仿真技術在汽車領域的作用是什么？在第三屆中國仿真技術應用大會暨中關村數字化創新國際論壇召開期間，記者向多位演講嘉賓提出這個問題，他們的回答從不同角度說明仿真技術正在汽車領域大顯身手。

仿真技術發展趨勢

科學界一直重視仿真研究，今天的仿真與幾年前有較大的區別，大量的虛擬技術應用在仿真中，模擬現實場景，大幅度提高了仿真的精度與效率。中國工程院院士、浙江大學教授譚建榮說：“虛擬現實/增強現實全方位的為人的感官提供信息，并全方位接收人發出的信息。最大效率地進行人機交互，是一種高級的人機界面技術。”

譚建榮高度肯定了虛擬仿真技術，對未來的發展趨勢做出了幾個判斷。譚建榮認為，軟硬件平臺的標準化和開放化有利于企業降低開發或者部署成本，避免虛擬現實產品碎片化。虛擬現實市場規模超千億美元，經過快速增長和激烈的競爭已經形成了完整的生態系統，大型公司參與其中，小型公司也有機會。

虛擬現實不僅工業領域廣泛的用，現在已經逐步走向消費市場，并形成了巨大的市場需求，2020年的市場消費超過377億美元。譚建榮說：“隨著消費市場的普及，當前以硬件濃縮為主的情況會有所改變，軟件和服務的收入將超過硬件。”

隨著科技的發展，仿真技術已經從以往的數值仿真發展到圖形仿真階段。通過科學計算可視化，將抽象的數值仿真結果轉化為圖形圖像，利用圖形的直觀性與形象性對數字仿真產生的數據及計算結果進行可視表達，使設計人員能夠更為高效的解釋與處理數字仿真分析結果。

仿真技術從以往的虛擬仿真發展到虛擬與現實融合在一起，通過將虛擬對象融合到現實環境中，增強用戶對現實環境的理解與操作，有效減輕復雜虛擬環境構造的負擔，提高用戶對數字樣機的感知真實性。

仿真技術已經從幾何建模發展到物理建模的階段，幾何建模主要是通過構建形狀結構，尺寸，外觀等幾何屬性，解決幾何設計問題，物理建模是構建運動學、動力學的物理屬性與產品相同或相近的數字樣機的物理模型，解決數字樣機在各種工況下運動、受力等物理仿真問題。

譚建榮說：“仿真技術已經從階段性設計性能模擬發展到產品的全生命周期。有幾個主要的特點，可視性可驗證性，可使用性和感知性。”

汽車領域廣泛運用仿真技術

汽車界的技術普遍對新技術比較敏感，仿真技術應用于汽車領域并不意外，目前應用的成果如何？在在汽車交通專題論壇、新能源及高效儲能系統仿真專題論壇上，多位專家展示了運用成果。

上海匯眾汽車制造有限公司CAE中心主任盛云的演講題目是《底盤結構件疲勞耐久仿真的工藝過程迭代方法與實踐》。盛云演講之后，記者趁會議休息時間采訪了盛云幾個問題。

記者問：使用仿真技術以后，你們的生產效率提升了多少？成本能夠節約多少？

盛云說：以前汽車企業開發一個新底盤的時間周期還是蠻長的，要好幾個月的時間，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，樣品測試中發現的問題，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。

在進行底盤設計之前，盛云的團隊都要先進行仿真設計。盛云說：“我們遇到過疲勞試驗樣本之間的不一致問題，必須通過CAE仿真手段來高效的分析并解答。”

盛云遇到的問題主要是仿真失效位置、循環次數與實驗不對應，疲勞實驗的結果離散性較大。他們把實驗結果返回到仿真模型中進一步尋找原因，比如，將沖壓仿真的板厚減薄映射到疲勞仿真模型中，關鍵區域疲勞壽命顯著下降，縮小了與實驗結果的差異。通過仿真技術逐步找到原因，探尋過程，不必多次重復做實驗。

中國汽車工程研究院股份有限公司性能開發主任高翔介紹了仿真技術在車身輕量化設計中的應用。高翔認為，在環保需求、安全法規、信息技術和人工智能的綜合推動下，汽車研發手段和測評技術急需升級和創新，仿真技術將大量運用于汽車安全領域，包括輕量化在內運用仿真技術將節省成本、縮短開發時間。

汽車發生安全事故之后會呈現什么樣的狀態？全球普遍采用碰撞測試的手段，我國有C-NCAP給量產汽車評級打分。但是每次碰撞測試的費用都很高，一輛嶄新的汽車碰撞之后完全報廢。汽車本身的十幾萬元或者幾十萬元價值化為泡影，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。

運用仿真汽車可以節省企業的成本。中國汽車技術研究中心有限公司碰撞實驗所科長卜曉兵說：“仿真技術在碰撞測試中的運用不僅僅是節省成本、縮短研發時間，更重要的是可以運用仿真技術再現碰撞過程，從而找到解決問題的關鍵點。如果按照傳統的方法，可能需要多次碰撞測試才能發現關鍵點。”

卜曉兵進一步說，碰撞測試是破壞性實驗，有一些場景需要通過仿真技術進行真實還原。應用虛擬測評的方式，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。

實現“雙碳”目標是我國今后很長一段時期的工作重點之一，未來的碳排放會如何演變？我們不可能等到那個時候再來決策，運用仿真技術可以預估未來的變化。河北工業大學新能源汽車研究中心主任陳勇教授做了題為《汽車產業碳排放需求與新能源汽車動力傳動技術現狀》的演講。

陳勇教授認為目前油耗排放法規僅考慮車輛行駛期間的排放，沒有考慮全生命周期的碳排放，傳統動力與新能源汽車碳排放必須重新評估。

動力電池的一致性關系到安全、循環壽命等，這項研究工作是動力電池的難點。國聯汽車動力電池研究院有限責任公司研究助理王琳舒做了題為《動力鋰離子電池，一次性的數字化研究》，王琳舒認為，在動力電池數字化的進程中，需要對動力電池做出新的認識和理解。這主要體現在兩個方面，技術角度和經濟角度。動力電池的性能優化需要構建結構微觀電極過程與宏觀性能的原理和數據橋梁，為電池性能及安全問題的提出精確的追蹤和解決。

動力電池的制造技術需要從材料電信優化設計層面轉化為制造過程的控制管理層面，實現批量電池性能及一次性的管理和預測。動力電池的質量控制需要對制造過程的數據采集，從電池生產、使用或回收階段，局部、獨立的采集方式，轉為電池全程制造周期的聯合數據分析和管理體系。

王琳舒認為，動力電池設計階段的性能評估與預測可通過仿真的方法完成。電池制造階段的隨機誤差的預測和控制，可通過一次性仿真方法完成。制造偏差誘發的電池一致性差異，伴隨著電池全生命周期。“基于電池制造過程的一致性仿真研究是實現動力電池數字化的關鍵。”

此外，還有眾多的專家展示了仿真技術在汽車領域的運用，比如鋰電池關鍵檢測技術與應用。基于COMSOL的燃料電池數字模值仿真等，他們的演講揭示了仿真技術在汽車領域已經被廣泛運用。