車輛工程中虛擬技術(shù)的應(yīng)用探究

黃森

摘 要：在車輛工程中，工程設(shè)計與制造是重要的組成部分。在設(shè)計與制造環(huán)節(jié)中，需要將較多的因素考慮在內(nèi)，才能保證設(shè)計質(zhì)量與制造質(zhì)量。因此，需要不斷學(xué)習(xí)先進的新技術(shù)并應(yīng)用于實際中，從而提升設(shè)計質(zhì)量與制造水平。虛擬技術(shù)的誕生為車輛設(shè)計與制造提供了先進的技術(shù)支持，此技術(shù)是指利用計算機系統(tǒng)進行車輛工程設(shè)計與使用的模擬過程，從而準(zhǔn)確把握設(shè)計質(zhì)量、及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，提高設(shè)計水平。

關(guān)鍵詞：車輛工程;虛擬技術(shù);應(yīng)用

計算機技術(shù)的快速發(fā)展下，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的各種技術(shù)也呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。較多的領(lǐng)域已經(jīng)引進計算機技術(shù)的利用，改變了行業(yè)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，穩(wěn)固企業(yè)在市場中的地位，并且同時獲取較高的經(jīng)濟效益與社會效益。車輛工程設(shè)計與制造中也同樣融入了計算機技術(shù)，并不斷引入先進技術(shù)促進企業(yè)發(fā)展。由于這兩個環(huán)節(jié)是車輛工程中難度較大的環(huán)節(jié)，需要利用先進的技術(shù)解決困難，促進發(fā)展。虛擬技術(shù)的誕生為車輛工程帶來了曙光，此技術(shù)是在計算機技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上建立的汽車生產(chǎn)與制造技術(shù)，可提高設(shè)計與制造的效率，提升汽車性能。

1 車輛工程虛擬技術(shù)概述

車輛工程中所應(yīng)用的虛擬技術(shù)，是指利用虛擬樣機，利用可視化環(huán)境的優(yōu)勢，對車輛的外觀、功能、舒適度等進行合理的規(guī)劃，是一種基于計算機技術(shù)下較為新型的數(shù)字設(shè)計方法，該方法是目前車輛工程中較為先進化的，通過對所需要的車輛進行建模、仿真等，為車輛工程供給牢靠的數(shù)據(jù)剖析和理論支撐。虛擬樣機技術(shù)在車輛工程中，與傳統(tǒng)車輛工程設(shè)計相比較，注重的是完善化、體系化、周期化的設(shè)計，從而才能提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量，實現(xiàn)汽車的更多功能。另外，虛擬技術(shù)的應(yīng)用，可以對車輛設(shè)計的數(shù)據(jù)進行有效整理，對其功能進行有效的分析，減少了設(shè)計師的工作量，設(shè)計師能夠抽出更多的時間優(yōu)化車輛設(shè)計?？梢?，虛擬技術(shù)應(yīng)用于車輛工程中具有較多的優(yōu)勢作用。

2 車輛工程虛擬技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比較

虛擬技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比較，具有如下的優(yōu)勢：第一，數(shù)字化水平高。傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計的產(chǎn)品容易發(fā)生嚴重老化的問題，并且老化后還需要重新制作。而虛擬技術(shù)只需要保持整體設(shè)備完成性，利用虛擬技術(shù)具備的數(shù)據(jù)采集功能，可保障數(shù)據(jù)采集的精確性，還可以對現(xiàn)有設(shè)備進行更新。虛擬技術(shù)分析整體時，如果發(fā)現(xiàn)存在問題，可隨時調(diào)整整體，而傳統(tǒng)技術(shù)，需要拆裝整體模型再進行改善。第二，能夠縮短車輛設(shè)計時所用的時間，提高生產(chǎn)制造車輛的效率。目前，汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國經(jīng)濟發(fā)展的主力，而推動汽車行業(yè)發(fā)展的重要工具是先進技術(shù)。傳統(tǒng)車輛制造過程依靠的是流水線生產(chǎn)的方式，生產(chǎn)中質(zhì)量不達標(biāo)、車輛生產(chǎn)效率較慢。而目前采取的是高科技、柔性技術(shù)生產(chǎn)線，車輛制造生產(chǎn)的效率大幅度提升，還可以通過更多人性化的數(shù)據(jù)分析，使車輛的功能更加滿足人們的需求。在開發(fā)新車型時，需要的時間可能要達幾年之久，而現(xiàn)在只需幾個月或者是更短的時間，依靠的是虛擬技術(shù)。

3 車輛工程虛擬技術(shù)的關(guān)鍵性技術(shù)

