虛擬仿真軟件在新能源汽車運用與維修專業中的應用探討

摘 要：隨著科技的飛速發展，虛擬仿真技術已成為現代教育領域的重要應用工具。它以其高效率、高精度與低成本在各行業、各領域中應用廣泛。在新能源汽車運用與維修專業教學中，虛擬仿真技術包含由知識理論層的教學到實際操作的綜合應用，在課堂教學中使學生在汽車構造、工作原理以及新能源動力系統性能特點方面幫助學生進行故障判斷、維修保養等實際操作聯系。本文從虛擬仿真技術概述出發，通過對虛擬仿真軟件應用的核心優勢的分析，對其在新能源汽車運用與維修專業中的實際應用進行探討，以期為相關人員的教學流程與內容提供參考。

關鍵詞：虛擬仿真軟件 新能源汽車 運用與維修 應用探討

虛擬仿真技術作為一種虛擬系統，通過建立問題同態模型解決某一實際決策問題，并對模型進行動態運行試驗，并按運行結果進行評價與策略擇優的決策技術。在新能源汽車運用與維修專業中，虛擬仿真技術的應用可通過構建新能源汽車電池組、驅動電機等核心部件的三維模型，對三維虛擬學習平臺實現教學模式方面的改革，從而開拓學生個性化學習路徑，加強多媒體整合和訓練模式，在教學中進行安全學習與成本效益的提升。

1 虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術是一種基于計算機技術與數字化手段，通過三維模型的建立對真實場景進行模擬的技術，其核心在于在教學中創建高度還原的虛擬環境，并引導學生在安全、可控的條件下進行相關內容的實踐操作，有利于學生形成對新能源汽車結構的認知，使學生在教學場景中深化對故障診斷的認識。其中，虛擬仿真技術利用高精度三維模型實現部件拆解與動態交互實現對于真實場景的技術模擬，并通過粒子動畫展示鋰離子遷移進行輔助，將呈現的微觀過程結合電池充放電過程的熱力學、電化學等進行耦合，通過仿真技術生成電壓及溫度變化曲線數據，在應用過程中達到對實體設備損耗及內部電路、電池的動態監測，從而使學生在實際工作環境的模擬中掌握最新的設備原理及技術實質。

2 虛擬仿真技術應用的核心優勢

2.1 降低教學成本與安全風險

虛擬仿真技術通過數字化技術手段擺脫了對傳統實體設備的依賴，有利于降低教學過程中因重復操作或誤操作導致的設備損耗，同時能夠避免因采購、維護實驗器材產生的高昂費用，使教育資源在分配與優化配置階段更加集約高效。另外，在安全層面，該技術通過內置的智能糾錯機制與風險預判算法進行實時識別，在流程中避免高壓電路誤觸、危險化學品泄漏等潛在風險操作，確保學生在虛擬環境中能夠對高危流程進行無風險訓練，從而在保障人身安全的同時，避免設備損毀事故的發生，使整個操作流程處于高度可控的環境中，并通過模擬環境與動態反饋機制，為教學提供傳統訓練模式中難以實現的安全冗余與成本優化雙重作用。虛擬軟件提供了安全的環境，讓學生可以自由探索和學習，不必擔心實際操作可能出現的風險[1]。

2.2 提升教學深度與實踐效率

虛擬仿真技術通過多維模型與物理場仿真引擎的建立，融合動態交互機制，將抽象理論轉化為可視化操作流程，并在過程中加強對專業內容的優化配置與改進，使學生能夠在模擬真實工作環境的條件下進行實踐操作[2]，并通過觀察電池充放電的微觀反應、高壓電路動態特性等復雜原理，深化對專業理論知識的系統性、科學性認知。其中，虛擬仿真技術內涵的智能糾錯與實時反饋技術能夠幫助學生進行操作偏差糾正，保證糾偏的時效性，并進行規范化流程引導，是學生能夠在虛擬仿真技術下進行操作精度的不斷優化。同時，虛擬仿真技術對于學生故障診斷的動態解析引導與模塊化場景設計能夠引導學生形成針對真實情境下的汽車維修問題診斷的完整邏輯鏈，強化從理論提出到實踐證明的閉環邏輯思維，為學生形成個性化、多元化學習路徑與思考模式提供技術支撐。教學人員結合虛擬仿真技術，圍繞學生操作軌跡與學習發展需求，對知識薄弱點進行訓練難度的動態調整，從而突破傳統教學模式對高危險、高成本的實踐操作活動的局限性，通過沉浸式體驗提升學生技能內化效率，實現教育深度與廣度的并行躍升。

