“你知道現(xiàn)在一款新車的研發(fā)周期多長(zhǎng)嗎?”在前不久舉行的一個(gè)行業(yè)會(huì)議上，南京越博動(dòng)力系統(tǒng)股份有限公司新能源汽車研究院副院長(zhǎng)兼仿真與控制研究所所長(zhǎng)李麟問(wèn)了《中國(guó)汽車報(bào)》記者這樣一個(gè)問(wèn)題。

記者曾聽(tīng)多家整車企業(yè)的研發(fā)人員對(duì)此進(jìn)行介紹，于是脫口而出：“大約36個(gè)月。”李麟說(shuō)：“很多年前確實(shí)如此，現(xiàn)在借助仿真技術(shù)，車企的研發(fā)周期大幅縮短，研發(fā)成本也大幅下降。”

仿真技術(shù)如此厲害，讓記者重新開(kāi)始關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域，借參加會(huì)議的機(jī)會(huì)詢問(wèn)整車企業(yè)的研發(fā)人員。上海匯眾汽車制造有限公司CAE中心主任盛云告訴記者，運(yùn)用仿真技術(shù)后，研發(fā)時(shí)間大約可以縮短1/3，需要試制的零部件減少，成本也得以大幅降低。

仿真技術(shù)應(yīng)用走入新階段

最近一段時(shí)間，汽車圈有一個(gè)很火的名詞“數(shù)字孿生”。記者了解到，其真正的意思是高度逼真的數(shù)字虛擬仿真技術(shù)。中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)教授譚建榮說(shuō)：“科學(xué)界一直重視仿真研究，與幾年前相比，今天的仿真有了很大的不同，大量的虛擬技術(shù)應(yīng)用在仿真中，模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，大幅提高了仿真的精度與效率。”

譚建榮進(jìn)一步指出，仿真技術(shù)不再滿足于場(chǎng)景模擬，虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)全方位地為人的感官提供信息，并全方位接收人發(fā)出的信息。最大效率地進(jìn)行人機(jī)交互，使仿真技術(shù)成為一項(xiàng)高級(jí)的人機(jī)界面技術(shù)。

據(jù)介紹，隨著科技的發(fā)展，仿真技術(shù)已從以往的數(shù)值仿真發(fā)展到圖形仿真階段，通過(guò)科學(xué)計(jì)算可視化，將抽象的數(shù)值仿真結(jié)果轉(zhuǎn)化為圖像圖形，利用其直觀性與形象性對(duì)數(shù)字仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視表達(dá)，使設(shè)計(jì)人員能夠更為高效地解釋與處理分析結(jié)果。

仿真技術(shù)從以往的虛擬仿真發(fā)展到虛擬與現(xiàn)實(shí)融合在一起，通過(guò)將虛擬對(duì)象融合到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，增強(qiáng)用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的理解與操作，有效減輕復(fù)雜虛擬環(huán)境構(gòu)造的負(fù)擔(dān)，提高用戶對(duì)數(shù)字樣機(jī)的感知真實(shí)性。

同時(shí)，仿真技術(shù)已從幾何建模發(fā)展到物理建模的階段。幾何建模主要是通過(guò)構(gòu)建形狀結(jié)構(gòu)、尺寸、外觀等幾何屬性，解決幾何設(shè)計(jì)問(wèn)題;物理建模是構(gòu)建運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的物理屬性與產(chǎn)品相同或相近的數(shù)字樣機(jī)的物理模型，解決數(shù)字樣機(jī)在各種工況下運(yùn)動(dòng)、受力等物理仿真問(wèn)題。

譚建榮說(shuō)：“仿真技術(shù)從階段性設(shè)計(jì)性能模擬發(fā)展到產(chǎn)品的全生命周期，有幾個(gè)主要的特點(diǎn)，可視性、可驗(yàn)證性、可使用性和感知性。”

仿真技術(shù)已獲得行業(yè)認(rèn)可，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)如何?譚建榮認(rèn)為，軟硬件平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放化，有利于企業(yè)降低開(kāi)發(fā)或部署成本，避免虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品碎片化。虛擬現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)規(guī)模超千億美元，經(jīng)過(guò)快速增長(zhǎng)和激烈競(jìng)爭(zhēng)形成了完整的生態(tài)系統(tǒng)，大型公司參與其中，小型公司也有機(jī)會(huì)。

記者了解到，虛擬現(xiàn)實(shí)不僅在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在還逐步走向消費(fèi)市場(chǎng)，并形成巨大的需求，2020年超過(guò)377億美元。譚建榮說(shuō)：“隨著在消費(fèi)市場(chǎng)普及，當(dāng)前以硬件濃縮為主的情況會(huì)有所改變，軟件和服務(wù)的收入將超過(guò)硬件。”

應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展多元

汽車行業(yè)普遍對(duì)新技術(shù)比較敏感，應(yīng)用仿真技術(shù)早已不是什么新鮮事。那么，使用仿真技術(shù)以后，生產(chǎn)效率提升了多少?成本了節(jié)約多少?盛云告訴記者，以前汽車企業(yè)開(kāi)發(fā)一款新底盤(pán)要好幾個(gè)月的時(shí)間，使用仿真技術(shù)后，開(kāi)發(fā)周期縮短1/3。

