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modeFRONTIER:驱动汽车行业多学科设计优化的核心引擎
2025.10.20
modeFRONTIER:驱动汽车行业多学科设计优化的核心引擎(图1)


在汽车行业面临电动化、智能化和成本压力多重挑战的今天,如何高效地完成复杂工程优化已成为核心竞争力。ESTECO的modeFRONTIER作为一款成熟的流程自动化与设计优化平台,正在全球领先汽车企业中发挥关键作用。本文将详细解析其技术特性及在各领域的实践应用。


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核心功能架构

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完整的多学科优化(MDO)解决方案

modeFRONTIER提供完整的优化工作流,包含:模型分析与校准(DOE算法和曲线拟合)→ 数据建模(RSM算法)→ AI数据驱动建模(ML算法 + 降阶模型)→ 数值建模/MDO(多目标优化算法)→ 不确定性量化(稳健性和可靠性算法)。


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供应商中立的集成平台

无缝集成CATIA、Creo、ANSYS、GT-SUITE、Adams、JMAG等主流CAD/CAE工具,形成自动化仿真工作流。


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AI与机器学习深度集成

支持响应面模型(RSM)、机器学习算法和可解释人工智能(XAI),内置降阶模型(ROM)技术,大幅减少计算时间。


汽车行业应用方向

modeFRONTIER的强大功能已全面覆盖现代汽车研发的核心领域:


· 整车架构与性能平衡:在概念设计阶段进行多属性(如性能、成本、续航)权衡分析,快速确定最优工程方案。


· 被动安全与碰撞优化:高效优化车身结构(如引擎盖、前纵梁),以满足五星安全评级和行人保护要求。


· 底盘性能综合优化:通过协同优化悬挂系统、衬套、阻尼器等部件,同时提升车辆的操控稳定性、驾驶舒适性与NVH表现。


· 电动化与三电系统开发:针对电池包、电机电磁性能、电控效率及热管理进行多目标协同优化。


· 空气动力学与流体分析:通过ROM等技术极大加速CFD和流固耦合分析,优化车辆气动外形,降低风阻。


· 动力总成与热管理:优化发动机性能、变速器效率以及冷却系统的热性能。


· ADAS/AD与自动驾驶系统验证:基于AI和场景生成技术,自动化地探索和识别自动驾驶功能在极端案例中的表现,加速验证流程并构建安全案例。


从传统燃油车到智能电动车,modeFRONTIER为汽车行业的每一次技术革新提供了关键的优化引擎。


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全球知名企业深度应用案例

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本田汽车:行人保护引擎盖优化

· 技术细节:

o 针对9个Euro-NCAP定义的头部撞击点进行优化

o 优化15个设计参数,重点关注质量和刚度

o 自动化集成CATIA(形状修改)→ ANSA(网格生成)→ LS-DYNA(头部撞击仿真)→ LS-PrePost(结果分析)全流程

o 采用多目标模拟退火(MOSA)算法优化最差撞击点

· 成果:碰撞变形减少6%,完全满足HIC目标值,获得最佳铝制引擎盖配置。

本田研发有限公司助理总工程师Osamu Ito表示:"使用modeFRONTIER在优化多个头部撞击点的设计变量时大大节省了计算时间。"

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现代汽车:整车架构权衡分析

· 技术细节:生成3000种不同的车辆配置,基于用户定义的偏好进行聚类和排序

· 成果:显著加速内部决策流程,计划将方法应用于未来电动车开发

现代汽车公司高级研究工程师James (KR) Yoon表示:"modeFRONTIER软件是进行车辆权衡分析和优化的理想解决方案。"

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IVECO - CNH工业:卡车悬挂系统优化

· 技术细节:创建3D卡车模型(MSC Adams/Car),模拟不同试验场下的机械部件行为,自动优化悬架特性

· 成果:驾驶室振动降低10%,明确减震器、弹簧和衬套的关键特性参数

IVECO性能工程师Andrea Morello分享:"我们在几周内利用modeFRONTIER自动执行了大量仿真,评估了数千种悬挂系统设计。"

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Polestar Racing:赛车性能优化

Polestar Racing将Adams.Car软件和单圈时间仿真内部代码集成到modeFRONTIER仿真工作流中,优化调整前后重量分布参数,实现单圈时间减少0.19-0.50秒。

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modeFRONTIER:驱动汽车行业多学科设计优化的核心引擎(图16)

Lucid Motors:电动车部件优化

Lucid Motors使用modeFRONTIER识别逆变器最优设计,在提高效率的同时最小化故障率,使逆变器输出电流从1200A增加到1500A。此外他们还优化了悬架组件和电机冷却性能。

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AISIN:电驱动系统电磁优化

· 技术细节:集成JMAG电磁模型进行多目标优化,优化内外转子形状和磁体形状

· 目标:最小化空载转速,最大化启动扭矩,减少永磁体用量同时保持或增强磁链

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Dallara:空气动力学ROM开发

Dallara空气动力学团队采用modeFRONTIER的AI数据驱动建模技术开发ROM,替代昂贵的CFD仿真来快速预测变形几何体上的压力分布。

· 技术细节:应用本征正交分解(POD)编码解空间并降低维度,选择最合适的回归模型执行ROM-based CAE分析

· 成果:将350核心上15分钟的计算缩短为单核心近瞬时完成

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modeFRONTIER:驱动汽车行业多学科设计优化的核心引擎(图23)

丰田汽车:发动机开发效率提升

丰田公司将modeFRONTIER与GT-Suite集成进行发动机建模,显著减少了开发时间和人力需求。


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宝马集团:冷却系统优化

宝马团队使用modeFRONTIER创建了满足新测试标准的可靠瞬态冷却系统模型,并用于比较和优化各种冷却方案。


客户证言价值

福特汽车公司技术专家Bill Dowling评价:"车辆架构融合了许多相互竞争的属性,如外观、性能、续航里程和车辆动力学。modeFRONTIER使我们能够将来自车辆动力学、续航里程或性能专家的工具整合到仿真工作流中。"


丰田汽车公司代表表示:"modeFRONTIER使我们能够集成和自动化各种仿真求解器并用于设计优化,是解决技术问题和在各个部门实现CAE民主化的有效工具。"


为什么选择modeFRONTIER?

· 25年+ 专业经验,300+ 全球企业验证

· 供应商中立的集成平台,保护现有IT投资

· 从桌面级到企业级的可扩展解决方案

· 降低CAE门槛,使非专家也能进行复杂优化分析

· 显著缩短开发周期,降低物理原型成本


无论是传统车辆还是电动汽车开发,modeFRONTIER都能提供从概念设计到详细优化的全流程支持,帮助工程师在更短的时间内做出更明智的设计决策。


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