傳統汽車動力總成拆卸和原理VR實訓系統

熊友康

傳統汽車動力總成拆卸和原理VR實訓系統

熊友康

深圳市捷時行科技服務有限公司，廣東 深圳 518000

虛擬現實VR技術在實際教學中的應用價值巨大。除了能夠突破空間對教學環境的限制，增強學生的興趣以外，還能夠避免危險操作，提升安全性。介紹了傳統汽車動力總成拆卸實訓中，VR虛擬現實技術的應用方法。在結合以往VR技術的實現手段后，對應用于汽車動力教學的實訓系統建設方案進行了論述，并結合實際的教學案例，對實訓系統的應用開展方式進行全面總結。

傳統汽車動力總成；虛擬現實；VR實訓系統

引言

在理論研究中，VR虛擬現實技術并非為某一種專門的教育門類進行創作。VR技術的應用只是能夠將教學的本質體現出來，幫助學習者營造一個真實、可操作性強的模擬體驗環境，從而提升學習者的學習安全性，降低學習者的學習成本。在傳統汽車動力總成拆卸的教學實訓領域，以往實訓工作需要在真實的實訓室中完成，對學生的要求較高，同時風險較大。通過搭建VR實訓平臺，可以提升安全性。

1 傳統汽車動力總成VR實訓系統設計

1.1 VR實訓系統的整體結構

作為模擬實際汽車拆卸原理的動手實訓內容，在進行VR實訓系統設計時，應首先明確系統中除了視覺的內容交互之外，觸覺的交互也十分重要。學生在教學環境中需要通過動手來掌握汽車拆卸的技術原理，因此利用手部的VR設備，與設備中心系統保持聯系，是目前VR系統設計中應重視的部分。

本文在視覺感官的體驗設計之外，為了能夠保證觸覺的真實性，特選用感應手套作為觸覺模擬設備。通過視覺和觸覺兩個方面的仿真模擬，來構建實訓系統的整體構造。在構造方面，中心控制計算機系統，需要與整個虛擬現實相互連接，其中傳感器模塊需要將真實的汽車信息導入虛擬現實模塊中，通過顯示屏和手套，將感官體驗提供給學生，學生則在教師的指導下，依據汽車原理對汽車進行拆卸，并將拆卸過程的模擬通過視頻輸送通道回饋至中心控制計算機中。中心控制計算機再借助視頻回放的方式，供教師和學生進行觀摩學習，并分析存在問題。

1.2 虛擬現實模塊的設計

虛擬現實模塊是整個實訓系統中實現仿真模擬的重要部分。在進行VR實訓模塊設計時，本文選用了著名的NEOAXIS引擎，進行三維圖形的立體仿真。在這一引擎中，包含著具有全功能的一組功能套件，該套件的主要功效在與創建三維圖形的仿真開發以及實現逼真的交互，同時，其內部OGRE引擎所具有的開源優勢也是其他引擎所無可比擬的[1]。OGRE引擎通過對文件庫資源的調用，能夠使真實的聲音和圖像得到完美展現。在實訓系統當中，NEOAXIS引擎可以對現實的汽車動力總成場景進行模擬，而人體感覺的模擬則主要通過西門子出品的JACK仿真軟件來完成，JACK仿真軟件通過顯示策略和操作策略實現對逼真數據的輸出，并完成快捷的同步渲染。

1.3 傳感器模塊設計

傳感器模塊在系統中需要完成的任務式對人機交互過程中手套的觸感和視覺觀感兩個感覺部分進行模擬，其中視覺感應部分所選用的傳感模塊為常規的題干攝像頭。這種攝像頭設備在實際應用中能夠對學生的手部運用進行再現，并將其位置信息真實地反饋到傳感器當中，并借由傳感器回饋到中心控制計算機。計算機在收到傳感信號之后，會優先將信號進行轉換，使其作為物理信號，直接映射到實訓空間的虛擬場景中。手套部分的感應模塊設計則是為了保證學生在實訓當中的真實體驗，進行了電磁鐵與模擬電路的組合。二者之間相互配合，能夠對虛擬現實環境中學生的手與物體模擬之間的相位位置做出精確的坐標回饋，并反映到計算機當中。計算機通過信號處理，能夠對兩個坐標點的相對坐標值進行計算，并傳輸至手套裝置的電磁感應器之中，完成電信號與力信號的轉化，此時學生在手掌中將會形成與現實物品極為近似的真實觸感。