汽車企業(yè)一般的開(kāi)發(fā)流程是先仿真計(jì)算，然后用樣品去驗(yàn)證，再把測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題用以修正仿真模型。應(yīng)用仿真技術(shù)以后，需要的樣品大約兩三個(gè)就夠了;如果沒(méi)有運(yùn)用仿真技術(shù)，按照傳統(tǒng)的做法，大約需要8～10個(gè)樣品。

盛云給記者舉了一個(gè)關(guān)于如何解決疲勞試驗(yàn)樣本之間不一致問(wèn)題的例子。盛云的團(tuán)隊(duì)曾遇到仿真失效位置、循環(huán)次數(shù)與試驗(yàn)不對(duì)應(yīng)，疲勞試驗(yàn)的結(jié)果離散性較大的挑戰(zhàn)。他們把試驗(yàn)結(jié)果返回仿真模型中進(jìn)一步尋找原因，比如，將沖壓仿真的板厚減薄映射到疲勞仿真模型中，關(guān)鍵區(qū)域疲勞壽命顯著下降，縮小了與試驗(yàn)結(jié)果的差異。盛云告訴記者，通過(guò)仿真技術(shù)探尋失效過(guò)程，從而找到原因，不必多次重復(fù)做試驗(yàn)。

隨著新能源汽車的推廣，仿真技術(shù)也在這一領(lǐng)域派上用場(chǎng)。動(dòng)力電池的一致性關(guān)系產(chǎn)品的安全性、循環(huán)壽命等方面，這項(xiàng)研究工作是動(dòng)力電池的難點(diǎn)之一。國(guó)聯(lián)汽車動(dòng)力電池研究院有限責(zé)任公司研究助理王琳舒向記者表示，動(dòng)力電池的制造需要從材料優(yōu)化設(shè)計(jì)層面轉(zhuǎn)化為制造過(guò)程的控制管理層面，實(shí)現(xiàn)批量產(chǎn)品性能及一次性的管理和預(yù)測(cè)。動(dòng)力電池設(shè)計(jì)階段的性能評(píng)估與預(yù)測(cè)，可通過(guò)仿真的方法完成;制造階段隨機(jī)誤差的預(yù)測(cè)和控制，也可通過(guò)一次性仿真的方法完成。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)成為汽車行業(yè)今后工作的重點(diǎn)之一，河北工業(yè)大學(xué)新能源汽車研究中心主任陳勇教授認(rèn)為，運(yùn)用仿真技術(shù)可以預(yù)估未來(lái)碳排放的變化，目前油耗法規(guī)、排放標(biāo)準(zhǔn)僅考慮車輛行駛期間的情況，沒(méi)有考慮全生命周期的碳排放，傳統(tǒng)動(dòng)力與新能源汽車碳排放必須重新評(píng)估。

難點(diǎn)在于解決試驗(yàn)與實(shí)際的偏差

汽車企業(yè)如何運(yùn)用仿真技術(shù)?以前記者只是耳聞，在一次偶然的機(jī)會(huì)下，親眼見(jiàn)證了越博動(dòng)力的研發(fā)人員如何采用仿真技術(shù)設(shè)計(jì)智能汽車的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)。

李麟告訴記者，僅有仿真技術(shù)軟件不夠，還需要大量的硬件系統(tǒng)。他帶記者參觀了HIL仿真測(cè)試平臺(tái)、整車系統(tǒng)匹配優(yōu)化平臺(tái)、整車開(kāi)發(fā)測(cè)試工具鏈。李麟介紹說(shuō)：“這三款仿真設(shè)備分別針對(duì)整車控制器、電機(jī)控制器、自動(dòng)變速器。”

仿真技術(shù)運(yùn)用的難點(diǎn)是什么?李麟指出：“影響車輛平穩(wěn)運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)原因很難全方面被考慮到，導(dǎo)致試驗(yàn)與實(shí)際情況產(chǎn)生偏差，需要通過(guò)多次調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。”

為此，越博動(dòng)力依托整車控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具鏈，建立了V字形開(kāi)發(fā)流程，左邊最上方處明確開(kāi)發(fā)目標(biāo)，朝下細(xì)分大目標(biāo)，再細(xì)分領(lǐng)域目標(biāo)，從最低處的拐點(diǎn)開(kāi)始，針對(duì)左邊各點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行模型搭建，并且反復(fù)測(cè)試，最終達(dá)到開(kāi)發(fā)目標(biāo)的要求。

記者在研發(fā)人員的電腦屏幕上看到，一輛重型卡車沿著道路前進(jìn)，旁邊的屏幕上不斷刷新出數(shù)據(jù)。李麟解釋說(shuō)，越博動(dòng)力建立了不同工況的模型，驗(yàn)證車輛能否在既定的參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行。“你剛才看到的就是在Carsim中搭建整車模型，搭建虛擬路徑，采用智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)，結(jié)合自主開(kāi)發(fā)的VCU、TCU及MCU，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究。”

仿真技術(shù)讓我們不必做出真車就能看到車輛運(yùn)行狀況，從而針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題加以改進(jìn)，助力汽車企業(yè)縮短研發(fā)時(shí)間，降低成本。(記者 萬(wàn)仁美)

關(guān)鍵詞： 新車研發(fā)周期 仿真技術(shù) 汽車研發(fā) 整車企業(yè)