯拉的时间表很紧张,当您打算在一年半的时间内推出汽车时,每一天都很重要。”

由连续企业家Elon Musk于2003年创立—PayPal和SpaceX等知名企业背后的人—特斯拉的开发工作已引起全世界的关注。该公司的使命是推出大规模销售的电动汽车,旨在吸引对第一代电动汽车产品的质量和性能不以为然的买家的幻想。

特斯拉以三管齐下的策略进入电动汽车市场。 2006年,该公司推出了一款名为Roadster的高端,高性能跑车,以证明电动汽车是可行的,而且更重要的是,它具有吸引力。六年后,它发布了Model S轿车—它的基本价格约为50,000美元,是敞篷跑车价格的一半。第三阶段是为主流买家生产大众市场,负担得起的电动汽车,价格约为35,000美元。马斯克最近说,这是一个里程碑,距离现在还有大约三年。

在此期间,该公司正在出售大量的高价机型。自从2008年Roadster正式上街以来,已经售出2300多辆汽车,而且该汽车制造商最近透露,它已在2013年最后一个季度接受了6,900辆Model S轿车的订单。—比上一季度增长25%。

连接器难题

在光滑的空气动力学设计,电动动力总成和电池策略领域,特斯拉的商业计划和工程工作投入了如此多的关注,专注于连接器的优化工作似乎相当平凡。但是Model S轿车有300多种不同的固定装置和6,000多个焊接点,可与宝马和雷克萨斯等豪华品牌竞争。在不同的连接器类型中,有焊缝,螺栓,铆钉,粘合剂和MIG焊缝。

Krishnamoorthi说,在准备要建模以进行网格化的Model S的CAD模型时,最耗时的任务是重新创建连接器。他补充说:“只要CAD是干净的,就可以在数小时内使用批处理网格创建350个车身面板和白色面板的网格,” “瓶颈在于将所有东西放在一起,并确保我们不会错过任何点焊,铆钉或螺栓。”

特斯拉CAE工程师担心忽略金属惰性气体(MIG)焊接或粘合剂,因为传统上将连接器作为构建和更新CAD模型的一部分进行处理。虽然3D模型包含各种连接器的表示,但是CAD文件中并不总是有足够的细节来确定使用哪种类型的连接器,更不用说其任何机械性能或所连接的面板了。

特斯拉优化设计对行人的影响牵牛星的HyperStudy正在特斯拉找到新的角色,协助设计小组努力满足法律对行人的影响要求和新车评估计划(NCAP)。

NCAP测试代表行人被40 KPH行进的车辆撞倒,目标是最大程度地减少对头部,大腿和小腿的伤害。允许的伤害阈值是一个不断变化的目标,迫使制造商提出创新的方法—包括弹出式引擎盖或安全气囊—在不牺牲车辆造型的前提下满足要求。

特勤工程师Singai Krishnamoorthi表示,特斯拉正在使用HyperStudy评估一系列解决方案,以更好地理解和找到解决问题的方法。他解释说:“最重要的是不要限制设计师的创造力。”我们正在努力为他们提供指导,以便他们找到解决方法并仍然优化设计。”

传统的观点认为理想的头部加速度曲线可以满足方波脉冲的要求,对于650的头部损伤标准(HIC)目标,可以提供83mm的停止距离,而HyperStudy分析有助于证明这一点。特斯拉工程经理马尔科姆·伯吉斯(Malcolm Burges)提出了理论上的最佳曲线,该曲线提供了68mm的停止距离,比广受吹捧的正方形加速度曲线高出22%。

使用HyperStudy,该团队能够证明理论曲线是最佳加速曲线,而不是方波,尽管事实上这更难以工程设计。

Krishnamoorthi说:“ HyperStudy让我们挑战常规知识,并优化超出常规假设的设计。” “这种方法也用于小腿的撞击。”

—B. Stackpole

“有几种方法可以表示CAD文件中的连接。它们可以采用点,线甚至表面的形状。当进入CAE环境时,我们可以使用此信息来生成不同类型的FEM连接表示形式。例如螺栓(线),点焊(点)或粘合剂(表面)。所有这些信息都存储在CAD文件中,并且我们能够使用我们开发的工具在CAE环境中读取并实现这些信息,” CAE供应商Altair的应用工程师Ben DiMiero解释说,他与特斯拉仿真小组合作, CAD连接器自动化项目。

