車輛工程中虛擬技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值探討

王龍剛

摘要：所謂虛擬技術(shù)，就是通過組合或區(qū)分現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)資源，使這些資源表現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)操作環(huán)境，提供優(yōu)化資源配置的訪問方式。換句話說，就是將物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌系馁Y源，從而更好地對(duì)資源進(jìn)行管理。虛擬樣機(jī)技術(shù)是車輛工程中較為常見的設(shè)計(jì)方法，文章主要闡述了車輛工程中虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)流程以及關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，以期對(duì)相關(guān)企業(yè)的車輛工程有所幫助。

關(guān)鍵詞：車輛工程；虛擬樣機(jī)技術(shù)；應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TP391.9【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2236-1879（2017）12-0254-01

引言：我國(guó)汽車企業(yè)目前應(yīng)用于車輛工程中的虛擬樣機(jī)技術(shù)是以多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模理論及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)為核心，并結(jié)合多種技術(shù)對(duì)汽車產(chǎn)品運(yùn)行工作進(jìn)行仿真模擬的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想基礎(chǔ)上，結(jié)合多種新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)原有技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新，使其更好地服務(wù)于車輛工程設(shè)計(jì)工作。

1車輛工程虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本內(nèi)涵

所謂虛擬樣機(jī)技術(shù)，就是在虛擬環(huán)境下，利用可視化環(huán)境優(yōu)勢(shì)，對(duì)汽車產(chǎn)品的外觀、性能、舒適度等進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造，通過對(duì)汽車產(chǎn)品各種因素的綜合考慮，對(duì)其進(jìn)行快速的建模分析，為車輛工程提供可靠的數(shù)據(jù)分析和理論支撐。虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步融合了先進(jìn)仿真技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)。與傳統(tǒng)的車輛工程設(shè)計(jì)技術(shù)相比，虛擬樣機(jī)技術(shù)更加注重于系統(tǒng)化、周期化的設(shè)計(jì)，從而更全面地對(duì)汽車產(chǎn)品進(jìn)行性能預(yù)測(cè)。虛擬樣機(jī)技術(shù)在技術(shù)與市場(chǎng)方面的發(fā)展程度與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展有著很大的關(guān)系，工程設(shè)計(jì)師通過將大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、繪圖制表等工作交給計(jì)算機(jī)執(zhí)行，減輕了設(shè)計(jì)師的工作負(fù)擔(dān)，讓設(shè)計(jì)師有了更多的時(shí)間去關(guān)注工程方案的優(yōu)化與設(shè)計(jì)問題；而且，計(jì)算機(jī)的三維造型技術(shù)可以讓虛擬制造技術(shù)中抽象化的系統(tǒng)性問題更加具體，在此基礎(chǔ)上的虛擬技術(shù)工程才具有實(shí)際性意義。

2虛擬試驗(yàn)技術(shù)在車輛工程中的應(yīng)用

2.1車輛輪胎模型的研究：

輪胎是車輛的重要部件，它的各種特性與整車參數(shù)相匹配而影響車輛的主要性能，如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、舒適性和振動(dòng)等）由于輪胎結(jié)構(gòu)及其工作狀況的復(fù)雜性，對(duì)輪胎及其建模的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到完善的程度，對(duì)輪胎的建模及參數(shù)測(cè)量始終是一個(gè)很大難題而且實(shí)驗(yàn)工作繁重輪胎的有限元模型，可描述輪胎的各種特性、但對(duì)于輪胎的設(shè)計(jì)開發(fā)，對(duì)輪胎與地面的相互作用時(shí)的輪胎一地面模型的研究更適合在虛擬試驗(yàn)場(chǎng)中進(jìn)行，利用虛擬試驗(yàn)仿真了一輛整車在不同的道路行駛的情景，輪胎模型采用三維有限元模型，在行使過程中，道路對(duì)輪胎的作用和由于道路的作用引起的輪胎的受力與變形被表現(xiàn)和分析，其虛擬試驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)有較好的一致性，在虛擬試驗(yàn)環(huán)境，車輛輪胎與地面土壤之間的相互作用被十分逼真的用動(dòng)畫表達(dá)出來，給出了對(duì)車輛分析的速度、負(fù)載、道路圓錐指數(shù)等仿真結(jié)果。

