新車研發(fā)周期縮短至2年,揭秘大規(guī)模仿真在新車研發(fā)中的應(yīng)用

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(jìn)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(fù)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(jìn)，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(jī)分析模型，對所設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行強度、壽命及特性預(yù)測，從而指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計，使產(chǎn)品設(shè)計指標(biāo)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(yán)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(jìn)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(xué)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)。”

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?yán)锍蹋揽繉嶋H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(fù)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(fù)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(fù)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(jī)型，彈性的利用模式，來進(jìn)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(zhǔn)的觸達(dá)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。