车辆工程中虚拟技术的应用价值探讨

车辆工程中虚拟技术的应用价值探讨

韩丽

（安徽文达信息工程学院安徽合肥231201）

摘要：所谓虚拟技术，就是通过组合或区分现有的计算机资源，使这些资源表现为一个或多个操作环境，提供优化资源配置的访问方式。换句话说，就是将物理资源转变为逻辑上的资源，从而更好地对资源进行管理。虚拟样机技术是车辆工程中较为常见的设计方法，文章主要阐述了车辆工程中虚拟样机技术的基本内涵、体系结构、开发流程以及关键技术要点，以期对相关企业的车辆工程有所帮助。

关键词：车辆工程；虚拟样机技术；应用

引言

随着计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，虚拟试验技术得到了越来越广泛的应用。采用先进的试验仿真技术和虚拟试验技术，可以提高产品开发效率，缩短开发周期。如今，虚拟试验技术已经成为车辆新产品开发的一个重要工具。

1车辆工程虚拟样机技术的基本内涵

所谓虚拟样机技术，就是在虚拟环境下，利用可视化环境优势，对汽车产品的外观、性能、舒适度等进行设计、制造，通过对汽车产品各种因素的综合考虑，对其进行快速的建模分析，为车辆工程提供可靠的数据分析和理论支撑。虚拟样机技术是一种以计算机技术为基础的新型数字化设计方法，这种设计方法进一步融合了先进仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术。与传统的车辆工程设计技术相比，虚拟样机技术更加注重于系统化、周期化的设计，从而更全面地对汽车产品进行性能预测。虚拟样机技术在技术与市场方面的发展程度与计算机辅助设计技术的发展有着很大的关系，工程设计师通过将大量复杂的数据统计分析、绘图制表等工作交给计算机执行，减轻了设计师的工作负担，让设计师有了更多的时间去关注工程方案的优化与设计问题；而且，计算机的三维造型技术可以让虚拟制造技术中抽象化的系统性问题更加具体，在此基础上的虚拟技术工程才具有实际性意义。不过，虚拟计算机技术的发展也会受到计算机硬件的限制，如果计算机数值精确度不准或是产生了偏差，会影响到虚拟样机的仿真速度，进而影响虚拟样机工程质量。在虚拟技术的发展中，相关技术人员也认识到了这一问题，自二十世纪八十年代以来，我国的计算机技术水平得到了不断提升，为车辆工程中虚拟技术的发展提供了更加成熟的技术操作平台。

2车辆工程虚拟样机技术的开发流程

车辆工程中虚拟样机的开发是一个循序渐进的过程，首先必须要基于汽车产品需求，采取相应的仿真技术对虚拟样机的性能等各方面进行评估测试，然后建立相应的模型进行模拟操作，从而开发出满足工程目标和设计方向的虚拟样机。

3车辆工程虚拟样机工程的体系结构

车辆工程虚拟样机工程的体系结构大致分为协同设计支撑平台、产品模型、虚拟样机引擎和虚拟现实可视化环境这四部分。协同设计支撑平台主要为虚拟样机工程提供了协同设计环境、集成平台和项目管理等；产品模型主要包括系统级主模型和各子系统模型，这些产品模型设计需要运用仿真技术，尽量达到与汽车系统的外观、性能等各方面的大致吻合。虚拟样机引擎的主要任务则是对虚拟样机的外观与性能进行仿真，并将其在可视化环境中展示出来。

4车辆工程虚拟样机技术的几个关键技术

4.1车辆工程虚拟样机的总体技术

虚拟样机的设计主要由初步方案设计、概念设计、详细设计、仿真设计和结构优化设计这五大部分组成。要想车辆工程设计的顺利进行，各个部分必须加强协调合作，一切从全局出发，保证系统各部分都能正常运行。这五个部分相辅相成，所以在车辆工程设计过程中，各部门需要认识到资源共享与信息交换的重要性，并考虑到具体的工作环境，大体确定具体的虚拟样机开发周期。图2为虚拟样机工程的总体结构图。

