不知道大家有沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，最近幾年新車更新?lián)Q代的速度越來越快了。像大眾這樣的傳統(tǒng)國際大廠，從立項(xiàng)到量產(chǎn)一款新車通常需要54個(gè)月的時(shí)間，國內(nèi)的傳統(tǒng)車企基本也在36個(gè)月左右。可現(xiàn)在的新勢(shì)力車企已經(jīng)將研發(fā)測(cè)試周期縮短到了24個(gè)月，甚至有傳聞某些車企已經(jīng)縮短到15個(gè)月以內(nèi)了，速度堪比手機(jī)。這些變化也給大家?guī)砹艘恍┮苫蠛蛽?dān)憂，新車開發(fā)周期一而再、再而三地縮短，這背后是技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果，還是車企為了短期銷量和利潤，忽視了產(chǎn)品性能呢？

 

在介紹新車研發(fā)時(shí)間縮短的原因之前，我們有必要先大致了解一下新車的研發(fā)流程。按照主流車企的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，新車研發(fā)流程分為方案、設(shè)計(jì)/驗(yàn)證、投產(chǎn)三個(gè)主要階段。其中方案階段耗時(shí)9.5個(gè)月、設(shè)計(jì)/驗(yàn)證14個(gè)月、投產(chǎn)10.5個(gè)月，最后加上2個(gè)月的上市階段，一共就是36個(gè)月。不難看出，新車開發(fā)中設(shè)計(jì)/驗(yàn)證的耗時(shí)最長，縮短開發(fā)周期自然也要從它入手。

 

 

 

如何才能有效地縮短設(shè)計(jì)/驗(yàn)證的時(shí)間呢？各家車企在這一點(diǎn)上基本都達(dá)成了一致，那就是采用CAE仿真技術(shù)。簡(jiǎn)單來說，CAE就是把車輛基本信息錄入仿真軟件，通過軟件來模擬計(jì)算，然后再比較不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣勢(shì)。千萬別小看CAE技術(shù)，它能夠模擬的領(lǐng)域非常多，比如車身碰撞安全性、氣動(dòng)性能、NVH等等。也就是說，現(xiàn)在開發(fā)新車，前期幾乎不需要把設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)換為真實(shí)零件，然后挨個(gè)去做物理測(cè)試，而是只用在電腦上敲擊鍵盤鼠標(biāo)，各種零件的特性就一目了然了。

 

這么說可能還是有點(diǎn)籠統(tǒng)，下面我們就說一些實(shí)際的案例。馬自達(dá)在開發(fā)第一代CX-5的車身時(shí)，理論方向很明確，那就是車身的傳力路徑不要彎曲，應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)成筆直的直線，另外車身的傳力路徑要多，而且傳力路徑要連貫。

 

但是具體到縱梁與車身是斜著布置還是垂直布置，哪一種設(shè)計(jì)安全性更好時(shí)，還是要經(jīng)過大量的測(cè)試和驗(yàn)證，所以馬自達(dá)就用到了LS-DYNA這款軟件分析車身的碰撞性能。簡(jiǎn)單來說，馬自達(dá)首先將CX-5的尺寸、結(jié)構(gòu)做成一個(gè)CAD模型，然后把車輛的CAD模型導(dǎo)入LS-DYNA這款軟件，緊接著將車身不同部位的材料數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去。

 

為了精確分析車身碰撞時(shí)局部的變形和潰縮，在LS-DYNA中還需要把車身分成細(xì)小的網(wǎng)格，一般網(wǎng)格越小仿真越接近真實(shí)情況。像90年代馬自達(dá)的車身仿真，網(wǎng)格的尺寸在50-100mm，因此整個(gè)車身被分為3萬個(gè)網(wǎng)格。而近些年馬自達(dá)的車身網(wǎng)格尺寸已經(jīng)縮小到了3-7mm，車身一共由300-400萬個(gè)網(wǎng)格組成。當(dāng)然，網(wǎng)格數(shù)量越多計(jì)算時(shí)間越長，因此車企想要獲得更好的仿真效果，就需要有更強(qiáng)的計(jì)算能力，這也是為什么現(xiàn)在有些車企一直在強(qiáng)調(diào)自建超算中心的原因。

 

