試論汽車開發(fā)中的虛擬產品開發(fā)技術

戴峻

摘 要：隨著汽車開發(fā)技術的不斷發(fā)展，虛擬產品開發(fā)技術已經得到了汽車企業(yè)的廣泛應用，虛擬產品開發(fā)技術縮短了汽車開發(fā)所用的時間，而且從整體上提高了汽車的設計水準，隨著汽車行業(yè)的競爭越來越激烈，虛擬產品開發(fā)技術還可能滿足人們個性化的要求。文章將討論分析虛擬產品開發(fā)技術。

關鍵詞：汽車開發(fā)；虛擬產品開發(fā)技術；個性化需求

虛擬產品開發(fā)技術在得到眾多汽車企業(yè)重視和應用的同時，人們也開始探索虛擬產品開發(fā)技術能否進一步取得實質性突破，即隨著虛擬產品開發(fā)技術不斷的發(fā)展，當虛擬產品開發(fā)技術發(fā)展一定水平時，顧客能不能直接參與汽車的設計，來滿足一些個性化的需求；如今的實物試驗能否被數(shù)字化試驗代替。

1 虛擬產品開發(fā)技術的功能特點

虛擬產品開發(fā)技術能夠把所要研究的事物放置在虛擬環(huán)境當中，虛擬環(huán)境根據(jù)人們的控制和指示把產品的構思從三個維度上向人們展示產品的效果，通過不同的操控，設計人員能夠收集到較為全面的信息和數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)和信息，設計人員可以發(fā)現(xiàn)產品的優(yōu)劣勢，雖然虛擬產品開發(fā)系統(tǒng)的研發(fā)一般成本都比較大，但是投入使用之后，能夠幫助企業(yè)節(jié)約成本，而且也能夠保證測試結果的精確性。虛擬產品開發(fā)技術的功能特點可以歸納為如下幾點：一是虛擬產品開發(fā)系統(tǒng)可以幫助設計師進行直觀的觀察和感受，并且客戶也可以參與到這個過程當中去；二是在試驗過程中，人可以直接參與試驗；三是虛擬設計環(huán)境能夠提高企業(yè)的生產和維修效率；四是虛擬設計過程能夠節(jié)省產品或樣件的使用；五是汽車企業(yè)能夠在虛擬系統(tǒng)中檢驗虛擬產品，幫助設計師進行完善和改進。

2 汽車中的虛擬產品開發(fā)技術

2.1 虛擬油泥建模

傳統(tǒng)的建模方式主要依賴于計算機輔助造型或計算機輔助工業(yè)設計系統(tǒng)，這種建模方式下，人們能夠觸碰和感受到的只有鼠標和鍵盤等，不能給人們豐富的視覺或觸覺上的體驗。很多設計師都認為計算機輔助造型或計算機輔助工業(yè)設計系統(tǒng)雖然能夠幫助設計師或其他工作人員進行后期的修改、計算和細化，但是計算機輔助造型或計算機輔助工業(yè)設計系統(tǒng)在初始的設計階段，不能很好地激發(fā)設計者的創(chuàng)作靈感。虛擬油泥建模能夠在初期設計階段幫助設計師找到創(chuàng)作靈感，同時虛擬油泥建模能夠讓設計師親身進行刮、削、掃等工作，能夠給設計師們豐富的觸覺感受，而且設計師們能夠直接看到效果，所以虛擬油泥建模方式得到了很多設計師的青睞。

2.2 虛擬概念車的總體評價

在完全利用計算機進行汽車的設計時，利用計算機設計圖像評價設計的好壞具有兩個方面的缺陷：一方面，在圖像上的汽車雖然是按照比例進行設計的，但是與汽車的真實尺寸并不相同，有時不能夠讓人們正確的感受出汽車的大小，按照這樣的設計生產出來的汽車很可能不符合人們需求；另一方面，圖像中的汽車不能讓人們直觀地感受到汽車的特點和魅力。而虛擬概念車則能夠較好地解決這兩個問題，在虛擬系統(tǒng)中，虛擬汽車能夠讓人們看到汽車的動態(tài)效果，進而做出更加科學的評價。