2.3 個性化學習與靈活訓練

虛擬仿真技術作為一種利用數字化手段打造智慧教學新模式的重要手段，其在新能源汽車專業教學中的核心價值在于通過數字化重構數學場景，并利用其系統性進行傳統實訓模式的高成本與高風險優化。在技術方面利用三維虛擬環境取代實體設備操作的不可控特點，以低成本容錯有效規避了新能源汽車在高壓電路、鋰電池系統等高危部件的物理損耗及安全隱患，將教學資源以集成形式嵌入教學流程，并教學流程性質由硬件采購維護轉向可重復利用的虛擬模塊開發，從而降低設備迭代周期與場地運維的長期成本。同時，仿真平臺利用對高危工況與實踐環節的動態模擬能力，將學生的教學場景優化為無物理風險的數字化場景，并在掌握高危技術的同時實現對電池熱失控處置等關鍵技能的學習。通過對預設故障模型與實時反饋機制強化操作規范，突破傳統實訓中無法進行高危操作的深度開展的信息限制。這種虛實結合的教學方式旨在保障教學中的安全性，并通過標準化流程與智能評估體系提升技能訓練效率，為新能源汽車運用與維修專業人才提供了可持續發展的培養路徑，從而推動新能源汽車產業的高質量發展[3]。

2.4 跨平臺支持與場景擴展

虛擬仿真技術通過標準化接口與云端架構設計對課堂內容進行多終端兼容的技術拓展，并依據PC端、移動設備及VR/AR硬件等多個平臺的互通融合與協調聯通，實現教學資源的泛在化協同操作，從而有效突破傳統實訓對于特定硬件或物理環境的依賴，實現不限于場景、內容、設施要求的教學設計。由于新能源汽車的技術特點與傳統燃油汽車有顯著區別[4]，這種技術能夠在深度還原高危工業場景操作規范的同時進行訓練領域的細化，推動覆蓋全產業鏈的虛實融合教學體系的形成。其中，虛擬仿真技術對動態場景編輯引擎的引入，能夠幫助教師根據教學進度會此案虛擬環境參數的實時調整，并在單一平臺上實現從基礎認知到高階創新的遞進式教學閉環，在支持跨區域教學資源共享的同時提升技術支持的延展性與適應性，結合課程的模塊化教學以典型工作任務為學習載體[5]，通過標準化資源復用機制降低多場景開發成本，為教育數字化轉型提供可擴展的技術框架支撐。此外，虛擬仿真技術還能夠通過模擬真實世界中的復雜交互，提供一個安全、可控的環境，讓學生在沒有實際風險的情況下進行實驗和探索。這種技術的靈活性和可擴展性，使得它能夠適應各種不同的教學需求和學習風格，從而為學生提供更加個性化和高效的學習體驗。同時，它還能夠幫助教育機構節省物理資源的投入，減少對物理空間和設備的依賴，進一步推動教育的可持續發展。

2.5 行業實效驗證

虛擬仿真技術通過對信息資源的應用共享，實現技術研發到產業落地的深度適配與全周期驗證閉環，其核心邏輯在于構建數字孿生系統下實體生產流程的動態映射關系。在工業制造領域，該技術通過標準化流程建模與多維度參數仿真，在教學流程中形成覆蓋設備調試、工藝優化、安全管理三位一體的全鏈條驗證能力，使復雜的生產系統在可行性周期中得到壓縮，并通過動態場景編輯與實時數據反饋得到教學方案科學性與實操訓練適配性的有效驗證，在流程中形成教學成效與產業需求的精準對接。同時，在諸如新能源汽車運用與維修等危及生產安全的高風險行業中，利用虛擬仿真技術的語言機制，能夠在真實場景中進行操作規范標準的部署、故障判斷的時效性驗證、試錯成本的有效規避及系統性的提升?；诖?，虛擬仿真軟件通過虛實聯動的驗證模式，加速了技術方案向實際生產力的轉化效率，更通過多行業應用數據的儲蓄積累與交叉驗證，推動了虛擬仿真技術自身的迭代升級，在整體上形成“技術賦能行業-行業反哺技術”的良性生態循環，成為開辟新領域制勝新賽道的重大機遇[6]。

3 虛擬仿真軟件在新能源汽車運用與維修專業中的應用

3.1 鋰電池安全性評估

虛擬仿真軟件通過建立多物理場耦合模型，精準復現鋰電池在重物沖擊、過充過放及外部短路等極端條件下的內部反應機制，實時捕捉電解液泄漏、隔膜破裂等微觀失效過程的發展軌跡?。動態參數調整功能允許工程師在虛擬環境中模擬不同環境溫度與機械載荷的疊加效應，提前預判電池組在復雜工況下的熱失控風險閾值，為防護設計提供量化依據，有利于提升學生的綜合能力，也讓日常的教學更注重對學生的多方面培養[7]?。

