車輛工程中虛擬技術的應用探究

白光安

摘要：車輛工程行業想要獲得進一步發展必須融入新技術，而虛擬技術作為當前新出現的技術不僅改變了車輛工程行業的研發模式，而且對于車輛制造過程及其工藝也造成了一定的影響，因此在車輛工程領域越來越多地使用虛擬技術。本文主要介紹了車輛工程虛擬技術的相關情況，闡述了車輛工程虛擬技術在應用過程中的技術關鍵，并分析了虛擬技術在車輛工程領域的具體應用情況。

Abstract： Vehicle engineering industry wants to obtain further development must be integrated into the new technology， and virtual technology as a new technology not only change the current vehicle engineering industry development mode， and for vehicle manufacturing process and process also caused a certain influence， therefore in the field of vehicle engineering are increasingly using virtual technology. This paper mainly introduces the relevant situation of the vehicle engineering virtual technology， expounds the key technology of the vehicle engineering virtual technology in the application process， and analyzes the specific application of the virtual technology in the vehicle engineering field.

關鍵詞：車輛工程;虛擬技術;計算機技術;車輛設計;車輛制造

Key words： vehicle engineering;virtual technology;computer technology;vehicle design;vehicle manufacturing

中圖分類號：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0186-02

0? 引言

隨著計算機科學技術的發展，計算機技術在我國被應用到各行業的發展過程中，計算機技術對于提升各行業的技術發展水平具有重要的意義。在車輛工程領域，汽車設計和制造非常關鍵，而汽車在設計過程中需要考慮的因素非常多，汽車機構、汽車零部件、汽車性能等都包含在其中，因此車輛工程中汽車設計和制造環節提升的難度非常大，且一旦在汽車設計和制造過程中某些環節欠妥，就可能會影響汽車的性能，甚至會影響汽車駕駛安全，為了解決這一問題，車輛工程領域相關專家進行了大量的研究，并發現虛擬技術有助于解決這一問題，在經過試驗后證實，將虛擬技術應用到車輛工程領域不僅能夠提升車輛設計的質量，而且還有助于提升車輛工業制造質量和效率，虛擬技術因此在車輛工程領域備受關注，被認為是未來車輛工程領域發展的重要方向之一。

1? 車輛工程虛擬技術概述

虛擬技術是指，通過計算機技術以及相關數據建立一個虛擬空間模型，這一虛擬空間模型打破了物理空間限制，使得車輛設計者能夠通過利用計算機模型對汽車的外觀、舒適度、性能以及汽車的內部結構進行設計，不僅如此，計算機還能夠對汽車設計的相關數據進行建模分析和運算，并對汽車設計舒適度和性能方面進行預測。通過應用虛擬技術，汽車設計過程中大量的繪圖、建模以及數據運算工作能夠交由計算機完成，這能夠為汽車設計者節省大量的勞動時間，使其有更多的時間和精力專注于汽車設計，并對汽車設計進行優化，除此之外，應用虛擬技術也能夠讓汽車設計更加具象化，使汽車設計有更加直觀的呈現效果，便于設計者對其進行改進，也使汽車企業管理者對新的汽車設計進行深入了解和認知，從而對新的汽車設計提供更多地支持。虛擬技術在使用過程中對于計算機硬件設施的要求較高，一旦計算機硬件達不到虛擬技術的應用要求，則可能會出現汽車設計過程中相關數據不精準的情況，影響虛擬設計在車輛設計和制造過程中的應用，基于此，我國自20世紀80年代對計算機硬件設施進行了大力投入，我國計算機硬件設施也有了大幅提升，為虛擬技術在車輛工程中的應用創造了更加有力的條件。

2? 車輛工程虛擬技術的關鍵

2.1 車輛工程虛擬樣機的總體技術

車輛工程虛擬樣機在使用的過程中主要分為了方案設計、概念設計、方案設計、仿真設計和優化結構設計等5個部分，要想虛擬技術在車輛工程中的應用取得了良好的應用效果就必須使這5個部分充分發揮其作用，并進行協同運作。基于此在應用車輛工程虛擬樣機的過程中必須加強各部分之間的聯系，使得各部分之間的信息能夠充分流通和共享，不僅如此，還需要在進行車輛設計工作前確定好各部分的職責以及虛擬樣機的開發周期，使虛擬樣機的研發工作能夠順利開展，并如期高質量完成虛擬樣機研發工作。

2.2 虛擬環境下的車輛方案設計評價

在使用虛擬技術設計車輛方案的過程中，不僅需要研發出新的車輛設計方案，還需要對車輛設計方案進行檢測和優化，從而保障車輛方案設計的質量。因此在車輛方案設計初步完成后，相關研發人員需要使用虛擬技術對車輛方案設計進行建模，并通過計算機技術檢測相關模型以及數據，在得到相關數據后，設計研發人員需要對數據進行分析，并找出方案中存在的不足進行優化，并進行再次測試，最終得出多個不同版本的車輛設計方案的測試數據，設計研發者在對比多個設計方案的成本造價、性能、外觀和舒適度后，選擇最優的設計方案投入車輛制造流程。

2.3 虛擬樣機工程的并行工程

虛擬樣機工程并行工程主要是指在車輛設計的過程中使其與車輛制造等環節進行交叉，從而提升車輛設計的效率和質量。將車輛設計環節與車輛制造等環節進行交叉能夠促進車輛設計、研發、制造等環節之間的溝通和交流，使得車輛制造等部門能夠對車輛設計提出專業的看法和意見，從而使車輛設計方案得到進一步優化，提升車輛設計的質量，不僅如此，車輛設計銷量得到了提升，車輛研發的周期也進一步縮短，而這無疑提高了車輛設計和生產企業的運行效率，為相關企業節省了大量成本。