3.1 總體技術(shù)

總體技術(shù)是指在設(shè)計車輛時建立的總體方案，內(nèi)容主要包括設(shè)計方案、細致化設(shè)計、概念性設(shè)計、仿真設(shè)計等。車輛設(shè)計的順利開展與各環(huán)節(jié)的設(shè)計密切相關(guān)，應(yīng)站在全局角度思考設(shè)計過程，從而有效保障汽車正常運行的要求。在設(shè)計時，需要將各個部分考慮在內(nèi)，還要與具體的環(huán)境相結(jié)合，才能進入開發(fā)樣機的環(huán)節(jié)中。可見，總體技術(shù)是開展其他工作的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，設(shè)計時應(yīng)以總體技術(shù)為指導(dǎo)思想，在改變設(shè)計時也需要以此為核心。

3.2 方案設(shè)計的評價

車輛設(shè)計完成后需要進行方案評價，是保證設(shè)計方案可行性的重要措施，具體的評價過程如下：（1）虛擬環(huán)境中測試材料性能;（2）工作人員觀看測試過程;（3）掌握測試結(jié)果;（4）提出改進建議;（5）優(yōu)化設(shè)計方案;（6）進行車輛零件裝配模擬及虛擬測試。（7）相關(guān)人員站在成本會計的角度綜合評價各種設(shè)計方案，從而獲取最科學(xué)合理的設(shè)計方案。

3.3 并行工程

虛擬樣機在車輛工程中得以運用并行的過程、可大幅度提升設(shè)計效率。需要各部門在跨過程的每個環(huán)節(jié)中都要加強合作與交流，詳細檢驗車輛設(shè)計方案并提出具有建設(shè)性的建議，從而實現(xiàn)提高車輛質(zhì)量的目標(biāo)。另外，應(yīng)用虛擬技術(shù)的并行設(shè)計特點，大大降低設(shè)計成本，讓關(guān)聯(lián)公司獲取了較高的經(jīng)濟效益。

3.4 優(yōu)化設(shè)計

車輛設(shè)計工作中，需要不斷進行設(shè)計的優(yōu)化，從而保證汽車具備良好的性能。通過利用虛擬技術(shù)，能夠提高設(shè)計優(yōu)化的質(zhì)量，進一步保障車輛的性能。在進行優(yōu)化設(shè)計時，需要優(yōu)化人員充分了解車輛的性能，才能保障優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量。在實際工作中要詳細列出工程實際內(nèi)容，根據(jù)實際情況選取變量.再利用目標(biāo)函數(shù)與約束條件優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型，從而達到提高汽車制造質(zhì)量的目的。

3.5 集成仿真與數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)

在應(yīng)用虛擬技術(shù)時，可利用仿真技術(shù)進行最后的汽車性能檢驗工作。由于此環(huán)節(jié)具有較高的要求，需要設(shè)計人員綜合考慮各子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性，實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)后，再建立各模塊間的數(shù)據(jù)通信，從而保證仿真效果。

4 虛擬技術(shù)在車輛工程的運用

4.1 應(yīng)用于車輛輪胎中

輪胎在車輛行駛過程中起著至關(guān)重要的作用，因此，為提高輪胎的質(zhì)量，輪胎設(shè)計需要達到科學(xué)性與合理性的要求，只有輪胎性能得到保證，才能保障汽車具備穩(wěn)定性與舒適性。在設(shè)計汽車輪胎時，需要考慮多種因素并與實際情況相結(jié)合，從而使車輪滿足運行環(huán)境。具體設(shè)計時，需要考慮的內(nèi)容包括輪胎尺寸、不同環(huán)境下輪胎的狀態(tài)、不同壓力環(huán)境下輪胎的狀態(tài)等。在設(shè)計中應(yīng)用虛擬技術(shù)，可以模擬路面狀態(tài)，利用模擬輪胎，使其在不同路面上行駛，判斷輪胎性能，根據(jù)判斷結(jié)果明確設(shè)計方案是否具備有效性。針對無效方案，可根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整輪胎設(shè)計方案。

