汽車作為復(fù)雜性程度非常高的一種產(chǎn)品，在汽車研發(fā)以及量產(chǎn)過程中建立協(xié)同研發(fā)體系以提高產(chǎn)品開發(fā)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量和綜合性能已成為國內(nèi)外車企的共識(shí)。在汽車低風(fēng)阻性能開發(fā)過程中，同樣需要大量的協(xié)同和平衡。本期邀請(qǐng)了廣汽研究院空氣動(dòng)力學(xué)室主任陳志夫博士為大家解讀低風(fēng)阻車量產(chǎn)開發(fā)的意義以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
作者簡(jiǎn)介
陳志夫
工學(xué)博士，現(xiàn)任廣汽研究院空氣動(dòng)力學(xué)室主任，負(fù)責(zé)傳祺車型空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)及體系能力建設(shè)，主要研究方向?yàn)槠嚳諝鈩?dòng)力學(xué)，汽車風(fēng)噪控制，乘員艙熱舒適性，計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)。
前 言
關(guān)于低風(fēng)阻車的量產(chǎn)開發(fā)，作為一名空氣動(dòng)力學(xué)工程師，本人近年來在工作中有一些不成熟的思考和體會(huì)，借此機(jī)會(huì)拋磚引玉，發(fā)表一些拙見，供業(yè)界朋友交流指正。
文中觀點(diǎn)純屬個(gè)人意見，由于本人認(rèn)知有限，文中錯(cuò)誤及紕漏敬請(qǐng)各位海涵。
低風(fēng)阻車量產(chǎn)開發(fā)的意義
降低風(fēng)阻對(duì)促進(jìn)節(jié)能減排的意義眾所周知，在此，不做贅述。今天，僅從另外一個(gè)視角來解讀其意義。
量產(chǎn)開發(fā)不同細(xì)分市場(chǎng)的低風(fēng)阻車是一個(gè)企業(yè)綜合研發(fā)能力強(qiáng)弱的風(fēng)向標(biāo)。
在當(dāng)前顏值至上的時(shí)代，很少會(huì)有企業(yè)愿意為了打造低風(fēng)阻車而犧牲顏值。與國外大型車企相比，自主企業(yè)打造一款低風(fēng)阻量產(chǎn)車異常艱辛，其主要原因?yàn)椋?/p>
開發(fā)投入少，單項(xiàng)目可支配風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)間一般低于50h，且CFD軟硬件計(jì)算資源有限，導(dǎo)致很多細(xì)節(jié)特征的降阻潛力并未被充分挖掘；
開發(fā)周期短，需要與之相適用的開發(fā)方法、協(xié)同認(rèn)知及決策流程；
品牌溢價(jià)低，為了量產(chǎn)下護(hù)板、導(dǎo)流密封及主動(dòng)格柵等氣動(dòng)套件，需要先進(jìn)的成本開發(fā)體系；
顏值要求高，低風(fēng)阻量產(chǎn)車必然擁有低風(fēng)阻外造型，這就要求造型設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)具有極高的綜合認(rèn)知能力，在方案推進(jìn)過程中愿意主動(dòng)平衡氣動(dòng)需求；
開發(fā)經(jīng)驗(yàn)少，隊(duì)伍整體偏年輕，受國內(nèi)風(fēng)洞試驗(yàn)資源短缺的影響，空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)工程師與CFD工程師基本等同，大多僅具備CFD能力，對(duì)仿真可靠性及性能開發(fā)推進(jìn)認(rèn)知不足，對(duì)開發(fā)工具間的協(xié)同認(rèn)知不足，對(duì)相關(guān)工程約束要求認(rèn)知不足。
因此，如何有效實(shí)現(xiàn)低風(fēng)阻車的量產(chǎn)成為自主品牌車企爭(zhēng)相追逐的目標(biāo)。
體系流程與團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力
每個(gè)汽車品牌都有各自的傳統(tǒng)、文化和意識(shí)，均會(huì)形成特有的開發(fā)體系與流程，并隨著正向開發(fā)的深入，其體系流程又在不斷更迭與完善。
個(gè)人認(rèn)為，體系流程需建立在團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力的基礎(chǔ)上，國外先進(jìn)企業(yè)的體系流程未必適合自身，適合自己的才是最好的，不與團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力相匹配的體系流程就會(huì)猶如空中樓閣。