2.4 虛擬樣機工程的優化設計

虛擬樣機工程的使用能夠檢測出相關設計方案的數據，并由此判斷設計方案的可行性，從而保障汽車設計的質量，而對相關方案進行優化和設計能夠進一步提高汽車的性能以及舒適度等方面。而要對車輛方案進行優化設計，要求相關設計研發者必須熟悉車輛設計的流程以及汽車制造流程，并據此選擇車輛設計過程中的相關變量，并列入相關函數模型，找出變量的最佳數值，對整體設計方案進行優化。

2.5 虛擬樣機工程的集成仿真與數據協調

虛擬樣機工程的集成仿真與數據協調是整個車輛設計過程中最難的一個環節，在這一過程中需要虛擬樣機工程中各個子系統之間相互協調和配合，并根據各個子系統的數據變化來對車輛設計模型和方案進行調整，實現各個子系統之間數據信息互通，從而優化虛擬樣機工程中虛擬車輛模型的呈現。

3? 車輛工程虛擬技術的具體應用

3.1 虛擬技術在車輛輪胎中的應用

虛擬技術在汽車輪胎中具有重要的應用。汽車輪胎是汽車制造過程中的重要的零部件，輪胎質量的好壞直接影響到了汽車整體性能的發揮，特別是對汽車駕駛的舒適度有著重要影響，在汽車輪胎的設計與制造過程中，主要需要考慮汽車輪胎的尺寸和汽車在不同駕駛環境中的體驗感，因此相關設計者需要綜合考慮汽車的駕駛環境等因素對汽車輪胎進行優化設計。

虛擬技術在汽車輪胎設計與設計中的應用主要體現在虛擬技術能夠模擬汽車駕駛過程中的各種路面環境，并模擬汽車輪胎在各種不同的路面情況下運行的狀態以及相關數據，在測試完成后對比測試結果和設計目標，判斷當前汽車輪胎設計是否合理，當測試結果與目標相差甚遠時，需要對汽車輪胎設計方案進行調整和優化，直至達到預期目標。通過虛擬技術的應用能夠為汽車輪胎的設計提供較多的參考設計，與傳統測試需要實際生產設計方案的輪胎相比，虛擬技術能夠節省輪胎的設計成本，提升輪胎測試的效率，不僅如此，虛擬技術的使用還使得相關設計者能夠根據測試的數據結果對輪胎設計方案進行針對性的調整，進而全面提升輪胎的設計質量。

3.2 虛擬技術在車輛系統的可靠性實驗應用

車輛系統的可靠性對于車輛駕駛安全具有重要的影響，因此在汽車投入大規模量產之前，都需要對車輛系統的可靠性進行測試，在測試通過后才能夠投入規模化生產和銷售。在過去進行車輛系統可靠性檢測過程中，主要是通過實際生產設計方案車輛來進行測試的，這一方法耗時較長且會造成汽車材料浪費，而通過使用虛擬技術進行車輛系統檢測，則能夠模擬車輛系統檢測環境以及對車輛設計方案進行虛擬建模，使得建模車輛在各種虛擬測試環境中運行，并得出相關的檢測數據判斷車輛系統的可靠性，由此可見，一方面使用虛擬技術檢測車輛系統可靠性的成本更低，效率也更高，另一方面，使用虛擬技術也能夠為車輛系統的可靠性提供更客觀和科學的依據，使汽車的生產質量能夠得到保障。

3.3 虛擬技術在車輛動力學和穩定性應用

虛擬技術在車輛工程中的應用還體現在車輛動力學和穩定性的測試方面，當前通過虛擬技術測量車輛動力學和穩定性的軟件主要是ADMAS，通過虛擬現實技術，這一軟件實現了對車輛動力學和穩定性的實時監測，但是這一軟件當前還存在一定的缺陷，即在測試的過程中，對于虛擬場景的創建以及車輛與虛擬場景的交互測試還存在諸多問題。應用虛擬技術測試車輛動力學與穩定性與傳統車輛動力學與穩定性測試相比，虛擬技術測試車輛動力學與穩定性的最大優勢在于虛擬技術能夠實時測量車輛的動力學情況和數據，使得車輛在不同路況下，車輛輪胎的受力情況、覆蓋地面的情況等數據能夠得到詳細且實時的反饋，而這些數據檢測結果有利于設計者對車輛動力學和穩定性進行深入分析，并根據數據反饋情況對車輛設計方案進行一定的調整，進而優化車輛的動力學和穩定性。

3.4 虛擬技術在車輛研發中的應用

在過去進行車輛研發的過程中，車輛方案在設計完畢后進行建模時，只能進行物理建模，打造一個縮小版的汽車設計模型，且汽車實際生產過程中所需要的零部件無法在這一階段實現建模和測試，而使用虛擬技術則能夠在研發階段對汽車建立生產模型，不僅如此，還能夠對每一個汽車零部件進行設計和建模，并對汽車模型和汽車零部件進行全方位的檢測，打破過去汽車零部件以及汽車模型需要實際生產后才能夠進行檢測的研發模式，而這無疑能夠有效提升車輛研發效率，并縮短車輛研發的周期。

4? 總結

總而言之，虛擬技術在車輛設計及制造的過程中具有重要的應用價值，在未來車輛設計與制造中具有廣闊的應用場景，然而當前虛擬技術的硬件設施以及虛擬技術本身的發展水平有限，在汽車設計方案檢測過程中的應用還存在一定問題，因此相關企業需要加大對虛擬技術的研究投入以及加強虛擬技術在車輛設計與制造中的應用，使得虛擬技術在促進車輛工程行業發展方面發揮更大的作用。

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