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“你知道現在一款新車的研發週期多長嗎？”在前不久舉行的一個行業會議上，南京越博動力系統股份有限公司新能源汽車研究院副院長兼模擬與控制研究所所長李麟問了《中國汽車報》記者這樣一個問題。
記者曾聽多家整車企業的研發人員對此進行介紹，於是脫口而出：“大約36個月。”李麟說：“很多年前確實如此，現在藉助模擬技術，車企的研發週期大幅縮短，研發成本也大幅下降。”
模擬技術如此厲害，讓記者重新開始關注這個領域，借參加會議的機會詢問整車企業的研發人員。上海匯眾汽車製造有限公司CAE中心主任盛雲告訴記者，運用模擬技術後，研發時間大約可以縮短1/3，需要試製的零部件減少，成本也得以大幅降低。
模擬技術應用走入新階段
最近一段時間，汽車圈有一個很火的名詞“數字孿生”。記者瞭解到，其真正的意思是高度逼真的數字虛擬模擬技術。中國工程院院士、浙江大學教授譚建榮說：“科學界一直重視模擬研究，與幾年前相比，今天的模擬有了很大的不同，大量的虛擬技術應用在模擬中，模擬現實場景，大幅提高了模擬的精度與效率。”
譚建榮進一步指出，模擬技術不再滿足於場景模擬，虛擬現實/增強現實全方位地為人的感官提供資訊，並全方位接收人發出的資訊。最大效率地進行人機互動，使模擬技術成為一項高階的人機介面技術。
據介紹，隨著科技的發展，模擬技術已從以往的數值模擬發展到圖形模擬階段，透過科學計算視覺化，將抽象的數值模擬結果轉化為影象圖形，利用其直觀性與形象性對數字模擬產生的資料及計算結果進行可視表達，使設計人員能夠更為高效地解釋與處理分析結果。
模擬技術從以往的虛擬模擬發展到虛擬與現實融合在一起，透過將虛擬物件融合到現實環境中，增強使用者對現實環境的理解與操作，有效減輕複雜虛擬環境構造的負擔，提高使用者對數字樣機的感知真實性。
同時，模擬技術已從幾何建模發展到物理建模的階段。幾何建模主要是透過構建形狀結構、尺寸、外觀等幾何屬性，解決幾何設計問題；物理建模是構建運動學、動力學的物理屬性與產品相同或相近的數字樣機的物理模型，解決數字樣機在各種工況下運動、受力等物理模擬問題。
譚建榮說：“模擬技術從階段性設計效能模擬發展到產品的全生命週期，有幾個主要的特點，可視性、可驗證性、可使用性和感知性。”
模擬技術已獲得行業認可，未來的發展趨勢如何？譚建榮認為，軟硬體平臺的標準化和開放化，有利於企業降低開發或部署成本，避免虛擬現實產品碎片化。虛擬現實市場規模超千億美元，經過快速增長和激烈競爭形成了完整的生態系統，大型公司參與其中，小型公司也有機會。
記者瞭解到，虛擬現實不僅在工業領域廣泛應用，現在還逐步走向消費市場，並形成巨大的需求，2020年超過377億美元。譚建榮說：“隨著在消費市場普及，當前以硬體濃縮為主的情況會有所改變，軟體和服務的收入將超過硬體。”
應用領域逐漸拓展多元
汽車行業普遍對新技術比較敏感，應用模擬技術早已不是什麼新鮮事。那麼，使用模擬技術以後，生產效率提升了多少？成本了節約多少？盛雲告訴記者，以前汽車企業開發一款新底盤要好幾個月的時間，使用模擬技術後，開發週期縮短1/3。
汽車企業一般的開發流程是先模擬計算，然後用樣品去驗證，再把測試中發現的問題用以修正模擬模型。應用模擬技術以後，需要的樣品大約兩三個就夠了；如果沒有運用模擬技術，按照傳統的做法，大約需要8～10個樣品。
盛雲給記者舉了一個關於如何解決疲勞試驗樣本之間不一致問題的例子。盛雲的團隊曾遇到模擬失效位置、迴圈次數與試驗不對應，疲勞試驗的結果離散性較大的挑戰。他們把試驗結果返回模擬模型中進一步尋找原因，比如，將衝壓模擬的板厚減薄對映到疲勞模擬模型中，關鍵區域疲勞壽命顯著下降，縮小了與試驗結果的差異。盛雲告訴記者，透過模擬技術探尋失效過程，從而找到原因，不必多次重複做試驗。
隨著新能源汽車的推廣，模擬技術也在這一領域派上用場。動力電池的一致性關係產品的安全性、迴圈壽命等方面，這項研究工作是動力電池的難點之一。國聯汽車動力電池研究院有限責任公司研究助理王琳舒向記者表示，動力電池的製造需要從材料最佳化設計層面轉化為製造過程的控制管理層面，實現批次產品效能及一次性的管理和預測。動力電池設計階段的效能評估與預測，可透過模擬的方法完成；製造階段隨機誤差的預測和控制，也可透過一次性模擬的方法完成。
實現“雙碳”目標成為汽車行業今後工作的重點之一，河北工業大學新能源汽車研究中心主任陳勇教授認為，運用模擬技術可以預估未來碳排放的變化，目前油耗法規、排放標準僅考慮車輛行駛期間的情況，沒有考慮全生命週期的碳排放，傳統動力與新能源汽車碳排放必須重新評估。
難點在於解決試驗與實際的偏差
汽車企業如何運用模擬技術？以前記者只是耳聞，在一次偶然的機會下，親眼見證了越博動力的研發人員如何採用模擬技術設計智慧汽車的動力傳輸系統。
李麟告訴記者，僅有模擬技術軟體不夠，還需要大量的硬體系統。他帶記者參觀了HIL模擬測試平臺、整車系統匹配最佳化平臺、整車開發測試工具鏈。李麟介紹說：“這三款模擬裝置分別針對整車控制器、電機控制器、自動變速器。”
模擬技術運用的難點是什麼？李麟指出：“影響車輛平穩執行的現實原因很難全方面被考慮到，導致試驗與實際情況產生偏差，需要透過多次除錯，才能發現並解決問題。”
為此，越博動力依託整車控制系統開發工具鏈，建立了V字形開發流程，左邊最上方處明確開發目標，朝下細分大目標，再細分領域目標，從最低處的拐點開始，針對左邊各點目標進行模型搭建，並且反覆測試，最終達到開發目標的要求。
記者在研發人員的電腦螢幕上看到，一輛重型卡車沿著道路前進，旁邊的螢幕上不斷刷新出資料。李麟解釋說，越博動力建立了不同工況的模型，驗證車輛能否在既定的引數下穩定執行。“你剛才看到的就是在Carsim中搭建整車模型，搭建虛擬路徑，採用智慧網聯技術，結合自主開發的VCU、TCU及MCU，形成閉環控制系統，進行相關技術的開發與研究。”
模擬技術讓我們不必做出真車就能看到車輛執行狀況，從而針對執行過程中出現的問題加以改進，助力汽車企業縮短研發時間，降低成本。
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