2 VR實訓系統在汽車動力總成拆卸教學中的應用

2.1 建設虛擬現實的實訓車間

事實上，本文設計的VR實訓系統，在實際的應用中，必須與三維的空間相互結合，通過系統內部的三維互動功能，實現真實實訓車間場景的仿真模擬。在實際的應用中，對于進入虛擬車間進行實訓的學生來說，需要借助虛擬現實技術為學生配備完整的工具車、裝卸手冊等設備。學生在進入虛擬車間后，需要通過虛擬現實系統中的手套裝置，對虛擬狀態下的車間系統進行操作。在整個實訓過程中，虛擬的車間實際上要能夠為學生提供場景圖像和汽車配件的全方位控制能力，從而使學生能夠利用手套對汽車的各個零件進行仔細的觀察和了解，并在實際操作中實現精準的感官反饋。對于學校而言，虛擬現實技術實訓系統要求下的車間建設和虛擬操作的系統零部件，都能夠在一定程度上降低學校的建設成本，實現優秀的資源利用和資源優化。與此同時，學生還能夠在虛擬系統中得到相對真實的體驗。部分學校由于學生人數原因所造成的實訓擁擠也會得到相應的改善。

2.2 模擬真實的拆裝操作

VR實訓系統能夠通過模擬人類的感官體驗，使虛擬環境中的各個部分轉變為“真實”體驗。學生在投入實訓室進行實訓之前，首先需要閱讀重要的維修手冊，并經由教師講解，明確維修拆裝中的工作要點。隨后進入實訓室中開始操作。實訓室通過VR模擬真實的工具車供給學生進行使用，并根據學生的選擇為學生提供虛擬的作業工具[2]。學生在選擇工具時，能夠通過視覺顯示屏對各項工具的參數和使用方法進行閱讀和了解，并將所獲取的工具信息與所學習過的具體的操作內容進行對比，制訂操作方案。通過虛擬手套，學生可以對工具進行操作指令和汽車拆裝，并通過控制系統，實現對汽車整體的旋轉和透視。通過這種實訓方法，學生能夠更加深入地了解汽車零件的真實信息，同時能夠避免真實設備出現損耗情況。

2.3 開展虛擬考核

在學生完成VR實訓后，教師需要對學生的操作過程和操作方法進行全面考核，并以此來判斷學生操作的正確性。本文設計的VR實訓系統中，專門設定了回放系統，供教師和學生進行視頻觀摩。教師通過觀看視頻的方式，對學生在實訓中的拆裝順序、汽車零件的防治規律進行監督，并完成學生的拆裝情況的記錄，引導學生對技術錯誤進行深刻反思。通過這種監督方式和考核方式，使學生可以在反復的VR虛擬實訓中不斷摸索，并通過反思自身的不足規避錯誤操作，最終實現實際操作水平的全面提升，達到理想的教育教學目的。

3 結論

綜上所述，VR虛擬現實技術在學生的學習和實訓當中具有較高的應用價值。通過構建專門的虛擬現實實訓體系，能夠幫助學校實現實訓教學的成本控制，提高設備的使用效率。對于教師和學生而言，VR實訓系統能夠提升教學的真實性和針對性，避免學生在實際操作中遇到危險。

[1]趙國平. “師徒制”人才培養模式研究——以大眾汽車集團（中國）延安動力總成實訓室為例[J]. 陜西教育（高教），2016（11）：70-71.

[2]穆曉輝. 基于普銳斯混合動力汽車實驗實訓平臺的實驗項目研討[J]. 經貿實踐，2016（4）：254.

Traditional Car Powertrain Disassembly and Principle VR Training System

Xiong Youkang

Shenzhen Moving Forward Technology Service Co., Ltd., Guangdong Shenzhen 518000

The application value of virtual reality VR technology in practical teaching is huge. In addition to being able to break through the limitations of space for the teaching environment and enhance students’ interest, it can also avoid dangerous operations and improve safety. The paper introduces the application method of VR virtual reality technology in the traditional vehicle powertrain disassembly training. After combining the implementation methods of VR technology in the past, the training system construction scheme for automobile power teaching is discussed. Combined with the actual teaching cases, the application development methods of the training system are comprehensively summarized.

traditional car powertrain; virtual reality; VR training system

U464.13

A

熊友康（1986—），男，漢族，湖北大冶人，本科學歷，研究方向為激光技術及VR技術等。