在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)的學(xué)者提出了在虛擬試驗(yàn)場(chǎng)中的輪胎模型研究的課題，利用輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)建立輪胎在滾過不平路面時(shí)的時(shí)域內(nèi)的動(dòng)力學(xué)模型，并考慮滾動(dòng)過程中車軸運(yùn)動(dòng)和地面有不平度時(shí)的接觸問題，模擬實(shí)際路而上輪胎軸荷的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，為汽車的虛擬試驗(yàn)場(chǎng)提供科學(xué)的輪胎模型。

2.2車輛系統(tǒng)可靠性、耐久性的虛擬試驗(yàn)：

從理論上講，虛擬試驗(yàn)運(yùn)用于任何典型的物理原型試驗(yàn)，特別適合于耗時(shí)、耗財(cái)和危險(xiǎn)的振動(dòng)、可靠性和疲勞等試驗(yàn)，因?yàn)樘摂M試驗(yàn)可以多次、反復(fù)和低成本地進(jìn)行，通過采用非線性有限元模型和更加符合實(shí)際情況的車輪輪胎一地面邊界條件，對(duì)車輛的整車和重要部件進(jìn)行疲勞性、可靠性試驗(yàn)。

在可靠性、耐久性的虛擬試驗(yàn)應(yīng)用研究上，日本的豐田、本田、五十鈴、美國(guó)的通用、歐洲的大眾等汽車廠家對(duì)該技術(shù)極為重視，投入大量的人力、物力和財(cái)力其中，五十鈴公司在大中型卡車車體的強(qiáng)度試驗(yàn)方面目前處于領(lǐng)先的水平，它們已成功地將虛擬試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于部分關(guān)鍵零部件的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)中，目前正在開發(fā)運(yùn)用于如車體強(qiáng)度甚至整車動(dòng)力學(xué)特性研究的虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)。

3車輛工程虛擬樣機(jī)技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

（1）車輛工程虛擬樣機(jī)的總體技術(shù)。虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)主要由初步方案設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)這五大部分組成。要想車輛工程設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，各個(gè)部分必須加強(qiáng)協(xié)調(diào)合作，一切從全局出發(fā)，保證系統(tǒng)各部分都能正常運(yùn)行。這五個(gè)部分相輔相成，所以在車輛工程設(shè)計(jì)過程中，各部門需要認(rèn)識(shí)到資源共享與信息交換的重要性，并考慮到具體的工作環(huán)境，大體確定具體的虛擬樣機(jī)開發(fā)周期。

（2）虛擬環(huán)境下的車輛方案設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。要想順利開展車輛工程的虛擬樣機(jī)工作，虛擬環(huán)境下材料方案設(shè)計(jì)的工作質(zhì)量必須要得到保證。相關(guān)人員需要在計(jì)算機(jī)提供的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，對(duì)已有的虛擬模型提出批判性的建議和意見，還可以模仿車輛零件的裝配過程，對(duì)其進(jìn)行虛擬測(cè)試。然后，相關(guān)人員再根據(jù)虛擬試驗(yàn)后的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行成本核算和整體評(píng)估，從而選定最科學(xué)、最合理的車輛工程設(shè)計(jì)方案。

（3）虛擬樣機(jī)工程的并行工程。虛擬樣機(jī)工程的一大特色就是支持并行設(shè)計(jì)，車輛工程中將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等多個(gè)環(huán)節(jié)交叉進(jìn)行，大大提高了車輛工程設(shè)計(jì)的工作效率。在各環(huán)節(jié)交叉進(jìn)行的過程中，各部門也要加強(qiáng)彼此間的合作與交流，從而對(duì)已有車輛設(shè)計(jì)方案提出更具建設(shè)性的發(fā)展建議，提高車輛質(zhì)量。虛擬樣機(jī)工程中的并行設(shè)計(jì)節(jié)省了汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，大大提高了相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）虛擬樣機(jī)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。虛擬樣機(jī)工程的目的是通過模擬測(cè)試，確保車輛工程的質(zhì)量，而優(yōu)化設(shè)計(jì)則是保證汽車產(chǎn)品性能的有效途徑。

結(jié)束語：從以上的介紹中我們知道，虛擬試驗(yàn)技術(shù)的研究和應(yīng)用具有誘人的前景，虛擬試驗(yàn)技術(shù)本身還是一個(gè)發(fā)展中的新技術(shù)，各方面都不成熟我們相信，隨著虛擬試驗(yàn)技術(shù)及其研究的發(fā)展，它在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

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