【導(dǎo)讀】繼《失控》預(yù)言汽車將做為“第四空間”成為人類的移動(dòng)“工具”之后，凱文凱利又在最近的新書《必然》中論及汽車輕量化這一趨勢。誠然，書中并未就輕量化的細(xì)節(jié)進(jìn)行論述，但這與信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也同樣有著密切的聯(lián)系，說到這是不是有些不太靠譜？
回到年初中國電動(dòng)汽車百人會論壇上，科學(xué)技術(shù)部部長萬鋼再次談到世界汽車的三個(gè)方向：電動(dòng)化、智能化、輕量化，現(xiàn)場媒體提問十有八九離不開“智能”、“新能源”，但面對“輕量化”就如同異次元空間一般說不清個(gè)究竟，材料、工藝、結(jié)構(gòu)？誰更重要？目前比較熱門的話題比如寶馬“碳纖維”、凱迪拉克“復(fù)合材料”等等，這些實(shí)際還是屬于材料學(xué)范疇，但哪里要使用這些材料，哪里需要做些精簡，哪里需要加強(qiáng)，這些都是汽車工程學(xué)需要解決的結(jié)構(gòu)性問題，結(jié)構(gòu)需求第一、材料第二，這點(diǎn)毋庸置疑，而在今天的汽車開發(fā)流程中，前端的塑模、拓?fù)錄Q定了所有，但說起上世紀(jì)60年代發(fā)展至今的CAD/CAE技術(shù)對大多國內(nèi)汽車人而言始終是個(gè)迷團(tuán)。
實(shí)際上，20世紀(jì)60年代初，最早使用這種技術(shù)的便是大名鼎鼎的美國國家宇航局（NASA），其開發(fā)的NASTRAN有限元分析系統(tǒng)為隨后的阿波羅登月計(jì)劃提供了有利的技術(shù)支持，這也成為世界上首個(gè)為輕量化服務(wù)的“動(dòng)態(tài)虛擬分析軟件”，并由此發(fā)展出首批CAE領(lǐng)域的技術(shù)公司，并在之后的幾十年獲得了廣泛的應(yīng)用。
但即使如此，由于受制于計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，后來大多數(shù)汽車公司的虛擬動(dòng)態(tài)測試往往更多只能應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)后期，樣機(jī)測試依舊大行其道。就如曾經(jīng)提到的“臺架試驗(yàn)”——構(gòu)建和裝配樣機(jī)試驗(yàn)，這一過程通常要占用大量的工程時(shí)間且花費(fèi)巨額費(fèi)用，另外，由于僅能在開發(fā)進(jìn)程相當(dāng)晚的后期才能提供物理樣機(jī)，那時(shí)已經(jīng)存在的潛在問題需要在各個(gè)方面進(jìn)行長時(shí)間且昂貴的測試才能解決。基于這些缺點(diǎn)，通用汽車早在21世紀(jì)初就開始應(yīng)用具備一定精度的模擬系統(tǒng)，這樣在制造出物理樣機(jī)之前就可以識別出問題。
過去10多年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，北美越來越多的機(jī)械、航空等領(lǐng)域的制造公司將這些技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)上，而通用汽車位于密歇根洲沃倫實(shí)驗(yàn)中心就有一處靜謐之地，共有兩座三層高的機(jī)房布滿大大小小的集成電路以及服務(wù)器，為其工程團(tuán)隊(duì)提供全方位的試驗(yàn)服務(wù)，近年通用汽車接連開發(fā)出包括“LMS多體仿真軟件”在內(nèi)的眾多研究成果更為虛擬動(dòng)態(tài)技術(shù)尋找出更多應(yīng)用可能。
“物理試驗(yàn)一直以來是驗(yàn)證虛擬動(dòng)態(tài)精確性必不可少的工作，特別在開發(fā)新型輕量化汽車設(shè)計(jì)時(shí)，如今通用的虛擬動(dòng)態(tài)技術(shù)可以在更早期的設(shè)計(jì)階段就鑒別出問題，并且能評估新設(shè)計(jì)與已有設(shè)計(jì)之間的性能差異，這樣節(jié)省了大量時(shí)間并能大幅降低成本。通過這種方式更能在開發(fā)早期獲得更深入的見解，使工程師能夠在新設(shè)計(jì)中消除所有主要的薄弱點(diǎn)，從而減少物理試驗(yàn)次數(shù)”數(shù)年前來自通用汽車公司的CAE工程師Chandra Shah就曾發(fā)表過這一段講話。而數(shù)周前，Shah的同事，Lance Johnstone先生謙虛的將這套技術(shù)定義為“車身優(yōu)化技術(shù)”并首次向國內(nèi)記者展示了雪佛蘭邁銳寶XL是如何通過CAE/MDO技術(shù)實(shí)現(xiàn)將近120公斤的“瘦身”效果。
值得注意的是，Johnstone先生在這次講演中多次強(qiáng)調(diào)了邁銳寶XL在車身安全、剛度、靜音、空間均絲毫不打折扣甚至有所提升的前提下能實(shí)現(xiàn)120KG的減重。而這樣的減重成績帶來的最直接利好便是僅6.0L的百公里綜合油耗，除此以外，車輛的運(yùn)動(dòng)性能也進(jìn)一步提升，加速及制動(dòng)成績更佳。特別是對底盤的優(yōu)化，還帶來了靈敏的操控特征，通過轉(zhuǎn)向靈活性提高，車輛響應(yīng)性改善（偏航慣性減輕）。
在這次講演中，一套完整的CAE/MDO模態(tài)分析講稿也是第一次在公開場合與媒體分享，而以往我們常常聽說某款車歷經(jīng)幾十萬、幾百萬公里的實(shí)路測時(shí)等介紹卻并未出現(xiàn)在背景素材中，或許那些路測里程作為“亮點(diǎn)”已成為歷史。對通用來說，如今的產(chǎn)品開發(fā)過程非常明確，即，在設(shè)計(jì)階段通過“電腦模擬+人腦改進(jìn)”的方式發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。路測，從某種意義上來說，是對這樣的“電腦+人腦”組合的成果“檢驗(yàn)”，只是測試車輛可靠性的一項(xiàng)常規(guī)的必備工作。而信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今日我們?nèi)粘Ｉ钜约捌囶I(lǐng)域的影響也由此可見一斑。
遺憾的是，由于工作等原因，此次未能親赴現(xiàn)場與Johnstone來一段對話，但從隨后各大媒體的反饋中我了解到，邁銳寶XL的實(shí)測性能大幅優(yōu)于市面上絕大多數(shù)同級車，當(dāng)然我們還需要觀察隨后IIHS以及全球各大安全測試機(jī)構(gòu)對其作出的評價(jià)。
在Johnstone的講演中還有個(gè)有意思的小細(xì)節(jié)。Johnstone先生在歷史介紹中談到100年前，為了獲得更好的操控、安全并解決耐久問題，雪佛蘭使用了更復(fù)雜的懸掛結(jié)構(gòu)，并首次采用了鋼制結(jié)構(gòu)的車身框架，這也是當(dāng)年雪佛蘭摘取全球銷量桂冠的制勝法寶之一，可見在那個(gè)汽車各項(xiàng)功能亟待完善的年代，“提升車身重量”實(shí)際上是解決問題的主要途徑之一。
百年后的今天，站在新一輪技術(shù)革命的風(fēng)口，如同“新能源”、“智能駕駛”一樣，“輕量化”也成為了這個(gè)品牌又一項(xiàng)要?jiǎng)?wù)，此文亦希望以此為開端，再就“智能化”與“新能源”之間的命題展開一次討論。
