近两年,新车的推出节奏不断加快,依据乘联会月度传统车企新车上市统计,2021年全年乘用车市场共推出了384款新车,平均每月就有32款之多。

日均一款新车型的疯狂,给车企的研发造成了很大的竞争压力。有数据表明,目前一款新车的平均研发周期已经由过去的5~7年缩短至2~3年。

在如此“竞速”压力之下,车企在寻求一些前沿科技手段来提升车型研发阶段的效率,例如利用模拟仿真进行产品研发及测试验证,让云上模拟测试来取代部分的实物测试,来缩短研发验证的时间并降低成本,就是典型的应用案例。

仿真技术如何为新车研发降本提速

一般来讲,传统新车研发采用经验设计—试验校核的方法。但汽车结构非常复杂,在设计过程中往往无法知道局部及总体强度等是否能满足设计要求,只能靠一轮又一轮的试验来改进,这需要很长的设计周期及很高的设计试制费用,因此就很难适应市场的需求。

而仿真技术的大规模运用,可以在产品设计初期,用基本的计算机分析模型,对所设计的产品进行强度、寿命及特性预测,从而指导产品设计,使产品设计指标得到保证,有效地提高设计产品的可靠性,缩短研发周期,降低研发成本。

上海汇众汽车制造有限公司CAE中心主任盛云曾在采访中谈到:“以前汽车企业开发一个新底盘的时间周期约为几个月,使用仿真技术之后开发周期缩短约1/3。汽车企业一般的开发规律是先仿真计算,然后再用样品去验证,若样品测试中发现问题,再回到仿真技术中去修正模型。应用仿真技术以后需要的样品大约2~3个就够了。如果没有运用仿真技术,按照传统的做法,大约需要8~10个样品。”

目前,仿真技术已经贯穿了汽车产品的概念设计、样车试制、性能优化、以及后续的投产和市场问题反馈等各方面各环节。比如,为了保证产品安全性,新车上市前需要经过严格的碰撞测试,每次碰撞测试意味着一辆崭新的汽车完全报废,而且每次碰撞的辅助性投入也很高,对汽车企业来说,这是一笔不菲的开支。

中国汽车技术研究中心有限公司碰撞实验所科长卜晓兵表示:“碰撞测试是破坏性实验,通过仿真技术进行真实还原,能够保证评估更有广度和深度,比如主被动安全一体化,未来更多乘坐方式的工况等,带有生物力学假人的虚拟测评试验工况损伤更接近于真实交通事故。此外,运用仿真技术再现碰撞过程,可以低成本快速地找到解决问题的关键点,因为一些关键点如果按照传统的方法,可能需要多次碰撞才能发现。”

除了结构安全之外,汽车功能安全测试也大量运用到了仿真技术,尤其是在自动驾驶的功能安全验证方面,110亿英里的测试里程,依靠实际路测不可能完成,需要依靠仿真技术才能满足需求。例如,腾讯借助三维重建、游戏引擎等技术搭建的虚拟仿真平台TAD Sim,可以依据真实数据重建物理规律、运行逻辑都和现实世界一致的交通场景,再借助云计算能力同时运转成百上千个测试场景,具备每日测试1000万公里的能力,可以大大提升测试效率,降低测试成本。

大规模仿真运用离不开云上高性能计算

仿真已经成为研发必不可少的手段。从本质上来说仿真可以看作是一个大规模的数据处理和计算系统,对平台的算力和性能也提出了更高的需求。它需要在虚拟世界中,通过物理模型来重现现实世界的物理运动规则,然后用来自现实世界的真实数据重现产品的全生命周期过程并快速得出结果。

大规模仿真的运用需要多大量级的计算资源呢?汽车研发是极其复杂的系统工程,仿真过程需要处理的数据难以计数,离不开云计算、AI能力的支持。尤其是在汽车智能化的推动下,仿真的种类和复杂程度大幅度增加,仿真验证所需要的计算资源已超出人们的预计,以前只要几十个、几百个节点就可以满足需求,但如今会需要上万个计算节点和CPU Core来完成这些工作,这给车企的传统架构带来了巨大的挑战。

首先,大规模的数字孪生仿真开展使得虚拟工程对应的计算复杂度每5年会增长100倍。随之而来的HPC高性能计算集群资源需求每年都在成倍增加,但很多车企选择自建HPC集群已经无法满足今天市场对研发制造的需求,大规模和突发性的计算能力短缺成为车企经常和必须要面对的情况。

而随着云计算的普及,仿真业务近年来也在利用云计算服务快速上云。车企利用公有云每年最新算力机型,弹性的利用模式,来进行数值仿真以辅助产品设计分析,已是越来越常见。

例如长安就和腾讯汽车云展开了HPC项目的合作,每年获得了最新最强算力支持,而且,腾讯云在不同场景对不同CAE软件都做过充分的适配,满足了长安汽车多样化的研发制造需求。

据了解,目前腾讯高性能计算云平台HPC,已经将主频提升至3.4GHz,最新一代的RoCE V2 100G的RDMA网络,可将延时缩短到微秒级。另外,海量弹性的计算和存储资源,可根据车企业务谷峰合理弹性伸缩,提供A100/A10GPU资源池,并配合上至100GB/s吞吐的并行文件系统,为车企提高资源利用率,避免浪费。

腾讯HPC仿真云架构

除了汽车的研发,云将会贯穿汽车的设计、生产、制造、销售、售后全链路,为车企提供全生命周期的数字化服务。运用自动驾驶云平台,可为车企降低研发门槛,提高研发效率;运用“云+SaaS”数字营销新模式,可为车企获得更精准的触达用户方式。目前,越来越多的车企青睐于灵活开放的云端发展模式,未来,云将会借助独有的灵活、高弹性、高容量、低成本,为车企提供源源不断的能量。