軍工品質如何煉成?走進長安UNI-K研發中心

2021-04-29 17:31:56 作者:趙信杰

  【太平洋汽車網 技術頻道】要說當今市場最火的自主品牌大五座SUV,非長安UNI-K莫屬。憑著15.39-18.49萬的價格、比肩冠道的超大后排空間和新一代藍鯨2.0T發動機強勁高效的動力,3月剛剛上市就斬獲了9108張訂單。作為長安UNI系列的第二款重磅車型,長安UNI-K傾注了非常多的心血。為此我們走進了重慶長安研發中心,看看長安為了研發UNI-K用了哪些新鮮技術。

虛擬試驗
降低成本

  在汽車研發過程中,如果所有的試驗均基于實車實物試驗,對于車企的錢袋子而言無疑會是一次大出血,因此通過虛擬試驗提前進行分析,能夠有效地節省研發成本,并減少研發過程中所走的彎路。長安汽車基于系統工程思維和方法建立了正向的CAE仿真體系,基本覆蓋產品研發的全生命周期。總的來說,CAE的手段主要用于系統工程的目標分解和目標驗證。使用CAE仿真分析的手段,可在產品開發的早期實現多方案選型、性能驗證及性能優化等,也可以取代部分實車試驗,使產品開發的周期進一步縮短,成本進一步降低。針對UNI-K的414項性能指標,CAE部門開展了7輪分析、7輪優化。

  前期研發過程中,UNI-K充分利用虛擬試驗場技術,開展耐久性能仿真分析、風險預測與管控。虛擬試驗場(VPG)主要用于對車輛的是進行有關整車系統全部試驗項目仿真,包括道路條件下,整車系統疲勞壽命分析、柔性和剛性體組合體(含整車系統)的非線性系統動力學分析、整車系統NVH 分析和碰撞仿真和乘員保護及評價。

  虛擬試驗場構建十分復雜,將試驗場搬進電腦、到仿真成熟應用至少1年以上,首先通過3D激光掃描墊江試驗場路面點云,將點云清洗、建立數字路面模型,基于云端數字路面,深入仿真技術研究、精度提升,最終打造成一個產業化的虛擬試驗場仿真技術平臺。

  UNI-K前期耐久性能設計開發,是虛擬試驗場技術的典型應用場景之一,40多種路面工況組合、并行仿真計算,分析車身底盤的鈑金、焊點、焊縫的疲勞損傷,沒有樣車也可以開展風險預測、風險管控、目標達成,提前規避實車耐久路試的開裂失效問題,滿足用戶10年26萬公里使用壽命目標。

  缺乏VPG技術之前,車輛平順性的開發主要基于隨機激勵特征路面,以選擇不同等級的功率譜密度逆向生成,其類型單一、覆蓋不全面,且與試驗路面在激勵幅值、頻率、能量等方面存在差異,無法支撐前期性能開發,主要以后期匹配調校為主,難以兼顧與操穩的性能平衡。

  長安的VPG技術,將墊江試驗場搬進電腦,統一了仿真與測試的激勵,使得平順性能的早期開發和性能平衡變為現實。在項目前期便可與操穩同步進行性能設計,規避后期顧此失彼的性能沖突痛點。而且基于VPG技術的平順性設計,路面多樣,工況覆蓋全面,實現了全面提升車輛平順性的可能。

  UNIK在項目前期借助VPG技術,完成車輛平順性的虛擬開發并落地應用,包括架構選型、硬點和底盤彈性件的正向設計。分別在初級平順性、次級平順性和沖擊平順性3個方面評價的VPG路面上進行仿真分析,在樣車生產之前就已獲得車輛的平順性表現。經過多輪次VPG仿真與兼顧操穩的性能平衡開發,以正向設計懸架彈性件、阻尼件、簧上簧下偏頻以及敲定設計參數邊界等完成性能提升沖突點的規避,篩選出多渠道優化技術方案。

風阻控制與熱管理
給龐大的車身減阻

  作為一款中大型五座SUV,UNI-K的霸氣造型在路上顯然是最吸睛的存在,但較為高大肥胖的車身會提高整車的迎風面積,從而對整車燃油經濟性造成不利的影響。因此在保證車身尺寸不受影響的情況下減小風阻就顯得尤為重要。