在當(dāng)前自主品牌的研發(fā)過程中，不僅要促進(jìn)體系流程的科學(xué)化與實(shí)操效能，更要強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力的培養(yǎng)和構(gòu)建。團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力強(qiáng)調(diào)共同目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，彼此協(xié)調(diào)合作，責(zé)任共享與工作規(guī)則，繼而實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)成果大于個(gè)人總和。主要包含：
團(tuán)隊(duì)的自主性，即主動(dòng)反饋、主動(dòng)溝通與主動(dòng)關(guān)切的習(xí)慣；
團(tuán)隊(duì)的思考性，即發(fā)現(xiàn)問題與尋求問題點(diǎn)解決對(duì)策的能力；
團(tuán)隊(duì)的合作性，即接受矛盾沖突、排除自私、自我與自大，有原則地與他人協(xié)作。
只有形成一定的團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力，目標(biāo)才能更清晰，合作才能更順暢，方法才能更科學(xué)，工作才能更高效。
體系流程是死的，而團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力是活的。
只有不斷提升團(tuán)隊(duì)的認(rèn)知能力，才能實(shí)現(xiàn)從團(tuán)體(Group)到團(tuán)隊(duì)(Team)的升華。
在風(fēng)阻研發(fā)方面，理論與實(shí)際風(fēng)阻性能對(duì)車輛性能影響的認(rèn)知，CFD與風(fēng)洞試驗(yàn)的協(xié)同認(rèn)知，CFD工具使用可靠性認(rèn)知，開發(fā)類與驗(yàn)證類風(fēng)洞試驗(yàn)運(yùn)用認(rèn)知，流場(chǎng)機(jī)理及評(píng)價(jià)模式認(rèn)知，美學(xué)造型及工程工藝要素認(rèn)知，開發(fā)過程信息與數(shù)字化認(rèn)知，團(tuán)隊(duì)內(nèi)外協(xié)作分工認(rèn)知等均是團(tuán)隊(duì)認(rèn)知能力建設(shè)的重要內(nèi)容。
不以量產(chǎn)落地為目的的方案與技術(shù)研究均是低效能的。
量產(chǎn)開發(fā)中的平衡藝術(shù)
平衡是一個(gè)永恒的話題，技術(shù)的進(jìn)步來自于舊平衡秩序的打破與新平衡秩序建立的需求驅(qū)動(dòng)，對(duì)于開發(fā)一款低風(fēng)阻量產(chǎn)車，勢(shì)必需要突破一些既定的壁壘，形成新的認(rèn)知。
美學(xué)造型與氣動(dòng)特征間的平衡
外造型氣動(dòng)特征不宜獨(dú)立存在，需要成為美學(xué)造型的一部分。
不與美學(xué)造型特征相融合的氣動(dòng)特征在量產(chǎn)推進(jìn)過程中步履維艱，不符合力學(xué)基本原理和工程要求的美學(xué)造型就是繡花枕頭，因此，在開發(fā)過程中，不必輕易全盤否認(rèn)對(duì)方的方案，而應(yīng)在虛心學(xué)習(xí)中尋找解決矛盾的交集點(diǎn)。
例如，“X”型前臉及夸張霧燈造型盛行的當(dāng)下，對(duì)低風(fēng)阻量產(chǎn)開發(fā)極為不利，差的霧燈造型有時(shí)可以引起30 count風(fēng)阻系數(shù)的損失，且車頭嚴(yán)重分離的氣流直接影響車尾改進(jìn)方案的效果。為平衡該處造型與氣動(dòng)的需求，設(shè)計(jì)霧燈飾條及氣幕是非常典型的解決方案。
當(dāng)然，某個(gè)車型的最佳氣動(dòng)特征僅能提供參考，不能完全照搬，牽一發(fā)而動(dòng)全身，一個(gè)小的改動(dòng)可能對(duì)整體產(chǎn)生較大影響。
熱管理與風(fēng)阻性能間的平衡
以機(jī)艙流動(dòng)為例，為了平衡風(fēng)阻及熱管理性能，主動(dòng)進(jìn)氣格柵應(yīng)運(yùn)而生，然而面臨成本與重量的雙重壓力，品牌溢價(jià)相對(duì)較低的自主車型鮮少量產(chǎn)。
為了獲得低成本的解決方案，需要研究格柵開度及形狀、機(jī)艙零部件布置、下護(hù)板、氣壩、輪輞、擋泥板、導(dǎo)流密封、風(fēng)扇及風(fēng)扇罩等對(duì)各工況下機(jī)艙流動(dòng)及冷卻模塊進(jìn)風(fēng)量的影響，明白其氣流從哪里來到哪里去，綜合提升機(jī)艙氣流利用率。
技術(shù)導(dǎo)向與價(jià)值導(dǎo)向間的平衡
風(fēng)阻系數(shù)影響量為1 count或更小的方案是風(fēng)阻開發(fā)團(tuán)隊(duì)努力推進(jìn)的目標(biāo)，為了落實(shí)該方案，有時(shí)甚至與相關(guān)專業(yè)團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)得面紅耳赤，從技術(shù)角度來講，對(duì)技術(shù)的極致追求無可厚非，應(yīng)該予以鼓勵(lì)。