基于電化學-熱耦合仿真算法，該技術可同步解析鋰離子遷移速率與溫度場分布的交互作用，精確量化局部析鋰現象對電池容量衰減的影響程度?。通過構建三維熱失控傳播模型，能夠可視化熱蔓延路徑并評估隔熱材料布局的有效性，例如在模組層級預測熱失控時相鄰電芯的溫升曲線與氣體釋放規律，利用虛擬仿真軟件技術特點對教學資源協同進行改革[8]。在虛擬仿真軟件的應用中，鋰電池的安全性研究得到了前所未有的深入。通過多物理場耦合模型，研究者不僅可以觀察到電池在極端條件下的微觀反應，還能夠對宏觀性能進行有效預測。這種精準的仿真能力使得工程師能夠對電池的設計進行前期優化，降低潛在風險。例如，在過充過放的情況下，電池內部的電化學反應會引發一系列連鎖反應，這些反應在傳統實驗中往往難以捕捉。而通過虛擬仿真，研究人員可以實時監測電解液的行為、隔膜的物理狀態變化等，從而更清晰地理解反應機制。 此外，動態參數調整功能的引入，使得不同工況下的電池性能評估變得更加靈活與準確。在不同環境溫度和機械載荷的影響下，電池的熱失控風險閾值可能會有所不同。通過這種模擬，工程師可以提前識別出潛在的失效模式，進而針對性地改進電池的防護設計。這不僅為產品的安全性提升提供了科學依據，也為教育領域注入了新的活力，使學生能夠在實踐中理解復雜的電池性能和安全問題。 最后，三維熱失控傳播模型的構建，不僅拓展了熱失控研究的視野，也為實際應用提供了可視化的指導。通過對相鄰電芯的溫升曲線與氣體釋放規律的預測，工程師們可以在設計階段優化隔熱材料的布局，確保電池在高風險環境中的安全性。這種結合理論與實踐的教學方式，將極大提升學生對電池安全性的全面理解和實操能力，為未來的電池技術發展培養更多優秀人才。

3.2 高危場景安全訓練與技能強化

虛擬仿真軟件通過三維建模與動態交互技術，構建了覆蓋新能源汽車高壓系統、動力電池管理等核心模塊的虛擬實訓環境，使學生能夠在無觸電風險的前提下完成帶電部件拆裝、故障診斷等高危操作訓練?。該技術通過預設典型故障模型與實時操作反饋機制，強化學生對異常工況的識別能力和標準化維修流程的執行力，例如通過模擬電池熱失控場景的動態參數變化，引導學生掌握安全隔離與應急處置的核心技能?。虛實聯動的訓練模式不僅規避了實體設備損耗帶來的成本壓力，更通過多維度數據記錄與分析功能，形成可追溯的技能提升路徑?。

3.3 復雜系統認知與跨學科知識融合

基于模塊化設計的虛擬仿真平臺，將新能源汽車的電氣架構、電控系統與機械結構進行數字化解耦與重組，幫助學生直觀理解多學科知識在整車系統中的協同作用?。通過分層級展示能量流動路徑與部件工作原理，該技術有效突破傳統教學中抽象理論認知的局限性，例如通過虛擬拆解動力總成展現電能轉換與傳動控制的動態關聯性?。智能評估系統還可根據學生操作軌跡自動生成知識薄弱點圖譜，合理應用虛擬仿真技術完善教育培訓，推動理論教學與工程實踐的深度耦合，培養具備系統思維與創新能力的復合型技術人才，從而滿足行業人才需求[9]?。

4 結語

綜上所述，虛擬仿真軟件利用自身獨特的系統性與科學性，在新能源汽車檢測與維修專業教學中得到了廣泛應用。其中，虛擬仿真軟件通過降低實踐操作的危險性、提升教學深度等優勢，幫助學生在故障判斷、維修保養、系統認知與技能強化方面得到有效提升。因此，教師應積極構建開放式組件管理系統，利用三維教學資源推動優質虛擬實驗課程的標準化輸出。

基金項目：2023年度廣西職業教育教學改革研究項目，項目編號GXZZJG2023B167，項目名稱“就業與升學并重”背景下新能源汽車運用與維修專業教學改革探索與實踐。

參考文獻：

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[3]劉中文.基于“學習工廠”的校企合作新模式探究——以新能源汽車檢測與維修專業為例[J].汽車維修與保養，2025（02）：80-82.

[4]石反修，郗宏偉.汽車維修專業面對新能源汽車快速發展的應對措施[J].汽車維修技師，2025（02）：92-93.

[5]張東燕，陳高路.模塊化課程輪轉式排課實踐研究——以新能源汽車運用與維修專業群為例[J].汽車維護與修理，2025（02）：7-11+13.

[6]王鵬.新時代視域下高職院校新能源汽車維修專業建設探究[J].時代汽車，2025（02）：58-60.

[7]吳宇思.1+X證書制度下新能源汽車運用與維修專業課程改革與實踐[J].汽車維護與修理，2024（24）：60-62.

[8]于林磊.探究新能源汽車檢測與維修專業的“三教一體化”改革[J].時代汽車，2024（23）：66-68.

[9]陸展.虛擬仿真軟件在新能源汽車運用與維修專業教學中的應用探討[J].時代汽車，2019（12）：42-43.