近兩年,新車的推出節(jié)奏不斷加快,依據(jù)乘聯(lián)會月度傳統(tǒng)車企新車上市統(tǒng)計,2021年全年乘用車市場共推出了384款新車,平均每月就有32款之多。
日均一款新車型的瘋狂,給車企的研發(fā)造成了很大的競爭壓力。有數(shù)據(jù)表明,目前一款新車的平均研發(fā)周期已經(jīng)由過去的5~7年縮短至2~3年。
在如此“競速”壓力之下,車企在尋求一些前沿科技手段來提升車型研發(fā)階段的效率,例如利用模擬仿真進行產(chǎn)品研發(fā)及測試驗證,讓云上模擬測試來取代部分的實物測試,來縮短研發(fā)驗證的時間并降低成本,就是典型的應(yīng)用案例。
仿真技術(shù)如何為新車研發(fā)降本提速
一般來講,傳統(tǒng)新車研發(fā)采用經(jīng)驗設(shè)計—試驗校核的方法。但汽車結(jié)構(gòu)非常復雜,在設(shè)計過程中往往無法知道局部及總體強度等是否能滿足設(shè)計要求,只能靠一輪又一輪的試驗來改進,這需要很長的設(shè)計周期及很高的設(shè)計試制費用,因此就很難適應(yīng)市場的需求。
而仿真技術(shù)的大規(guī)模運用,可以在產(chǎn)品設(shè)計初期,用基本的計算機分析模型,對所設(shè)計的產(chǎn)品進行強度、壽命及特性預(yù)測,從而指導產(chǎn)品設(shè)計,使產(chǎn)品設(shè)計指標得到保證,有效地提高設(shè)計產(chǎn)品的可靠性,縮短研發(fā)周期,降低研發(fā)成本。
上海匯眾汽車制造有限公司CAE中心主任盛云曾在采訪中談到:“以前汽車企業(yè)開發(fā)一個新底盤的時間周期約為幾個月,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,若樣品測試中發(fā)現(xiàn)問題,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。”
目前,仿真技術(shù)已經(jīng)貫穿了汽車產(chǎn)品的概念設(shè)計、樣車試制、性能優(yōu)化、以及后續(xù)的投產(chǎn)和市場問題反饋等各方面各環(huán)節(jié)。比如,為了保證產(chǎn)品安全性,新車上市前需要經(jīng)過嚴格的碰撞測試,每次碰撞測試意味著一輛嶄新的汽車完全報廢,而且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。
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表示:“碰撞測試是破壞性實驗,通過仿真技術(shù)進行真實還原,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。此外,運用仿真技術(shù)再現(xiàn)碰撞過程,可以低成本快速地找到解決問題的關(guān)鍵點,因為一些關(guān)鍵點如果按照傳統(tǒng)的方法,可能需要多次碰撞才能發(fā)現(xiàn)?！?/p>
除了結(jié)構(gòu)安全之外,汽車功能安全測試也大量運用到了仿真技術(shù),尤其是在自動駕駛的功能安全驗證方面,110億英里的測試里程,依靠實際路測不可能完成,需要依靠仿真技術(shù)才能滿足需求。例如,騰訊借助三維重建、游戲引擎等技術(shù)搭建的虛擬仿真平臺TAD Sim,可以依據(jù)真實數(shù)據(jù)重建物理規(guī)律、運行邏輯都和現(xiàn)實世界一致的交通場景,再借助云計算能力同時運轉(zhuǎn)成百上千個測試場景,具備每日測試1000萬公里的能力,可以大大提升測試效率,降低測試成本。
大規(guī)模仿真運用離不開云上高性能計算
仿真已經(jīng)成為研發(fā)必不可少的手段。從本質(zhì)上來說仿真可以看作是一個大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理和計算系統(tǒng),對平臺的算力和性能也提出了更高的需求。它需要在虛擬世界中,通過物理模型來重現(xiàn)現(xiàn)實世界的物理運動規(guī)則,然后用來自現(xiàn)實世界的真實數(shù)據(jù)重現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期過程并快速得出結(jié)果。
大規(guī)模仿真的運用需要多大量級的計算資源呢?汽車研發(fā)是極其復雜的系統(tǒng)工程,仿真過程需要處理的數(shù)據(jù)難以計數(shù),離不開云計算、AI能力的支持。尤其是在汽車智能化的推動下,仿真的種類和復雜程度大幅度增加,仿真驗證所需要的計算資源已超出人們的預(yù)計,以前只要幾十個、幾百個節(jié)點就可以滿足需求,但如今會需要上萬個計算節(jié)點和CPU Core來完成這些工作,這給車企的傳統(tǒng)架構(gòu)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
首先,大規(guī)模的數(shù)字孿生仿真開展使得虛擬工程對應(yīng)的計算復雜度每5年會增長100倍。隨之而來的HPC(高性能計算)集群資源需求每年都在成倍增加,但很多車企選擇自建HPC集群已經(jīng)無法滿足今天市場對研發(fā)制造的需求,大規(guī)模和突發(fā)性的計算能力短缺成為車企經(jīng)常和必須要面對的情況。
而隨著云計算的普及,仿真業(yè)務(wù)近年來也在利用云計算服務(wù)快速上云。車企利用公有云每年最新算力機型,彈性的利用模式,來進行數(shù)值仿真以輔助產(chǎn)品設(shè)計分析,已是越來越常見。
例如長安就和騰訊汽車云展開了HPC項目的合作,每年獲得了最新最強算力支持,而且,騰訊云在不同場景對不同CAE軟件都做過充分的適配,滿足了長安汽車多樣化的研發(fā)制造需求。
據(jù)了解,目前騰訊高性能計算云平臺HPC,已經(jīng)將主頻提升至3.4GHz,最新一代的RoCE V2 100G的RDMA網(wǎng)絡(luò),可將延時縮短到微秒級。另外,海量彈性的計算和存儲資源,可根據(jù)車企業(yè)務(wù)谷峰合理彈性伸縮,提供A100/A10GPU資源池,并配合上至100GB/s吞吐的并行文件系統(tǒng),為車企提高資源利用率,避免浪費。
騰訊HPC仿真云架構(gòu)
除了汽車的研發(fā),云將會貫穿汽車的設(shè)計、生產(chǎn)、制造、銷售、售后全鏈路,為車企提供全生命周期的數(shù)字化服務(wù)。運用自動駕駛云平臺,可為車企降低研發(fā)門檻,提高研發(fā)效率;運用“云+SaaS”數(shù)字營銷新模式,可為車企獲得更精準的觸達用戶方式。目前,越來越多的車企青睞于靈活開放的云端發(fā)展模式,未來,云將會借助獨有的靈活、高彈性、高容量、低成本,為車企提供源源不斷的能量。
