車輛工程中虛擬技術的應用價值探討

李廣，李喆，高峰

（遼寧工業大學，遼寧錦州121001）

車輛工程中虛擬技術的應用價值探討

李廣，李喆，高峰

（遼寧工業大學，遼寧錦州121001）

所謂虛擬技術，就是通過組合或區分現有的計算機資源，使這些資源表現為一個或多個操作環境，提供優化資源配置的訪問方式。換句話說，就是將物理資源轉變為邏輯上的資源，從而更好地對資源進行管理。虛擬樣機技術是車輛工程中較為常見的設計方法，文章主要闡述了車輛工程中虛擬樣機技術的基本內涵、體系結構、開發流程以及關鍵技術要點，以期對相關企業的車輛工程有所幫助。

車輛工程；虛擬樣機技術；應用

1 車輛工程虛擬樣機技術的基本內涵

所謂虛擬樣機技術，就是在虛擬環境下，利用可視化環境優勢，對汽車產品的外觀、性能、舒適度等進行設計、制造，通過對汽車產品各種因素的綜合考慮，對其進行快速的建模分析，為車輛工程提供可靠的數據分析和理論支撐。虛擬樣機技術是一種以計算機技術為基礎的新型數字化設計方法，這種設計方法進一步融合了先進仿真技術、現代信息技術、先進設計制造技術和現代管理技術。與傳統的車輛工程設計技術相比，虛擬樣機技術更加注重于系統化、周期化的設計，從而更全面地對汽車產品進行性能預測。虛擬樣機技術在技術與市場方面的發展程度與計算機輔助設計技術的發展有著很大的關系，工程設計師通過將大量復雜的數據統計分析、繪圖制表等工作交給計算機執行，減輕了設計師的工作負擔，讓設計師有了更多的時間去關注工程方案的優化與設計問題；而且，計算機的三維造型技術可以讓虛擬制造技術中抽象化的系統性問題更加具體，在此基礎上的虛擬技術工程才具有實際性意義。不過，虛擬計算機技術的發展也會受到計算機硬件的限制，如果計算機數值精確度不準或是產生了偏差，會影響到虛擬樣機的仿真速度，進而影響虛擬樣機工程質量。在虛擬技術的發展中，相關技術人員也認識到了這一問題，自二十世紀八十年代以來，我國的計算機技術水平得到了不斷提升，為車輛工程中虛擬技術的發展提供了更加成熟的技術操作平臺。

2 車輛工程虛擬樣機工程的體系結構

車輛工程虛擬樣機工程的體系結構大致分為協同設計支撐平臺、產品模型、虛擬樣機引擎和虛擬現實可視化環境這四部分。協同設計支撐平臺主要為虛擬樣機工程提供了協同設計環境、集成平臺和項目管理等；產品模型主要包括系統級主模型和各子系統模型，這些產品模型設計需要運用仿真技術，盡量達到與汽車系統的外觀、性能等各方面的大致吻合。虛擬樣機引擎的主要任務則是對虛擬樣機的外觀與性能進行仿真，并將其在可視化環境中展示出來。

3 車輛工程虛擬樣機技術的開發流程

車輛工程中虛擬樣機的開發是一個循序漸進的過程，首先必須要基于汽車產品需求，采取相應的仿真技術對虛擬樣機的性能等各方面進行評估測試，然后建立相應的模型進行模擬操作，從而開發出滿足工程目標和設計方向的虛擬樣機。圖1為車輛工程虛擬樣機開發的大致流程。

圖1 車輛工程虛擬樣機設計的一般流程

4 車輛工程虛擬樣機技術的幾個關鍵技術

（1）車輛工程虛擬樣機的總體技術。虛擬樣機的設計主要由初步方案設計、概念設計、詳細設計、仿真設計和結構優化設計這五大部分組成。要想車輛工程設計的順利進行，各個部分必須加強協調合作，一切從全局出發，保證系統各部分都能正常運行。這五個部分相輔相成，所以在車輛工程設計過程中，各部門需要認識到資源共享與信息交換的重要性，并考慮到具體的工作環境，大體確定具體的虛擬樣機開發周期。圖2為虛擬樣機工程的總體結構圖。