通常,连接器被导出为标准文本文件,该文件指定了连接器的所有坐标,各种类型以及用于连接的特定面板。由CAE工程师决定使用数据在CAE模型中手动重新创建连接。实践证明,该过程既费力又浪费工程师的时间。

特斯拉模拟团队与Altair的DiMiero合作,决定一种更有效的方法是将所有详细的连接器保留在CAD文件中,在特斯拉的情况下为Dassault Systemes的CATIA。特斯拉的Cory Ostrow致力于创建连接器(CNX)CAD结构,在连接器实体上放置标签以保持命名和树形结构的一致性,以便可以轻松地通过搜索字符串提取数据。 Paul Hamrick创建了CNX数据合并工具,该工具创建了一个Excel文件,该文件描述了CATIA几何实体在整个CATIA树中的位置以及连接类型以及其他属性。詹妮·吴(Jenny Wu)创建了一个Excel宏,该宏用于根据设计工程师给出的搜索字符串在Excel电子表格中标记所有需要一次扫描导出的相关几何实体。最后一部分是HyperMesh TCL脚本,它将由CNX数据合并工具创建的更新的CATIA文件导入HyperMesh。 Tcl脚本还会为各种焊接类型创建所有CAE连接元素,并突出显示未能创建的连接器。

最终结果消除了体力劳动,并将模型创建过程减少了几天。 Krishnamoorthi解释说,通常,白色压制面板中的所有车身都可以在半天之内分批啮合,但是连接可能需要长达两到三天。由于分析团队经常根据设计更改重新创建CAE模型,因此这可以节省大量时间。

特斯拉Model S

特斯拉Model S的白色CAD模型中的车身。

他说:“因为我们必须快速响应设计变更,所以不能说‘给我们几个星期来建立模型。” “我们实际上想在很短的时间内给人们一个答案。”

虽然脚本和宏的实际开发非常简单,但更大的挑战是提出了一种解决方案,该解决方案不会对工程师使用CATIA或HyperMesh的工作产生重大影响,Krishnamoorthi说:“我们不想告诉CAD用户不得不花费额外的20分钟来修改他们的工作方式。我们必须想出一个影响最小的流程,但流程非常健壮,并且不容易出错和出错。”

CNX CAD

为了促进自动化,该团队使用一致的命名和树结构创建了CNX CAD结构,以确保可以提取相关的连接器数据。

例如,特斯拉设计工程师历来使用随机名称在CAD文件中定义焊缝或连接器类型。一旦启动了连接器自动化程序,便指示工程师使用一组特定的术语,因此脚本可以筛选出在模型中创建实际连接所需的条件。 “一位设计师可能会指定某些内容作为“ MIG焊缝”;另一个人可能将其称为“ MIG焊接曲线”; Krishnamoorthi提供了一个示例,而另一个可能只是指定“曲线”。 “我们要求他们与命名以及数据在CATIA中的放置位置保持一致。这样,我们可以非常有效地提取它。”

尽管HyperMesh脚本无疑在CAE模型创建过程中有所作为,但自动化计划的更重要好处是将时间重新分配给特斯拉CAE工程师可以进行更深入的分析。

“由于节省了构建模型的时间,我们可以花更多的时间查看结果并确保设计得到优化,” Krishnamoorthi总结道。

贝丝·斯塔克波尔是DE的特约编辑。您可以通过以下方式与她联系 [电子邮件 protected].

更多信息

牵牛星工程

达索系统

特斯拉汽车

Share This Article

订阅我们的免费杂志, 免费的电子邮件通讯或两者兼而有之!

加入超过90,000名工程专业人员的行列,他们将在新闻发布后立即获得最新的工程新闻。


About the Author

贝丝·斯塔克波尔的头像
贝丝·斯塔克波尔

贝丝·斯塔克波尔(Beth Stackpole)是《 数字工程。发送有关此文章的电子邮件至 [电子邮件 protected].

Follow DE
#292