當(dāng)以上步驟完成后，就只用在LS-DYNA中設(shè)定你想要的測(cè)試場(chǎng)景，比如偏置碰撞、側(cè)碰、速度等等，然后通過仿真計(jì)算就可以看到不同方案的區(qū)別。

 

例如在設(shè)計(jì)CX-5底盤的縱梁時(shí)，馬自達(dá)對(duì)比了7種方案，最后從計(jì)算的結(jié)果可以看到，縱梁微微傾斜呈V字形時(shí)，在偏置碰撞中門檻梁變形幅度最小，而X形的縱梁應(yīng)力過于集中有變形的風(fēng)險(xiǎn)，因此量產(chǎn)車型最終選擇了V字形方案。

 

除了碰撞安全性之外，像是車身的NVH性能也經(jīng)常用到CAE仿真，只不過所使用的軟件不一樣。比如在分析車身中高頻噪音，以及如何布置車身的吸音、隔音、阻尼材料時(shí)，各大車企經(jīng)常會(huì)用到VA One等軟件。還是以CX-5為例，在車內(nèi)地板使用阻尼材料時(shí)，如果整個(gè)地板都使用同樣厚度的阻尼材料，那么車身重量就會(huì)提高，而隔音性能并不會(huì)因此變好。

 

但是將CX-5的車身信息導(dǎo)入到NVH分析軟件后，就可以直觀的看到底盤每個(gè)部位噪音、震動(dòng)的大小差異，然后根據(jù)震動(dòng)大小來鋪設(shè)阻尼材料。像CX-5的后排地板部位，它的噪音、震動(dòng)就比較大，所以需要使用厚一點(diǎn)的阻尼材料，而備胎槽只有一小塊區(qū)域噪音震動(dòng)較大，其余比較小，所以可以用薄厚兩種材料搭配使用。由于使用了先進(jìn)的CAE仿真技術(shù)，CX-5在隔音性能不變的情況下，車身地板阻尼材料重量反而降低了2.4kg。

 

在氣動(dòng)性能方面，CAE也是必不可少的環(huán)節(jié)，同前面一樣把車輛的CAD模型導(dǎo)入STAR-CD等氣動(dòng)性能仿真軟件內(nèi)，然后設(shè)定測(cè)試條件，那么車身整體或局部的風(fēng)阻、空氣流向、車身表面壓力等信息就可以完整的展現(xiàn)出來。而且根據(jù)馬自達(dá)提供的數(shù)據(jù)，氣動(dòng)性能仿真與風(fēng)洞測(cè)試的風(fēng)阻誤差可以控制在3%以內(nèi)。

 

因?yàn)榉抡娴木群瓦€原能力非常高，所以通過氣動(dòng)仿真軟件，車企可以針對(duì)車身的局部細(xì)節(jié)進(jìn)行打磨從而一點(diǎn)點(diǎn)地降低風(fēng)阻。比如在馬自達(dá)CX-3上，通過仿真計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣流通過前傾的后風(fēng)擋玻璃與C柱時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的渦流，從而導(dǎo)致風(fēng)阻提升。但如果在后風(fēng)擋與C柱上側(cè)夾角的位置增加一個(gè)擾流板，渦流就會(huì)大幅減少，整車風(fēng)阻因此降低了1%。

其實(shí)，CAE仿真在汽車上應(yīng)用的領(lǐng)域還有很多，比如動(dòng)力和能耗仿真、底盤操控仿真等等。不過因?yàn)槠脑颍覀兙筒灰灰唤榻B了。

 

 

隨著CAE仿真技術(shù)的進(jìn)步，新車在設(shè)計(jì)/驗(yàn)證中大幅降低了試錯(cuò)成本和研發(fā)周期。因?yàn)镃AE在開發(fā)中特別好用，所以有不少廠商開始深度定制CAE軟件，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化仿真。簡(jiǎn)單來說，原本通用CAE軟件需要人工手動(dòng)操作，流程比較繁瑣，而且還會(huì)出現(xiàn)人為的誤操作。而自動(dòng)化仿真將部分或全部的手動(dòng)操作變成了自動(dòng)操作，進(jìn)一步提高了效率，并降低了人為誤操作的概率。也就是說，即便各大車企都采用CAE仿真，他們之間的效率也會(huì)因?yàn)檐浖阅芑蛘咚懔Φ牟町悾绊懻嚨拈_發(fā)周期。

