仿真技術(shù)在汽車領域的作用是什么？在第三屆中國仿真技術(shù)應用大會暨中關(guān)村數(shù)字化創(chuàng)新國際論壇召開期間，記者向多位演講嘉賓提出這個問題，他們的回答從不同角度說明仿真技術(shù)正在汽車領域大顯身手。

仿真技術(shù)發(fā)展趨勢

科學界一直重視仿真研究，今天的仿真與幾年前有較大的區(qū)別，大量的虛擬技術(shù)應用在仿真中，模擬現(xiàn)實場景，大幅度提高了仿真的精度與效率。中國工程院院士、浙江大學教授譚建榮說：“虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實全方位的為人的感官提供信息，并全方位接收人發(fā)出的信息。最大效率地進行人機交互，是一種高級的人機界面技術(shù)?！?/p>

譚建榮高度肯定了虛擬仿真技術(shù)，對未來的發(fā)展趨勢做出了幾個判斷。譚建榮認為，軟硬件平臺的標準化和開放化有利于企業(yè)降低開發(fā)或者部署成本，避免虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品碎片化。虛擬現(xiàn)實市場規(guī)模超千億美元，經(jīng)過快速增長和激烈的競爭已經(jīng)形成了完整的生態(tài)系統(tǒng)，大型公司參與其中，小型公司也有機會。

虛擬現(xiàn)實不僅工業(yè)領域廣泛的用，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走向消費市場，并形成了巨大的市場需求，2020年的市場消費超過377億美元。譚建榮說：“隨著消費市場的普及，當前以硬件濃縮為主的情況會有所改變，軟件和服務的收入將超過硬件?！?/p>

隨著科技的發(fā)展，仿真技術(shù)已經(jīng)從以往的數(shù)值仿真發(fā)展到圖形仿真階段。通過科學計算可視化，將抽象的數(shù)值仿真結(jié)果轉(zhuǎn)化為圖形圖像，利用圖形的直觀性與形象性對數(shù)字仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果進行可視表達，使設計人員能夠更為高效的解釋與處理數(shù)字仿真分析結(jié)果。

仿真技術(shù)從以往的虛擬仿真發(fā)展到虛擬與現(xiàn)實融合在一起，通過將虛擬對象融合到現(xiàn)實環(huán)境中，增強用戶對現(xiàn)實環(huán)境的理解與操作，有效減輕復雜虛擬環(huán)境構(gòu)造的負擔，提高用戶對數(shù)字樣機的感知真實性。

仿真技術(shù)已經(jīng)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，解決幾何設計問題，物理建模是構(gòu)建運動學、動力學的物理屬性與產(chǎn)品相同或相近的數(shù)字樣機的物理模型，解決數(shù)字樣機在各種工況下運動、受力等物理仿真問題。

譚建榮說：“仿真技術(shù)已經(jīng)從階段性設計性能模擬發(fā)展到產(chǎn)品的全生命周期。有幾個主要的特點，可視性可驗證性，可使用性和感知性?！?/p>

汽車領域廣泛運用仿真技術(shù)

汽車界的技術(shù)普遍對新技術(shù)比較敏感，仿真技術(shù)應用于汽車領域并不意外，目前應用的成果如何？在在汽車交通專題論壇、新能源及高效儲能系統(tǒng)仿真專題論壇上，多位專家展示了運用成果。

上海匯眾汽車制造有限公司CAE中心主任盛云的演講題目是《底盤結(jié)構(gòu)件疲勞耐久仿真的工藝過程迭代方法與實踐》。盛云演講之后，記者趁會議休息時間采訪了盛云幾個問題。

記者問：使用仿真技術(shù)以后，你們的生產(chǎn)效率提升了多少？成本能夠節(jié)約多少？

盛云說：以前汽車企業(yè)開發(fā)一個新底盤的時間周期還是蠻長的，要好幾個月的時間，使用仿真技術(shù)之后，開發(fā)周期縮短約1/3。汽車企業(yè)一般的開發(fā)規(guī)律是先仿真計算，然后再用樣品去驗證，樣品測試中發(fā)現(xiàn)的問題，再回到仿真技術(shù)中去修正模型。應用仿真技術(shù)以后需要的樣品大約2~3個就夠了。如果沒有運用仿真技術(shù)，按照傳統(tǒng)的做法，大約需要8~10個樣品。

在進行底盤設計之前，盛云的團隊都要先進行仿真設計。盛云說：“我們遇到過疲勞試驗樣本之間的不一致問題，必須通過CAE仿真手段來高效的分析并解答?！?/p>

盛云遇到的問題主要是仿真失效位置、循環(huán)次數(shù)與實驗不對應，疲勞實驗的結(jié)果離散性較大。他們把實驗結(jié)果返回到仿真模型中進一步尋找原因，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，縮小了與實驗結(jié)果的差異。通過仿真技術(shù)逐步找到原因，探尋過程，不必多次重復做實驗。