2.3 汽車車身室內的虛擬人體工程學設計、評價

隨著汽車的普及程度越來越高，人們越來越懂車，而且更加重視駕駛員與乘員的舒適度，為了研究更加舒適的汽車，汽車車身室內的虛擬人體工程學設計能夠更好地滿足用戶和汽車企業(yè)的一致需求，利用汽車車身室內的虛擬人體工程學設計能夠結合人體對舒適度的需求以及習慣進行測度。德國一名開發(fā)商開發(fā)出的人體工程學模型系統(tǒng)，可以客觀地評價汽車車身的設計是否符合人們對舒適度的要求。把人體工程學模型系統(tǒng)放入虛擬環(huán)境中，人們就可以通過控制一個虛擬人來完成車身人體工程學的測度，在試驗過程中，人們可以任意選擇姿勢和視點，讓這個虛擬人去完成，通過這種不同姿勢和不同視點的試驗，最終測試出汽車車身的人體工程學設計是否合理。

2.4 虛擬風洞技術

傳統(tǒng)的風洞試驗都是利用煙霧器幫助人們觀察到車身在氣體作用下的變化情況，在進行傳統(tǒng)的風洞試驗時，只把實車的四分之一放入試驗場，模型與實車的大小不一樣，所以試驗不能完全模擬真實的情況，試驗結果也就不是特別準確，加之人們不能靠近試驗，所以這也造成了試驗數(shù)據(jù)和結果的偏差。虛擬風洞不僅展現(xiàn)了真實的發(fā)生環(huán)境，而且能夠讓用戶感受模擬風洞的效果。模擬風洞能夠幫助設計師搜集不同方向的比較精準的試驗數(shù)據(jù)，進而提高了分析結果的準確性。

2.5 汽車碰撞虛擬仿真

人們對于汽車的安全性能要求比較高，所以在過去為了檢驗汽車的抗碰擊能力通常都是利用真實的新車進行撞擊，然后根據(jù)撞擊的結果進一步改善汽車的安全性能，這種測試方法不僅需要讓新車進行撞擊，成本高昂，而且這樣的撞擊不能夠完全測試出汽車安全性能存在缺陷的地方，導致所作出的修改方案只是片面的改善汽車安全性能。而模擬仿真系統(tǒng)能夠讓人們全面地分析汽車碰撞后的結果，找出改進方案，而且在經過模擬撞擊之后不用浪費很多的新車，有減少了測試的成本。

2.6 汽車整車性能的虛擬仿真

傳統(tǒng)的CAE在整車仿真應用中的主要缺陷是不能夠利用數(shù)學模型來表達汽車在運行過程中的真實運行環(huán)境和復雜的駕駛員感受，但是汽車整車性能的模擬仿真能夠解決CAE不缺陷，汽車整車性能的虛擬仿真系統(tǒng)能夠讓真實的駕駛人員在虛擬的環(huán)境中仿真駕駛。國際上的很多發(fā)達國家的汽車公司都進行過汽車整車性能的虛擬開發(fā)系統(tǒng)的研究，如美國通用汽車公司、德國BENZ公司、瑞典國家交通研究所等。我國也已經建成了汽車整車性能模擬仿真系統(tǒng)，我國的汽車整車性能模擬仿真系統(tǒng)目前在世界上排名第二，該套系統(tǒng)包括了運動模擬系統(tǒng)、聲響模擬系統(tǒng)、視景模擬系統(tǒng)、觸感模擬系統(tǒng)、模擬艙以及中央控制臺。駕駛員在進行仿真駕駛時，汽車的運行狀況由數(shù)學模型表達出來，而汽車的聲響以及駕駛員的感受等都是由根據(jù)29個數(shù)學模型和告訴計算機實時展現(xiàn)。

3 結束語

汽車企業(yè)采用先進的虛擬開發(fā)技術不僅能夠提高設計、生產和維修的效率，而且從某種程度上來說還降低了企業(yè)運行成本，目前已經研發(fā)出的模擬產品開發(fā)技術已經幫助汽車企業(yè)和一些用戶成功地完成了對汽車產品功能、外形等方面的檢驗，在模擬產品開發(fā)技術領域，人們還應該繼續(xù)進行研究和創(chuàng)新。

參考文獻

[1]肖田元.虛擬制造及其在轎車數(shù)字化工程中的應用[J].系統(tǒng)仿真學報，2002，14（3）：342-347.

[2]潘軍，蔣祖華，馬登哲，等.虛擬產品開發(fā)關鍵技術的應用[J].上海交通大學學報，2003，37（1）：21-25.

[3]陳云，陳明.虛擬產品開發(fā)技術在汽車空調系統(tǒng)設計中的應用[J].機械設計與研究，2001（4）：63-64.