4.2 應(yīng)用于車輛系統(tǒng)的可靠性實驗

車輛在實際中的運行時效和安全性與系統(tǒng)的可靠性具有密切相關(guān)的關(guān)系，在車輛工程中運用虛擬技術(shù)能夠提升系統(tǒng)可靠性，對車輛工程具有十分重要的意義。在生產(chǎn)車輛前，需要全面分析汽車性能，主要是開展可靠性的分析。利用虛擬技術(shù)分析汽車系統(tǒng)的可靠性，可模擬出運行失誤，對實際效果進行有效預(yù)測。如果存在可靠性低的風(fēng)險，可及時分析引發(fā)的因素并有效改善，從而提升車輛穩(wěn)定性。在生產(chǎn)時強化落實生產(chǎn)規(guī)范保障汽車生產(chǎn)質(zhì)量。可見，利用虛擬技術(shù)進行車輛系統(tǒng)實驗，能夠有效提升車輛可靠性。另外，借助此技術(shù)還可以分析部件物理運轉(zhuǎn)、部件運行模擬等，為車輪速度的快速提升提供先進技術(shù)的支持。

4.3 應(yīng)用于車輛動力學(xué)和穩(wěn)定性

研究車輛動力學(xué)與穩(wěn)定性的主要軟件是ADMAS，應(yīng)用這款軟件能夠?qū)崟r反映車輛的動力與穩(wěn)定性效果，若穩(wěn)定性不佳，應(yīng)及時采取解決辦法，但是卻在創(chuàng)建交互性與虛擬場景方面還具有一定的缺陷。利用虛擬技術(shù)反映車輛動力學(xué)與穩(wěn)定性時能夠?qū)崿F(xiàn)實時反映，為設(shè)計者提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。另外，此技術(shù)還具有其他方面的優(yōu)勢。例如，反映不同狀態(tài)下車輛輪胎的受力情況，展示輪胎壓痕變化等，都可以利用圖像形式進行表現(xiàn)。

4.4 應(yīng)用于虛擬駕駛技術(shù)

虛擬駕駛可以讓體驗者在虛擬駕駛過程中體驗出真實的駕駛感受，可以讓駕駛者了解車輛的性能，包括可靠性、操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性、舒適度等，為購買決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。目前，由于車輛逐漸增加，引發(fā)的交通事故也不斷提升，需要車輛工程設(shè)計中加強防震設(shè)計、安全性能設(shè)計，從而提高汽車的安全性能。通過利用虛擬技術(shù)中的跟蹤功能、虛擬駕駛功能，有效收集車輛的參數(shù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果設(shè)定控制汽車的參數(shù)，并根據(jù)掌握的數(shù)據(jù)改善原有設(shè)計。另外，還可以利用虛擬技術(shù)進行沖撞試驗，從試驗中分析汽車的防震性能、安全性能，再通過優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)提高汽車安全性能、保護乘車人員安全的目的。

4.5 虛擬原型的研究

在汽車研發(fā)環(huán)節(jié)中，傳統(tǒng)研發(fā)模式利用的是通過創(chuàng)建模型與物理實驗的形式開展汽車的研發(fā)設(shè)計工作。只有通過物理實驗的試驗要求后，才能進行汽車零件的生產(chǎn)，然后再開展汽車制造的過程。這種傳統(tǒng)研發(fā)模式，需要根據(jù)實際情況更改汽車零件，才能保證零件具備相應(yīng)的性能并充分發(fā)揮作用。這種傳統(tǒng)研發(fā)模式具有成本高、生產(chǎn)周期較長的缺陷，并且在實際生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生浪費材料較多的問題。目前進行的汽車設(shè)計與研發(fā)過程中，在構(gòu)建汽車模型與汽車生產(chǎn)過程中都是應(yīng)用仿真技術(shù)完成目標(biāo)的。通過實際應(yīng)用生產(chǎn)能力大幅度提升，并且有效縮短了設(shè)計周期與生產(chǎn)周期，從生產(chǎn)的零件質(zhì)量看，零件可靠性能更強、誤差更小、汽車性能良好。另外，利用虛擬技術(shù)中的仿真技術(shù)還可以修改汽車元件，能夠有效保證汽車零件精準(zhǔn)化要求。如果在汽車生產(chǎn)過程中未符合實際的汽車性能，可以在虛擬技術(shù)中修改設(shè)計方案，從而滿足汽車生產(chǎn)與實際性能相符合的目的。這種方式可以有效節(jié)約經(jīng)濟成本，還可有效縮減周期。

5 結(jié)束語

綜上所述，虛擬技術(shù)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)而創(chuàng)建而出的新技術(shù)，將虛擬技術(shù)應(yīng)用于車輛工程中，可有效降低設(shè)計成本與設(shè)計周期。在車輛工程中，車輛輪胎、車輛系統(tǒng)可靠性實驗、車輛動力學(xué)與穩(wěn)定性、虛擬原型研究等多個方面應(yīng)用虛擬技術(shù)實現(xiàn)了提高汽車性能、安全性、穩(wěn)定性的要求，從而促進汽車行業(yè)的快速發(fā)展。

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