中國汽車工程研究院股份有限公司性能開發(fā)主任高翔介紹了仿真技術(shù)在車身輕量化設計中的應用。高翔認為，在環(huán)保需求、安全法規(guī)、信息技術(shù)和人工智能的綜合推動下，汽車研發(fā)手段和測評技術(shù)急需升級和創(chuàng)新，仿真技術(shù)將大量運用于汽車安全領域，包括輕量化在內(nèi)運用仿真技術(shù)將節(jié)省成本、縮短開發(fā)時間。

汽車發(fā)生安全事故之后會呈現(xiàn)什么樣的狀態(tài)？全球普遍采用碰撞測試的手段，我國有C-NCAP給量產(chǎn)汽車評級打分。但是每次碰撞測試的費用都很高，一輛嶄新的汽車碰撞之后完全報廢。汽車本身的十幾萬元或者幾十萬元價值化為泡影，每次碰撞的輔助性投入也很高，對汽車企業(yè)來說，這是一筆不菲的開支。

運用仿真汽車可以節(jié)省企業(yè)的成本。中國汽車技術(shù)研究中心有限公司碰撞實驗所科長卜曉兵說：“仿真技術(shù)在碰撞測試中的運用不僅僅是節(jié)省成本、縮短研發(fā)時間，更重要的是可以運用仿真技術(shù)再現(xiàn)碰撞過程，從而找到解決問題的關(guān)鍵點。如果按照傳統(tǒng)的方法，可能需要多次碰撞測試才能發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵點?！?/p>

卜曉兵進一步說，碰撞測試是破壞性實驗，有一些場景需要通過仿真技術(shù)進行真實還原。應用虛擬測評的方式，能夠保證評估更有廣度和深度，比如主被動安全一體化，未來更多乘坐方式的工況等，帶有生物力學假人的虛擬測評試驗工況損傷更接近于真實交通事故。

實現(xiàn)“雙碳”目標是我國今后很長一段時期的工作重點之一，未來的碳排放會如何演變？我們不可能等到那個時候再來決策，運用仿真技術(shù)可以預估未來的變化。河北工業(yè)大學新能源汽車研究中心主任陳勇教授做了題為《汽車產(chǎn)業(yè)碳排放需求與新能源汽車動力傳動技術(shù)現(xiàn)狀》的演講。

陳勇教授認為目前油耗排放法規(guī)僅考慮車輛行駛期間的排放，沒有考慮全生命周期的碳排放，傳統(tǒng)動力與新能源汽車碳排放必須重新評估。

動力電池的一致性關(guān)系到安全、循環(huán)壽命等，這項研究工作是動力電池的難點。國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司研究助理王琳舒做了題為《動力鋰離子電池，一次性的數(shù)字化研究》，王琳舒認為，在動力電池數(shù)字化的進程中，需要對動力電池做出新的認識和理解。這主要體現(xiàn)在兩個方面，技術(shù)角度和經(jīng)濟角度。動力電池的性能優(yōu)化需要構(gòu)建結(jié)構(gòu)微觀電極過程與宏觀性能的原理和數(shù)據(jù)橋梁，為電池性能及安全問題的提出精確的追蹤和解決。

動力電池的制造技術(shù)需要從材料電信優(yōu)化設計層面轉(zhuǎn)化為制造過程的控制管理層面，實現(xiàn)批量電池性能及一次性的管理和預測。動力電池的質(zhì)量控制需要對制造過程的數(shù)據(jù)采集，從電池生產(chǎn)、使用或回收階段，局部、獨立的采集方式，轉(zhuǎn)為電池全程制造周期的聯(lián)合數(shù)據(jù)分析和管理體系。

王琳舒認為，動力電池設計階段的性能評估與預測可通過仿真的方法完成。電池制造階段的隨機誤差的預測和控制，可通過一次性仿真方法完成。制造偏差誘發(fā)的電池一致性差異，伴隨著電池全生命周期。“基于電池制造過程的一致性仿真研究是實現(xiàn)動力電池數(shù)字化的關(guān)鍵。”

此外，還有眾多的專家展示了仿真技術(shù)在汽車領域的運用，比如鋰電池關(guān)鍵檢測技術(shù)與應用。基于COMSOL的燃料電池數(shù)字模值仿真等，他們的演講揭示了仿真技術(shù)在汽車領域已經(jīng)被廣泛運用。