不知道大家有没有发现一个现象，最近几年新车更新换代的速度越来越快了。像大众这样的传统国际大厂，从立项到量产一款新车通常需要54个月的时间，国内的传统车企基本也在36个月左右。可现在的新势力车企已经将研发测试周期缩短到了24个月，甚至有传闻某些车企已经缩短到15个月以内了，速度堪比手机。这些变化也给大家带来了一些疑惑和担忧，新车开发周期一而再、再而三地缩短，这背后是技术进步的结果，还是车企为了短期销量和利润，忽视了产品性能呢？ 在介绍新车研发时间缩短的原因之前，我们有必要先大致了解一下新车的研发流程。按照主流车企的开发标准，新车研发流程分为方案、设计/验证、投产三个主要阶段。其中方案阶段耗时9.5个月、设计/验证14个月、投产10.5个月，最后加上2个月的上市阶段，一共就是36个月。不难看出，新车开发中设计/验证的耗时最长，缩短开发周期自然也要从它入手。 如何才能有效地缩短设计/验证的时间呢？各家车企在这一点上基本都达成了一致，那就是采用CAE仿真技术。简单来说，CAE就是把车辆基本信息录入仿真软件，通过软件来模拟计算，然后再比较不同设计方案的优劣势。千万别小看CAE技术，它能够模拟的领域非常多，比如车身碰撞安全性、气动性能、NVH等等。也就是说，现在开发新车，前期几乎不需要把设计图纸转换为真实零件，然后挨个去做物理测试，而是只用在电脑上敲击键盘鼠标，各种零件的特性就一目了然了。 这么说可能还是有点笼统，下面我们就说一些实际的案例。马自达在开发第一代CX-5的车身时，理论方向很明确，那就是车身的传力路径不要弯曲，应该尽量设计成笔直的直线，另外车身的传力路径要多，而且传力路径要连贯。 但是具体到纵梁与车身是斜着布置还是垂直布置，哪一种设计安全性更好时，还是要经过大量的测试和验证，所以马自达就用到了LS-DYNA这款软件分析车身的碰撞性能。简单来说，马自达首先将CX-5的尺寸、结构做成一个CAD模型，然后把车辆的CAD模型导入LS-DYNA这款软件，紧接着将车身不同部位的材料数据输入进去。 为了精确分析车身碰撞时局部的变形和溃缩，在LS-DYNA中还需要把车身分成细小的网格，一般网格越小仿真越接近真实情况。像90年代马自达的车身仿真，网格的尺寸在50-100mm，因此整个车身被分为3万个网格。而近些年马自达的车身网格尺寸已经缩小到了3-7mm，车身一共由300-400万个网格组成。当然，网格数量越多计算时间越长，因此车企想要获得更好的仿真效果，就需要有更强的计算能力，这也是为什么现在有些车企一直在强调自建超算中心的原因。 当以上步骤完成后，就只用在LS-DYNA中设定你想要的测试场景，比如偏置碰撞、侧碰、速度等等，然后通过仿真计算就可以看到不同方案的区别。 例如在设计CX-5底盘的纵梁时，马自达对比了7种方案，最后从计算的结果可以看到，纵梁微微倾斜呈V字形时，在偏置碰撞中门槛梁变形幅度最小，而X形的纵梁应力过于集中有变形的风险，因此量产车型最终选择了V字形方案。 除了碰撞安全性之外，像是车身的NVH性能也经常用到CAE仿真，只不过所使用的软件不一样。比如在分析车身中高频噪音，以及如何布置车身的吸音、隔音、阻尼材料时，各大车企经常会用到VA One等软件。还是以CX-5为例，在车内地板使用阻尼材料时，如果整个地板都使用同样厚度的阻尼材料，那么车身重量就会提高，而隔音性能并不会因此变好。 但是将CX-5的车身信息导入到NVH分析软件后，就可以直观的看到底盘每个部位噪音、震动的大小差异，然后根据震动大小来铺设阻尼材料。像CX-5的后排地板部位，它的噪音、震动就比较大，所以需要使用厚一点的阻尼材料，而备胎槽只有一小块区域噪音震动较大，其余比较小，所以可以用薄厚两种材料搭配使用。由于使用了先进的CAE仿真技术，CX-5在隔音性能不变的情况下，车身地板阻尼材料重量反而降低了2.4kg。 