  UNI-K造型初期風阻高達0.38,這一數據意味著油耗面臨嚴峻的考驗,工程師前后經過近十輪分析,數百例算例優化,開展數次風洞試驗,抓住每一個造型細節,與產品和造型不斷論證,最終將風阻降低到0.33。開發過程中,從造型草圖到效果圖、從體態模型到CAS數據,空氣動力貫穿始終。長安具有全年1.5億CPU時計算量的HPC支持空氣動力開發,結合中國汽研的整車風洞實驗室,全面支持UNIK空氣動力性能開發。

  風噪優化過程也不是順風順水,方案的推進涉及造型、總布置、法規、尺寸工程、產品等多個部門。如何權衡各板塊的需求? 僅后期的后視鏡風噪優化專題會就開了五次,造型當面對接了4次;UNI-K整個開發階段發布造型數據超過77版,技術人員通過CAE技術手段對造型持續優化迭代,使得風噪性能逐步提升;整個開發計算方案超過300個,涵蓋了迎風和橫風的工況,涉及風噪、側窗風振和天窗風振性能,最大限度提升駕駛舒適性。以后視鏡為例,到工裝車出來仍在進行造型優化,再開發后期僅后視鏡提出方案就超過了30個。

  另外針對整車熱管理,UNI-K設計開發采用了完善的熱管理閉環體系策略,首先基于整車熱管理開發需求,建立包括空調、冷卻、動力、制動及熱保護系統的整車熱管理系統架構;其次采用DOE、1D/3D聯合仿真、RBM高精度風扇模型等有效技術手段進行精準仿真,最后通過多學科優化、多屬性平衡及動態管控熱管理性能目標表、方案成本目標表、布置及材料約束表等實現整車熱管理綜合性能最優。

  通過完善的整車熱管理CFD閉環體系策略,實現了UNI-K整車熱管理精準管理,確保UNI-K車型提前規避了所有熱管理風險項,無產生任何后期設計變更。確保了工裝車熱害試驗一次性無整改通過,極大提升了研發效率。

懸掛性能優化
工程是一門取舍的藝術

  常言道“工程是一門取舍的藝術”,放在汽車工程上更是如此。

  產品開發過程中性能平衡迭代效率低、目標兼容性沖突以及車身輕量化等都是難點問題,多學科性能集成優化平臺綜合考慮NVH、CFD、強度耐久、行駛性能和碰撞安全等多個領域相關性能、沖突性能以及關重性能的集成,通過并行云端仿真、模型降階表征、大數據挖掘和多學科集成優化等關鍵技術,從而解決各學科性能之間的沖突問題,同時縮短研發周期、減少樣車和人力投入并最終達到性能、成本、輕量化等因素的平衡。目前,長安已經建立了車身結構副車架、梁系、閉合件、焊點布置等近30項多學科優化設計流程,初步實現了多學科集成優化體系的構建。

  以車輛過減速帶時懸架產生的顫振為例,如果顫振控制得不夠好,會給顧客留下車子松散、品質不高多的感覺。很多車企的做法是單獨優化顫振性能,但這樣做又會引起NVH性能的惡化,如“按下葫蘆浮起瓢”,最后只好對性能控制選擇保守設計。

 

  而長安是國內率先自主開發顫振集成分析流程的車企,這套分析流程也是目前國內最完善的解決方案。通過CAE手段,基于數字樣車同時對顫振和怠速振動進行多學科多目標控制,通過多樣本分析和大數據挖掘,設計出最佳匹配方案,將顫振和怠速振動性能同時控制在優秀水平。

小結

  長安憑借著軍工的過硬品質在中國汽車市場上早已站穩了腳跟,但是面對層出不窮的新競爭者,長安必須擁有更加強大的研發能力。為了打造UNI-K這款重磅車型,長安可以說用上了當今汽車研發最先進的技術,包括電腦模擬仿真、熱管理系統和產品開發過程中的優化等,均做到了自主品牌中的領先水平,甚至比一些合資品牌更加優秀。憑借著這樣過硬的研發能力,也就不難理解長安UNI-K在上市短短幾天就獲得如此多的客戶青睞了。(圖/文:太平洋汽車網 趙信杰)

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    趙信杰 編輯

    是模擬車手,不是鍵盤車神

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