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)誤及紕漏敬請各位海涵。
低風(fēng)阻車量產(chǎn)開發(fā)的意義
降低風(fēng)阻對促進(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，對仿真可靠性及性能開發(fā)推進(jìn)認(rèn)知不足，對開發(fā)工具間的協(xié)同認(rèn)知不足，對相關(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，流場機(jī)理及評價(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)，對于開發(fā)一款低風(fēng)阻量產(chǎn)車，勢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)爭得面紅耳赤，從技術(shù)角度來講，對技術(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，對其兩者的協(xié)同應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對不足。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?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)與仿真流場信息，最后根據(jù)零碎的流場信息解析原因，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)分市場優(yōu)秀的低風(fēng)阻自主品牌車，開始與國際巨頭同臺(tái)競技。
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。
