纳斯卡的下一代赛车被模拟证明是安全的

蒂姆·帕卢卡著

纳斯卡在2018年宣布将开发一种名为Next Gen的新型赛车，并将其作为纳斯卡杯系列赛中所有车队的平台，这一消息不出所料地引起了一些人的不满，并引起了赛车队和球迷的强烈抗议。在设计一辆新赛车的过程中，有那么多潜在的问题，为什么要冒这个险呢?为什么要抛弃工程师、机械师和司机数十年来为优化汽车性能所创造的创新成果呢?

但纳斯卡官方有他们的理由。赛道上的车迷人数减少了，在全国汽车赛车协会(NASCAR)的旗帜下比赛的库存车现在与从装配线上下线并进入世界各地经销商的实际库存车几乎没有相似之处。事实上，尽管他们被吹捧为最新的汽车工程，赛车使用的是20世纪60年代和70年代汽车技术的高度改进版本，多年来工程师们不断改进性能。

纳斯卡赛车创新高级副总裁约翰·普罗布斯特(John Probst)将挑战总结为“相关性”。

普罗布斯特说:“我们需要一个赛车平台，让我们与原始设备制造商(oem)和粉丝的关系更密切。“困扰我们的一件事是，汽车上的悬挂技术来自20世纪60年代。我们并没有很好地跟上汽车行业的发展步伐。关于这一点，我们的赛车车身更像轿车而不是跑车。众所周知，内燃机承受着来自电动混合动力和全电动动力系统的巨大压力。因此，我们必须与我们的粉丝、我们的汽车原始设备制造商、我们的库存汽车传统以及环境现实更加密切相关。”

在赛车的商业方面，拥有一支赛车车队的成本达到了惊人的水平——在八位数的范围内——仅仅是一支由几辆赛车、一名车手、一些工程师和机械师组成的普通车队。在纳斯卡有意扩张的时候，这阻碍了新车主进入这项运动。下一代车队的计划是让所有车队从相同的供应商订购标准部件来制造他们的赛车，这样可以降低成本并监控成本，这可能会为新一批车队所有者打开大门。

Next Gen项目从一张白纸和纳斯卡车主、车队和车手的输入开始，所有人都在前端权衡，并确定他们希望新车能够做什么。他们想要什么样的赛车，他们想要多少钱?他们所有的回答都被分享给了设计师，把那张纸变成了一辆工作的赛车。

由于计划在2020赛季开始时推出下一代赛车，纳斯卡在短时间内有大量的工程工作要做。万博Ansys LS-DYNA这是一个标准的纳斯卡模拟解决方案，它总是在模拟碰撞测试中发挥一定的作用，以降低运行物理碰撞测试的高昂成本(每次测试约50万美元)。到了2020年，世界停滞不前。由于COVID-19大流行，就连纳斯卡传统上使用的碰撞测试设施也关闭了。LS-DYNA比以往任何时候都更需要。

安全第一

“安全是我们在纳斯卡的首要任务，”普罗布斯特说。“当我们觉得存在安全问题时，我们就会解决问题，然后去寻找资金来支付。我不会说钱不是问题，但我们会非常认真地利用一切资源来解决安全问题，以获得正确的结果。”

确保下一代赛车安全的任务落到了纳斯卡安全工程董事总经理John Patalak的肩上。Patalak在与一家大型汽车制造商合作一个提高纳斯卡赛车手碰撞安全性的项目时，转向了LS-DYNA模拟。LS-DYNA模拟材料对短时间严重载荷的响应。

我第一次对LS-DYNA模拟工作印象深刻是在2011年，”Patalak说。该项目包括一个模拟人体模型，以测试汽车中的约束系统，包括座椅、肩部支撑和驾驶员躯干周围的肋骨支撑。“坦率地说，我被使用LS-DYNA和人体模型所能获得的细节水平惊呆了——碰撞测试假人根本无法提供这些数据。”

在纳斯卡工作期间，Patalak就读于维克森林大学损伤生物力学中心的研究生院，LS-DYNA是该中心研究人体高冲击的标准模拟软件。他很快成为了LS-DYNA在纳斯卡的冠军。

他对LS-DYNA的专业知识和信心对于在大流行期间碰撞测试实验室关闭期间取得下一代汽车的进展至关重要。这是第一次，大量的碰撞测试将由模拟来处理。

在经过5000多次Ansys LS-DYNA万博碰撞测试模拟后，仅进行了两次物理碰撞测试就验证和验证了设计的安全性。

LS-DYNA测试

“从第一辆原型车开始，我们就致力于构建一个完整的LS-DYNA汽车模型，”Patalak说。“这让我们能够立即开始评估赛车遇到的所有不同碰撞模式:正面碰撞、车顶碰撞、侧面碰撞、后方碰撞和斜向碰撞。然后，我们把精力集中在我们想要改变业绩的特定领域，或者我们认为有机会让事情变得更好的领域。”