在气动性能方面，CAE也是必不可少的环节，同前面一样把车辆的CAD模型导入STAR-CD等气动性能仿真软件内，然后设定测试条件，那么车身整体或局部的风阻、空气流向、车身表面压力等信息就可以完整的展现出来。而且根据马自达提供的数据，气动性能仿真与风洞测试的风阻误差可以控制在3%以内。 因为仿真的精度和还原能力非常高，所以通过气动仿真软件，车企可以针对车身的局部细节进行打磨从而一点点地降低风阻。比如在马自达CX-3上，通过仿真计算发现，当气流通过前倾的后风挡玻璃与C柱时会产生巨大的涡流，从而导致风阻提升。但如果在后风挡与C柱上侧夹角的位置增加一个扰流板，涡流就会大幅减少，整车风阻因此降低了1%。其实，CAE仿真在汽车上应用的领域还有很多，比如动力和能耗仿真、底盘操控仿真等等。不过因为篇幅的原因，我们就不一一介绍了。 随着CAE仿真技术的进步，新车在设计/验证中大幅降低了试错成本和研发周期。因为CAE在开发中特别好用，所以有不少厂商开始深度定制CAE软件，并实现了自动化仿真。简单来说，原本通用CAE软件需要人工手动操作，流程比较繁琐，而且还会出现人为的误操作。而自动化仿真将部分或全部的手动操作变成了自动操作，进一步提高了效率，并降低了人为误操作的概率。也就是说，即便各大车企都采用CAE仿真，他们之间的效率也会因为软件性能或者算力的差异，影响整车的开发周期。 除了设计技术进步带来的效率提升之外，部分汽车厂商为了进一步压缩产品的研发时间和成本，的确对开发环节做了优化。比如在传统的汽车研发中，有一个开软模试制样车的环节。软模的寿命很短，一般小于1000次，而大规模生产的硬模则可以达到20万次。开软模试制样车主要是为了提前测试车身零部件的匹配和功能，如果车身存在设计缺陷，那么就可以提前发现问题，而不会把缺陷带到开硬模的量产阶段。按照36个月的新车开发周期计算，软模耗时为4个月，砍掉开软模环节可以显著缩减产品开发周期。有车企做过估算，要想把新车36个月的开发周期降到24个月，软模是必须要省去的环节。之所以有车企敢省去软模环节，主要也是因为现在的CAE仿真的精度很高，开模的风险变小了。当然，在压缩汽车开发环节过程中，类似的情况还有很多。 不仅是样车试制，车辆耐久性和老化性能测试在如今的环境下也不得不进行缩减。比如有车企已经使用了VPG技术部分替代了传统的道路测试，简单来说，VPG就是通过激光扫描典型的强化测试路面，然后建立一个路面的模型，把车辆和路面的模型同时导入到前面用来做碰撞测试的LS-DYNA软件中，于是就可以通过软件来测试车辆在强化路面上的耐久性能。前面提过，大众开发一款新车的时间为54个月，但是大众目前正在研发的ID.2纯电轿车开发周期已经缩减至36个月。这其中仿真测试起了很大作用，原来大众开发新车会在寒冷天气做2-3个冬季道路测试，但是用到仿真测试后，现在只用做1个冬季测试。 不过，耐久性仿真并不是全能的，像是车辆的实际磨损、腐蚀和老化依然不能通过仿真很好的体现出来。而传统的户外自然老化测试，一般又需要1年或者以上的时间，这显然不符合现在的新车开发节奏。所以如今部分传统的车企采用了相对保守的做法，那就是将零件、材料以一定温度、湿度放在台架上进行循环测试。至于台架测试也无法有效验证的零部件，则是单独用样件进行户外测试。但是不同企业的台架老化测试标准差异还是很大的，就单单拿测试时间来说，有的企业台架老化测试是120h，有的是1020h。 毋庸置疑的是，随着造车技术的进步，新车的研发周期肯定会越来越短，而且车辆的品质也能有所保证。但即使现在的仿真软件可以一定程度上代替实际测试，这也不意味着新车的开发周期可以无限制地缩短。毕竟汽车不是手机，不会一两年就更新换代，而且使用的场景也要比电子产品复杂严苛许多。作为车企，应该本着为车主负责的态度，用合理的方式方法降本增效，而不是一味地压缩新车开发测试的时间。 |
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