然而，在當(dāng)前開發(fā)資源短缺及開發(fā)周期較短的低風(fēng)阻自主研發(fā)過程中，個(gè)人認(rèn)為，要獲得精確的小貢獻(xiàn)量方案需要付出更多的時(shí)間及資源成本，因此，快速迭代、“抓大兼小或棄小”帶來的總體及團(tuán)隊(duì)間接收益遠(yuǎn)比死摳1 count帶來的直接收益要更具意義。
在效率與成本面前，團(tuán)隊(duì)權(quán)威及團(tuán)隊(duì)合作的順暢性遠(yuǎn)比正確與錯(cuò)誤更重要。
量產(chǎn)開發(fā)中的工具方法協(xié)同
在空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)中的CFD仿真工具與風(fēng)洞試驗(yàn)工具基本屬于拿來主義，結(jié)合開發(fā)體系流程，對(duì)其兩者的協(xié)同應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足。例如：
縮比風(fēng)洞與全尺寸風(fēng)洞試驗(yàn)的相關(guān)性；
縮比風(fēng)洞試驗(yàn)在開發(fā)中的作用及應(yīng)用階段；
CFD仿真標(biāo)準(zhǔn)模型的適用性(階背、方背與快背車型，傳統(tǒng)與純電車型)；
CFD穩(wěn)瞬態(tài)方法的組合應(yīng)用(受計(jì)算資源所限，為提升仿真可靠性，需對(duì)不同區(qū)域方案采用不同方法)。
當(dāng)前，一方面，受限于風(fēng)洞試驗(yàn)室參數(shù)數(shù)據(jù)的缺失，大部分仿真模型的物理?xiàng)l件并非與風(fēng)洞試驗(yàn)一致，因而很難形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)標(biāo)，繼而掌握的仿真可靠性數(shù)據(jù)積累就不充分；另一方面，CFD及風(fēng)洞試驗(yàn)獲得的優(yōu)化方案，在實(shí)際道路行駛時(shí)的節(jié)能貢獻(xiàn)究竟有多大等均未獲得足夠豐富的數(shù)據(jù)積累。
此外，物理理論的缺失，很難形成定量普適的分解評(píng)價(jià)方法，例如，通過CAD模型建立仿真模型，然后獲得力的數(shù)據(jù)與仿真流場(chǎng)信息，最后根據(jù)零碎的流場(chǎng)信息解析原因，然而，其中的物理過程缺少類似于渦聲理論一樣連接力與流場(chǎng)物理量的理論模型。
此外，隨著軟硬件計(jì)算資源的快速發(fā)展，各種新方法與新軟件應(yīng)用層出不窮，例如基于GPU并行的LBM方法，基于大數(shù)據(jù)、人工智能的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，都為空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)方式提供了新的選擇和可能，因此，作為空氣動(dòng)力學(xué)工程師，如何提升工具應(yīng)用的信心及如何最大化利用有限工具資源是一個(gè)不可忽視的問題。
模塊化架構(gòu)帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
好的模塊化架構(gòu)一定程度上能夠奠定低風(fēng)阻基因，而差的模塊化架構(gòu)也容易引發(fā)系列車型相同的弊病。因此，在模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中如何控制空氣動(dòng)力學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)尤為重要。
例如在傳統(tǒng)車開發(fā)中，下車體布置不僅直接影響后續(xù)車型下車體氣流走向及下護(hù)板方案，還將影響最優(yōu)外造型方案。在開發(fā)前期，首先需要考慮采用哪種手段合理控制布置要點(diǎn)，評(píng)估模塊化架構(gòu)的性能帶寬，為低成本量產(chǎn)方案實(shí)施奠定基礎(chǔ)。然后通過不同的性能定位，實(shí)施不同的套餐方案及外造型氣動(dòng)開發(fā)策略。
展 望
雖然低風(fēng)阻車的量產(chǎn)開發(fā)面臨著諸多限制和挑戰(zhàn)，但近幾年呈現(xiàn)了一些細(xì)分市場(chǎng)優(yōu)秀的低風(fēng)阻自主品牌車，開始與國際巨頭同臺(tái)競(jìng)技。
風(fēng)阻系數(shù)間的賽跑無疑是一種隱形的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)全方位的思考與綜合研發(fā)能力的提升。相信隨著一批縮比與全尺寸風(fēng)洞的相繼建成投入使用，必將一步步刷新自主研發(fā)的紀(jì)錄。