4.2虚拟环境下的车辆方案设计评价

要想顺利开展车辆工程的虚拟样机工作，虚拟环境下材料方案设计的工作质量必须要得到保证。相关人员需要在计算机提供的虚拟现实环境下，对已有的虚拟模型提出批判性的建议和意见，还可以模仿车辆零件的装配过程，对其进行虚拟测试。然后，相关人员再根据虚拟试验后的相关数据对多种设计方案进行成本核算和整体评估，从而选定最科学、最合理的车辆工程设计方案。

4.3虚拟原型试验仿真技术的运用研究

传统产品研发生产工作中，模型创建与物理实验都是分开进行的，即在零件样机制造完毕后创建物理实验，再根据实验中出现的问题修改零件样机。汽车设计生产中，对于每一个零件要求十分严苛，需要汽车企业在原件设计时投入大量的时间及资金。但是，在企业零件生产中运用虚拟原型试验仿真技术，能够通过先进科技模拟零件原型，进而根据虚拟出来的汽车原型进行安装调整。如果车辆性能没有达到预想效果，可以及时调整车辆设计方案，大大降低了汽车企业在设计修改方面的经济成本及时间。虚拟原型能够代替原有零件，提高了在汽车装备中的稳定性，降低了对原材料的需求。

4.4虚拟样机工程的并行工程

虚拟样机工程的一大特色就是支持并行设计，车辆工程中将产品设计与制造等多个环节交叉进行，大大提高了车辆工程设计的工作效率。在各环节交叉进行的过程中，各部门也要加强彼此间的合作与交流，从而对已有车辆设计方案提出更具建设性的发展建议，提高车辆质量。虚拟样机工程中的并行设计节省了汽车产品的设计成本，缩短了设计周期，大大提高了相关企业的经济效益。

4.5虚拟样机工程的优化设计

虚拟样机工程的目的是通过模拟测试，确保车辆工程的质量，而优化设计则是保证汽车产品性能的有效途径。在优化设计中，相关人员必须熟悉车辆工程的方案计划，了解具体的工程实际，并根据当前现状，选取相应的设计变量，列出目标函数和约束条件，通过给具体的数学模型求解使虚拟样机工程程序化。

4.6虚拟样机工程的集成仿真与数据协调

在整个虚拟样机工程中，集成仿真是技术要求最高的一个工作阶段。系统集成需要考虑各个子系统之间的联系，通过协调各个子系统之间的数据，根据观察到的数据变化改变实体模型，从而实现不同模块之间的数据通信。

4.7车辆动力学与操纵稳定性的虚拟试验

现阶段，对于车辆动力学与操纵稳定性的虚拟试验分析主要应用的软件为ADMAS。该款软件能够实时性反应出试验成果，但是对于交互性及虚拟场景创建方面还存在一定缺陷。在对于车辆动力学与操纵稳定性研究中，应用虚拟试验技术具有较多的优势。例如，科研人员在对于车辆动力学与操纵稳定性试验结果分析中，试验结果已经能够覆盖到车辆轮胎在不同状态下的受力情况及轮胎压痕变化上，且这些试验成果都是通过图像的形式展现。

结语

20世纪80年代以来，我国就开始研究虚拟制造技术，但就目前国内的发展现状来看，我国的虚拟制造技术研究仍处于初级阶段，还需要进行不断地创新。我国汽车企业目前应用于车辆工程中的虚拟样机技术是以多体系统运动学与动力学建模理论及其实现技术为核心，并结合多种技术对汽车产品运行工作进行仿真模拟的数字化设计方法。虚拟样机技术在传统的设计思想基础上，结合多种新技术的优点，对原有技术特点进行创新，使其更好地服务于车辆工程设计工作。文章主要分析了车辆工程中虚拟样机技术的基本内涵、体系结构和开发流程，并集中分析了虚拟样机工程中的几个关键性技术。由此可以看出，虚拟样机技术对我国车辆工程有着革命性的影响，为了提高车辆工程的质量，相关企业需要对虚拟样机技术进行不断创新，以适应汽车市场的变革。

参考文献

[1]李伯虎.复杂产品虚拟样机工程的研究与初步实践[J].系统仿真学报，2015，14（3）.18-20.

[2]胡晓海，单承赣.虚拟样机技术在工程车辆中的应用初探[J].CAD/CAM与制造业信息化，2015，（6）.115-117.