 

 

 

除了設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)步帶來的效率提升之外，部分汽車廠商為了進(jìn)一步壓縮產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間和成本，的確對(duì)開發(fā)環(huán)節(jié)做了優(yōu)化。比如在傳統(tǒng)的汽車研發(fā)中，有一個(gè)開軟模試制樣車的環(huán)節(jié)。軟模的壽命很短，一般小于1000次，而大規(guī)模生產(chǎn)的硬模則可以達(dá)到20萬次。開軟模試制樣車主要是為了提前測(cè)試車身零部件的匹配和功能，如果車身存在設(shè)計(jì)缺陷，那么就可以提前發(fā)現(xiàn)問題，而不會(huì)把缺陷帶到開硬模的量產(chǎn)階段。

按照36個(gè)月的新車開發(fā)周期計(jì)算，軟模耗時(shí)為4個(gè)月，砍掉開軟模環(huán)節(jié)可以顯著縮減產(chǎn)品開發(fā)周期。有車企做過估算，要想把新車36個(gè)月的開發(fā)周期降到24個(gè)月，軟模是必須要省去的環(huán)節(jié)。之所以有車企敢省去軟模環(huán)節(jié)，主要也是因?yàn)楝F(xiàn)在的CAE仿真的精度很高，開模的風(fēng)險(xiǎn)變小了。當(dāng)然，在壓縮汽車開發(fā)環(huán)節(jié)過程中，類似的情況還有很多。

 

 

不僅是樣車試制，車輛耐久性和老化性能測(cè)試在如今的環(huán)境下也不得不進(jìn)行縮減。比如有車企已經(jīng)使用了VPG技術(shù)部分替代了傳統(tǒng)的道路測(cè)試，簡(jiǎn)單來說，VPG就是通過激光掃描典型的強(qiáng)化測(cè)試路面，然后建立一個(gè)路面的模型，把車輛和路面的模型同時(shí)導(dǎo)入到前面用來做碰撞測(cè)試的LS-DYNA軟件中，于是就可以通過軟件來測(cè)試車輛在強(qiáng)化路面上的耐久性能。

前面提過，大眾開發(fā)一款新車的時(shí)間為54個(gè)月，但是大眾目前正在研發(fā)的ID.2純電轎車開發(fā)周期已經(jīng)縮減至36個(gè)月。這其中仿真測(cè)試起了很大作用，原來大眾開發(fā)新車會(huì)在寒冷天氣做2-3個(gè)冬季道路測(cè)試，但是用到仿真測(cè)試后，現(xiàn)在只用做1個(gè)冬季測(cè)試。

 

不過，耐久性仿真并不是全能的，像是車輛的實(shí)際磨損、腐蝕和老化依然不能通過仿真很好的體現(xiàn)出來。而傳統(tǒng)的戶外自然老化測(cè)試，一般又需要1年或者以上的時(shí)間，這顯然不符合現(xiàn)在的新車開發(fā)節(jié)奏。所以如今部分傳統(tǒng)的車企采用了相對(duì)保守的做法，那就是將零件、材料以一定溫度、濕度放在臺(tái)架上進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。至于臺(tái)架測(cè)試也無法有效驗(yàn)證的零部件，則是單獨(dú)用樣件進(jìn)行戶外測(cè)試。

但是不同企業(yè)的臺(tái)架老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)差異還是很大的，就單單拿測(cè)試時(shí)間來說，有的企業(yè)臺(tái)架老化測(cè)試是120h，有的是1020h。

 

 

毋庸置疑的是，隨著造車技術(shù)的進(jìn)步，新車的研發(fā)周期肯定會(huì)越來越短，而且車輛的品質(zhì)也能有所保證。但即使現(xiàn)在的仿真軟件可以一定程度上代替實(shí)際測(cè)試，這也不意味著新車的開發(fā)周期可以無限制地縮短。畢竟汽車不是手機(jī)，不會(huì)一兩年就更新?lián)Q代，而且使用的場(chǎng)景也要比電子產(chǎn)品復(fù)雜嚴(yán)苛許多。作為車企，應(yīng)該本著為車主負(fù)責(zé)的態(tài)度，用合理的方式方法降本增效，而不是一味地壓縮新車開發(fā)測(cè)試的時(shí)間。