車輛工程中虛擬技術的應用價值探討

王龍剛

摘要：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。

關鍵詞：車輛工程；虛擬樣機技術；應用

【中圖分類號】TP391.9【文獻標識碼】A【文章編號】2236-1879（2017）12-0254-01

引言：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。

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。

2虛擬試驗技術在車輛工程中的應用

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相匹配而影響車輛的主要性能，如動力性、經濟性、操縱穩定性、制動性、舒適性和振動等）由于輪胎結構及其工作狀況的復雜性，對輪胎及其建模的研究還遠遠沒有達到完善的程度，對輪胎的建模及參數測量始終是一個很大難題而且實驗工作繁重輪胎的有限元模型，可描述輪胎的各種特性、但對于輪胎的設計開發，對輪胎與地面的相互作用時的輪胎一地面模型的研究更適合在虛擬試驗場中進行，利用虛擬試驗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和分析，其虛擬試驗和物理實驗有較好的一致性，在虛擬試驗環境，車輛輪胎與地面土壤之間的相互作用被十分逼真的用動畫表達出來，給出了對車輛分析的速度、負載、道路圓錐指數等仿真結果。

在國內，清華大學的學者提出了在虛擬試驗場中的輪胎模型研究的課題，利用輪胎試驗模態參數建立輪胎在滾過不平路面時的時域內的動力學模型，并考慮滾動過程中車軸運動和地面有不平度時的接觸問題，模擬實際路而上輪胎軸荷的動力學響應，為汽車的虛擬試驗場提供科學的輪胎模型。

2.2車輛系統可靠性、耐久性的虛擬試驗：

從理論上講，虛擬試驗運用于任何典型的物理原型試驗，特別適合于耗時、耗財和危險的振動、可靠性和疲勞等試驗，因為虛擬試驗可以多次、反復和低成本地進行，通過采用非線性有限元模型和更加符合實際情況的車輪輪胎一地面邊界條件，對車輛的整車和重要部件進行疲勞性、可靠性試驗。

在可靠性、耐久性的虛擬試驗應用研究上，日本的豐田、本田、五十鈴、美國的通用、歐洲的大眾等汽車廠家對該技術極為重視，投入大量的人力、物力和財力其中，五十鈴公司在大中型卡車車體的強度試驗方面目前處于領先的水平，它們已成功地將虛擬試驗技術應用于部分關鍵零部件的疲勞強度試驗中，目前正在開發運用于如車體強度甚至整車動力學特性研究的虛擬試驗系統。

3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。

（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。

結束語：從以上的介紹中我們知道，虛擬試驗技術的研究和應用具有誘人的前景，虛擬試驗技術本身還是一個發展中的新技術，各方面都不成熟我們相信，隨著虛擬試驗技術及其研究的發展，它在車輛工程領域的應用會越來越廣泛。

參考文獻

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