圖2 虛擬設計的總體結構

（2）虛擬環境下的車輛方案設計評價。要想順利開展車輛工程的虛擬樣機工作，虛擬環境下材料方案設計的工作質量必須要得到保證。相關人員需要在計算機提供的虛擬現實環境下，對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，對其進行虛擬測試。然后，相關人員再根據虛擬試驗后的相關數據對多種設計方案進行成本核算和整體評估，從而選定最科學、最合理的車輛工程設計方案。

（3）虛擬樣機工程的并行工程。虛擬樣機工程的一大特色就是支持并行設計，車輛工程中將產品設計與制造等多個環節交叉進行，大大提高了車輛工程設計的工作效率。在各環節交叉進行的過程中，各部門也要加強彼此間的合作與交流，從而對已有車輛設計方案提出更具建設性的發展建議，提高車輛質量。虛擬樣機工程中的并行設計節省了汽車產品的設計成本，縮短了設計周期，大大提高了相關企業的經濟效益。

（4）虛擬樣機工程的優化設計。虛擬樣機工程的目的是通過模擬測試，確保車輛工程的質量，而優化設計則是保證汽車產品性能的有效途徑。在優化設計中，相關人員必須熟悉車輛工程的方案計劃，了解具體的工程實際，并根據當前現狀，選取相應的設計變量，列出目標函數和約束條件，通過給具體的數學模型求解使虛擬樣機工程程序化。

（5）虛擬樣機工程的集成仿真與數據協調。在整個虛擬樣機工程中，集成仿真是技術要求最高的一個工作階段。系統集成需要考慮各個子系統之間的聯系，通過協調各個子系統之間的數據，根據觀察到的數據變化改變實體模型，從而實現不同模塊之間的數據通信。

5 結語

20世紀80年代以來，我國就開始研究虛擬制造技術，但就目前國內的發展現狀來看，我國的虛擬制造技術研究仍處于初級階段，還需要進行不斷地創新。我國汽車企業目前應用于車輛工程中的虛擬樣機技術是以多體系統運動學與動力學建模理論及其實現技術為核心，并結合多種技術對汽車產品運行工作進行仿真模擬的數字化設計方法。虛擬樣機技術在傳統的設計思想基礎上，結合多種新技術的優點，對原有技術特點進行創新，使其更好地服務于車輛工程設計工作。文章主要分析了車輛工程中虛擬樣機技術的基本內涵、體系結構和開發流程，并集中分析了虛擬樣機工程中的幾個關鍵性技術。由此可以看出，虛擬樣機技術對我國車輛工程有著革命性的影響，為了提高車輛工程的質量，相關企業需要對虛擬樣機技術進行不斷創新，以適應汽車市場的變革。

［1］李伯虎.復雜產品虛擬樣機工程的研究與初步實踐［J］.系統仿真學報，2002，14（3）.

［2］胡曉海，單承贛.虛擬樣機技術在工程車輛中的應用初探［J］.CAD/ CAM與制造業信息化，2004，（6）.

Application Value of Virtual Technology in Vehicle Engineering

LI Guang，LI Zhe，GAO Feng
（Liaoning University of Technology，Jinzhou，Liaoning 121001，China）

The so-called virtual technology is to provide access to optimize the allocation of resources through the combination or distinction of existing computer resources，which makes these resources as one or more operating environment.In other words,it is to change the physical resources into logical resources，so as to better manage the resources.Virtual prototyping technology is the design of the common methods of vehicle engineering，this paper mainly expounds the basic connotation，the virtual prototype technology in the vehicle engineering system structure，development process and the key technical points，and related businesses in order to help the vehicle engineering.

vehicle engineering；virtual prototyping technology；application

TP391.9

A

2095-980X（2017）03-0059-01

2017-03-08

李廣，大學本科，主要研究方向：車輛工程。