“你知道現(xiàn)在一款新車的研發(fā)周期多長嗎?”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兼仿真與控制研究所所長李麟問了《中國汽車報(bào)》記者這樣一個(gè)問題。

記者曾聽多家整車企業(yè)的研發(fā)人員對此進(jìn)行介紹，于是脫口而出：“大約36個(gè)月。”李麟說：“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，讓記者重新開始關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域，借參加會(huì)議的機(jī)會(huì)詢問整車企業(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)。中國工程院院士、浙江大學(xué)教授譚建榮說：“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，通過將虛擬對象融合到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，增強(qiáng)用戶對現(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)、受力等物理仿真問題。

譚建榮說：“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，未來的發(fā)展趨勢如何?譚建榮認(rèn)為，軟硬件平臺的標(biāo)準(zhǔn)化和開放化，有利于企業(yè)降低開發(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)市場規(guī)模超千億美元，經(jīng)過快速增長和激烈競爭形成了完整的生態(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，并形成巨大的需求，2020年超過377億美元。譚建榮說：“隨著在消費(fèi)市場普及，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)的收入將超過硬件。”

應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展多元

汽車行業(yè)普遍對新技術(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)開發(fā)一款新底盤要好幾個(gè)月的時(shí)間，使用仿真技術(shù)后，開發(fā)周期縮短1/3。

汽車企業(yè)一般的開發(fā)流程是先仿真計(jì)算，然后用樣品去驗(yàn)證，再把測試中發(fā)現(xiàn)的問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，通過仿真技術(shù)探尋失效過程，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。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。動(dòng)力電池設(shè)計(jì)階段的性能評估與預(yù)測，可通過仿真的方法完成;制造階段隨機(jī)誤差的預(yù)測和控制，也可通過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仿真測試平臺、整車系統(tǒng)匹配優(yōu)化平臺、整車開發(fā)測試工具鏈。李麟介紹說：“這三款仿真設(shè)備分別針對整車控制器、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，需要通過多次調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)并解決問題。”

為此，越博動(dòng)力依托整車控制系統(tǒng)開發(fā)工具鏈，建立了V字形開發(fā)流程，左邊最上方處明確開發(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)開始，針對左邊各點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行模型搭建，并且反復(fù)測試，最終達(dá)到開發(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，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，從而針對運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題加以改進(jìn)，助力汽車企業(yè)縮短研發(fā)時(shí)間，降低成本。(記者 萬仁美)

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