GT-SUITE、modeFRONTIER与CONVERGE在发动机开发上的应用

早在2002年的F1赛事前，CAE就已经被用于赛车发动机的开发。当时的硬件性能低，导致CAE不能完全运用在整个开发流程中。我在F1发动机开发上的经验，要追溯到2005年的Motor Sports Division。

通过F1发动机\整车的开发，我们意识到将来CAE的必要和潜力。当时我们的部门相对较小，但设计、试验、仿真的工作分工明确。我们的分析员不仅参与仿真计算，还通过进行试验观察物理现象，与设计工程师和试验工程师进行深入讨论，使仿真计算的精度得到提高。

开发周期显著缩短，通过少量的试制提高初始的性能，CAE仿真，在还没有实机的阶段，是提高整车性能的必须技术，已经被完全利用在当前的设计过程中。

目前，WEC、 SUPER GT、SUPER FORMULA的比赛中，发动机可以分为面向WEC及SUPER GT・SUPER FORMULA的两类，整车可以分为面向WEC及SUPER GT两类。比赛用的车辆都是每年的新车，在这一年间的改进包括必须的车辆开发，以及赛季间的设计改进。除了对下一年使用的赛车的设计改进，对接下来的比赛也必须进行赛车设计的改进。同时每年一次对车辆模型进行更新。

根据仿真的用途来分，平均每辆车型将进行包括详细的三维CFD分析，数千种发动机方案的仿真计算。进行优化计算时，解析的case数进一步增加。

发动机性能使用三维CFD与GT-POWER耦合计算，优化使用modeFRONTIER。我们近期开始使用CONVERGE进行进气空气流动以及喷雾的计算，进一步将使用它进行缸内燃烧计算。

使用三维CFD与GT-SUITE耦合进行性能计算

GT-POWER可以与三维CFD耦合进行性能计算。发动机缸内的三维CFD耦合一般可用于获得充气效率和扭矩，近年也用于燃油经济性的计算。与量产的车辆相同，赛车也有关于燃油使用的限制，对有限的燃油必须提高燃烧速率及效率，因此，对比不同发动机方案的热效率改进情况必须同时考虑发动机输出与燃油消耗，达到一个最优的平衡。

图一 GT-SUITE模型图

GT-SUITE可以进行包括驱动系、燃料系、传动系、冷却系等在内的整车系统建模，是进行整个系统仿真的最适合的工具。

CONVERGE操作简便，与实机测试的对比结果较好，因此我们倾向于使用它。此前我们的工作是以仿真模型与实机测试的结果验证为主，为实现模型用于改进优化，后续将进行更详细的验证。

进行大量的优化计算，modeFRONTIER是设计开发中必不可少的工具。

我们在使用modeFRONTIER时常常是多个license并行使用，多数时候是7~8个license。

与GT-POWER集成进行发动机性能的优化，还可以与三维网格变形软件同时进行，包括包线形状优化等。

利用夜间和假期的时间，可以完成数以千计的计算任务，而且不需要人工干预，通过对不同形状和参数的探索，还可以进一步帮助我们了解各要素间的关系，这是一个非常有效的工具。此外，为了满足“超”短开发周期的要求，在初期需明白设计开发的方向。使用参数的灵敏度、响应面分析等功能。操作简便，后处理功能强大，自动完成最优探索，这也是我们选用modeFRONTIER来进行多目标优化的重要考量，现在已经成为我们设计开中必不可少的工具。

图二 modeFONRTIER的工作流程图

CONVERGE：

l  自适应网格功能：精度提高同时运算速度加快

l  网格自动生成，前处理花费时间大幅缩短

l  搭载了先进的SAGE、ECFM燃烧模型

此外，GT-SUITE内置了简化版的CONVERGE，即“CONVERGE-Lite”，进行1D-3D耦合更加简便。