近兩年,新車的推出節奏不斷加快,依據乘聯會月度傳統車企新車上市統計,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,給車企的研發造成了很大的競爭壓力。有數據表明,目前一款新車的平均研發周期已經由過去的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階段的效率,例如利用模擬仿真進行產品研發及測試驗證,讓云上模擬測試來取代部分的實物測試,來縮短研發驗證的時間并降低成本,就是典型的應用案例。
仿真技術如何為新車研發降本提速
一般來講,傳統新車研發采用經驗設計—試驗校核的方法。但汽車結構非常復雜,在設計過程中往往無法知道局部及總體強度等是否能滿足設計要求,只能靠一輪又一輪的試驗來改進,這需要很長的設計周期及很高的設計試制費用,因此就很難適應市場的需求。
而仿真技術的大規模運用,可以在產品設計初期,用基本的計算機分析模型,對所設計的產品進行強度、壽命及特性預測,從而指導產品設計,使產品設計指標得到保證,有效地提高設計產品的可靠性,縮短研發周期,降低研發成本。
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:“以前汽車企業開發一個新底盤的時間周期約為幾個月,使用仿真技術之后開發周期縮短約1/3。汽車企業一般的開發規律是先仿真計算,然后再用樣品去驗證,若樣品測試中發現問題,再回到仿真技術中去修正模型。應用仿真技術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,按照傳統的做法,大約需要8~10個樣品。”
目前,仿真技術已經貫穿了汽車產品的概念設計、樣車試制、性能優化、以及后續的投產和市場問題反饋等各方面各環節。比如,為了保證產品安全性,新車上市前需要經過嚴格的碰撞測試,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,對汽車企業來說,這是一筆不菲的開支。
中國汽車技術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,運用仿真技術再現碰撞過程,可以低成本快速地找到解決問題的關鍵點,因為一些關鍵點如果按照傳統的方法,可能需要多次碰撞才能發現。”
除了結構安全之外,汽車功能安全測試也大量運用到了仿真技術,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,需要依靠仿真技術才能滿足需求。例如,騰訊借助三維重建、游戲引擎等技術搭建的虛擬仿真平臺TAD Sim,可以依據真實數據重建物理規律、運行邏輯都和現實世界一致的交通場景,再借助云計算能力同時運轉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。
大規模仿真運用離不開云上高性能計算
仿真已經成為研發必不可少的手段。從本質上來說仿真可以看作是一個大規模的數據處理和計算系統,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現實世界的物理運動規則,然后用來自現實世界的真實數據重現產品的全生命周期過程并快速得出結果。
大規模仿真的運用需要多大量級的計算資源呢?汽車研發是極其復雜的系統工程,仿真過程需要處理的數據難以計數,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計,以前只要幾十個、幾百個節點就可以滿足需求,但如今會需要上萬個計算節點和CPU Core來完成這些工作,這給車企的傳統架構帶來了巨大的挑戰。
首先,大規模的數字孿生仿真開展使得虛擬工程對應的計算復雜度每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集群已經無法滿足今天市場對研發制造的需求,大規模和突發性的計算能力短缺成為車企經常和必須要面對的情況。
而隨著云計算的普及,仿真業務近年來也在利用云計算服務快速上云。車企利用公有云每年最新算力機型,彈性的利用模式,來進行數值仿真以輔助產品設計分析,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制造需求。
據了解,目前騰訊高性能計算云平臺HPC,已經將主頻提升至3.4GHz,最新一代的RoCE V2 100G的RDMA網絡,可將延時縮短到微秒級。另外,海量彈性的計算和存儲資源,可根據車企業務谷峰合理彈性伸縮,提供A100/A10GPU資源池,并配合上至100GB/s吞吐的并行文件系統,為車企提高資源利用率,避免浪費。
騰訊HPC仿真云架構
除了汽車的研發,云將會貫穿汽車的設計、生產、制造、銷售、售后全鏈路,為車企提供全生命周期的數字化服務。運用自動駕駛云平臺,可為車企降低研發門檻,提高研發效率;運用“云+SaaS”數字營銷新模式,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。