由于设计在原型阶段变化很快，LS-DYNA尤其有助于工程师在许多不同的碰撞模式下进行更改并立即评估。例如，团队试图在项目进展的不同阶段使前夹(汽车框架的前面部分，当它撞到另一辆车或一堵墙时，它会被压碎)产生更多变形，但他们也希望确保这些变化不会在不知知情的情况下对其他碰撞模式(如t骨)产生负面影响。

Patalak说:“使用LS-DYNA，我们能够运行所有的崩溃场景，并评估设计更改的影响。”“从整体上来说，这是一个积极的变化还是消极的变化，或者我们错过了什么?”这些都是您没有资源来使用物理测试的事情。能够通过模拟来量化这些影响，确实提高了我们对这款新车整体设计的信心。”

在设计过程中，致力于以人为本设计的工程公司Elemance使用全球人体模型联盟(GHBMC)开发的虚拟人体模型，使用设计优化和概率分析软件包Ansys LS-OPT为纳斯卡进行了测试。万博LS-OPT采用逆过程，首先指定性能标准，然后根据公式计算最佳设计。

使用LS-OPT进行了数千次保险杠模拟，很快纳斯卡对结果非常满意，他们承诺在没有任何物理碰撞测试数据的情况下制造这些部件。

“这些不是原型部件，而是预生产部件，”Patalak说。“当我们最终有机会对它们进行物理碰撞测试时，物理测试和模拟模型之间的验证和相关性是不可思议的。”

让下一代站在起跑线上

在Next Gen设计项目的过程中，NASCAR和Elemance进行了5000多次Ansys模拟，以确保新车在任何碰撞场景下都是安全的。万博他们在过程的早期开始使用第三方云解决方案，然后在2021年年中切换到在Microsoft Azure上运行的Ansys cloud，以获得满足其模拟软件需求的单一源的好处。万博他们认为hc系列虚拟机在性能和成本方面都是最好的硬件配置，该虚拟机具有44个英特尔至强白金8168处理器核心。

根据Patalak的说法，使用单一软件供应商进行模拟的最大优势之一是，你只需要呼叫一家公司来解决任何出现的问题。这不能怪其他公司。

他说:“在Ansys Cloud上运行作业的真正好处是，它都是内部完成的。万博“我遇到的问题很少，但在一个新的平台上启动和运行任何东西，都需要一些时间来学习设置，以及将作业发送到哪些集群，内存设置等。这很好，因为这从来都不是别人的错。Ansys客户卓越(ACE)团队的周转时间和支持非常棒——这是一个一站式的故障排除和答案商万博店。”

在进行了5000多次碰撞测试模拟后，仅进行了两次物理碰撞测试，就验证和验证了设计的安全性，LS-DYNA模拟的结果是准确的。

“从工程的角度来看，我们对Ansys模拟的信心很高。万博物理碰撞测试的结果对我们来说不再是一个惊喜，”Patalak说。

先生们，发动引擎!

但是，下一代汽车准备好参加2022年2月6日在洛杉矶纪念体育馆(Los Angeles Memorial Coliseum)举行的首次演示赛了吗?这座体育馆是由四分之一英里短道赛道改造而成的。尽管怀疑论者和起伏的设计过程，它是-很大程度上让普罗布斯特的安慰。

普罗布斯特说:“如果我们没有Ansys万博 LS-DYNA，我不确定下一代汽车能否为2022赛季做好准备，因为所有事情都被大流行打乱了。”

最后，这场在体育馆举行的比赛取得了成功，并为纳斯卡赛季最令人期待的赛事——代托纳500 (Daytona 500)——做了一个适当的引子，它是每届纳斯卡杯系列赛的开幕赛。在2月20日举行的这场比赛中，参赛的40辆车出现了23起事故报告，车手没有严重受伤。2月27日在加州丰塔纳举行的汽车俱乐部400高速公路比赛也同样成功。

“我们很高兴离开代托纳，知道我们期望从我们的建模工作中看到的是在赛道上发挥作用，”帕塔拉克说。“在丰塔纳，我们发生了更多不同类型的事故，但同样都是好结果。结果与我们通过LS-DYNA形成的预期非常吻合，这在真实的赛道事故中表现得非常真实。”

Probst表示同意。

他表示:“从更高的层面来看，我想说的是，就围绕Next Gen项目的所有目标而言，我们觉得我们已经有了一个非凡的开端。”“还有很多工作要做。我们很高兴，但从不满意。但当你看到我们的一些粉丝指标时，当你问别人一些简单的问题，比如‘那是一场好比赛吗?我们认为，这对这款车来说是个好兆头。”