仿真技術(shù)在汽車領(lǐng)域的作用是什么？在第三屆中國(guó)仿真技術(shù)應(yīng)用大會(huì)暨中關(guān)村數(shù)字化創(chuàng)新國(guó)際論壇召開(kāi)期間，記者向多位演講嘉賓提出這個(gè)問(wèn)題，他們的回答從不同角度說(shuō)明仿真技術(shù)正在汽車領(lǐng)域大顯身手。

仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

科學(xué)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(yīng)用在仿真中，模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，大幅度提高了仿真的精度與效率。中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)教授譚建榮說(shuō)：“虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(jìn)行人機(jī)交互，是一種高級(jí)的人機(jī)界面技術(shù)?！?/p>

譚建榮高度肯定了虛擬仿真技術(shù)，對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做出了幾個(gè)判斷。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)或者部署成本，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)和激烈的競(jìng)爭(zhēng)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(jī)會(huì)。

虛擬現(xiàn)實(shí)不僅工業(yè)領(lǐng)域廣泛的用，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走向消費(fèi)市場(chǎng)，并形成了巨大的市場(chǎng)需求，2020年的市場(chǎng)消費(fèi)超過(guò)377億美元。譚建榮說(shuō)：“隨著消費(fèi)市場(chǎng)的普及，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?！?/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(guò)科學(xué)計(jì)算可視化，將抽象的數(shù)值仿真結(jié)果轉(zhuǎn)化為圖形圖像，利用圖形的直觀性與形象性對(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(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。

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(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)已經(jīng)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?！?/p>

汽車領(lǐng)域廣泛運(yùn)用仿真技術(shù)

汽車界的技術(shù)普遍對(duì)新技術(shù)比較敏感，仿真技術(shù)應(yīng)用于汽車領(lǐng)域并不意外，目前應(yīng)用的成果如何？在在汽車交通專題論壇、新能源及高效儲(chǔ)能系統(tǒng)仿真專題論壇上，多位專家展示了運(yùn)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(guò)程迭代方法與實(shí)踐》。盛云演講之后，記者趁會(huì)議休息時(shí)間采訪了盛云幾個(gè)問(wèn)題。

記者問(wèn)：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(shuō)：以前汽車企業(yè)開(kāi)發(fā)一個(gè)新底盤的時(shí)間周期還是蠻長(zhǎng)的，要好幾個(gè)月的時(shí)間，使用仿真技術(shù)之后，開(kāi)發(fā)周期縮短約1/3。汽車企業(yè)一般的開(kāi)發(fā)規(guī)律是先仿真計(jì)算，然后再用樣品去驗(yàn)證，樣品測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，再回到仿真技術(shù)中去修正模型。應(yīng)用仿真技術(shù)以后需要的樣品大約2~3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。

在進(jìn)行底盤設(shè)計(jì)之前，盛云的團(tuán)隊(duì)都要先進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。盛云說(shuō)：“我們遇到過(guò)疲勞試驗(yàn)樣本之間的不一致問(wèn)題，必須通過(guò)CAE仿真手段來(lái)高效的分析并解答?！?/p>

盛云遇到的問(wèn)題主要是仿真失效位置、循環(huán)次數(shù)與實(shí)驗(yàn)不對(duì)應(yīng)，疲勞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果離散性較大。他們把實(shí)驗(yàn)結(jié)果返回到仿真模型中進(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，縮小了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異。通過(guò)仿真技術(shù)逐步找到原因，探尋過(guò)程，不必多次重復(fù)做實(shí)驗(yàn)。

中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司性能開(kāi)發(fā)主任高翔介紹了仿真技術(shù)在車身輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。高翔認(rèn)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(dòng)下，汽車研發(fā)手段和測(cè)評(píng)技術(shù)急需升級(jí)和創(chuàng)新，仿真技術(shù)將大量運(yùn)用于汽車安全領(lǐng)域，包括輕量化在內(nèi)運(yùn)用仿真技術(shù)將節(jié)省成本、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

汽車發(fā)生安全事故之后會(huì)呈現(xiàn)什么樣的狀態(tài)？全球普遍采用碰撞測(cè)試的手段，我國(guó)有C-NCAP給量產(chǎn)汽車評(píng)級(jí)打分。但是每次碰撞測(cè)試的費(fèi)用都很高，一輛嶄新的汽車碰撞之后完全報(bào)廢。汽車本身的十幾萬(wàn)元或者幾十萬(wàn)元價(jià)值化為泡影，每次碰撞的輔助性投入也很高，對(duì)汽車企業(yè)來(lái)說(shuō)，這是一筆不菲的開(kāi)支。

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

卜曉兵進(jìn)一步說(shuō)，碰撞測(cè)試是破壞性實(shí)驗(yàn)，有一些場(chǎng)景需要通過(guò)仿真技術(shù)進(jìn)行真實(shí)還原。應(yīng)用虛擬測(cè)評(píng)的方式，能夠保證評(píng)估更有廣度和深度，比如主被動(dòng)安全一體化，未來(lái)更多乘坐方式的工況等，帶有生物力學(xué)假人的虛擬測(cè)評(píng)試驗(yàn)工況損傷更接近于真實(shí)交通事故。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是我國(guó)今后很長(zhǎng)一段時(shí)期的工作重點(diǎn)之一，未來(lái)的碳排放會(huì)如何演變？我們不可能等到那個(gè)時(shí)候再來(lái)決策，運(yùn)用仿真技術(shù)可以預(yù)估未來(lái)的變化。河北工業(yè)大學(xué)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(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀》的演講。

陳勇教授認(rèn)為目前油耗排放法規(guī)僅考慮車輛行駛期間的排放，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。

動(dòng)力電池的一致性關(guān)系到安全、循環(huán)壽命等，這項(xiàng)研究工作是動(dòng)力電池的難點(diǎn)。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做了題為《動(dòng)力鋰離子電池，一次性的數(shù)字化研究》，王琳舒認(rèn)為，在動(dòng)力電池?cái)?shù)字化的進(jìn)程中，需要對(duì)動(dòng)力電池做出新的認(rèn)識(shí)和理解。這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度。動(dòng)力電池的性能優(yōu)化需要構(gòu)建結(jié)構(gòu)微觀電極過(guò)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(wèn)題的提出精確的追蹤和解決。

動(dòng)力電池的制造技術(shù)需要從材料電信優(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)批量電池性能及一次性的管理和預(yù)測(cè)。動(dòng)力電池的質(zhì)量控制需要對(duì)制造過(guò)程的數(shù)據(jù)采集，從電池生產(chǎn)、使用或回收階段，局部、獨(dú)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(rèn)為，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。電池制造階段的隨機(jī)誤差的預(yù)測(cè)和控制，可通過(guò)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?！盎陔姵刂圃爝^(guò)程的一致性仿真研究是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池?cái)?shù)字化的關(guān)鍵?！?/p>

此外，還有眾多的專家展示了仿真技術(shù)在汽車領(lǐng)域的運(yùn)用，比如鋰電池關(guān)鍵檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用?；贑OMSOL的燃料電池?cái)?shù)字模值仿真等，他們的演講揭示了仿真技術(shù)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。