车辆工程中虚拟技术的应用价值探讨

王龙刚

摘要：所谓虚拟技术，就是通过组合或区分现有的计算机资源，使这些资源表现为一个或多个操作环境，提供优化资源配置的访问方式。换句话说，就是将物理资源转变为逻辑上的资源，从而更好地对资源进行管理。虚拟样机技术是车辆工程中较为常见的设计方法，文章主要阐述了车辆工程中虚拟样机技术的基本内涵、体系结构、开发流程以及关键技术要点，以期对相关企业的车辆工程有所帮助。

关键词：车辆工程；虚拟样机技术；应用

【中图分类号】TP391.9【文献标识码】A【文章编号】2236-1879（2017）12-0254-01

引言：我国汽车企业目前应用于车辆工程中的虚拟样机技术是以多体系统运动学与动力学建模理论及其实现技术为核心，并结合多种技术对汽车产品运行工作进行仿真模拟的数字化设计方法。虚拟样机技术在传统的设计思想基础上，结合多种新技术的优点，对原有技术特点进行创新，使其更好地服务于车辆工程设计工作。

1车辆工程虚拟样机技术的基本内涵

所谓虚拟样机技术，就是在虚拟环境下，利用可视化环境优势，对汽车产品的外观、性能、舒适度等进行设计、制造，通过对汽车产品各种因素的综合考虑，对其进行快速的建模分析，为车辆工程提供可靠的数据分析和理论支撑。虚拟样机技术是一种以计算机技术为基础的新型数字化设计方法，这种设计方法进一步融合了先进仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术。与传统的车辆工程设计技术相比，虚拟样机技术更加注重于系统化、周期化的设计，从而更全面地对汽车产品进行性能预测。虚拟样机技术在技术与市场方面的发展程度与计算机辅助设计技术的发展有着很大的关系，工程设计师通过将大量复杂的数据统计分析、绘图制表等工作交给计算机执行，减轻了设计师的工作负担，让设计师有了更多的时间去关注工程方案的优化与设计问题；而且，计算机的三维造型技术可以让虚拟制造技术中抽象化的系统性问题更加具体，在此基础上的虚拟技术工程才具有实际性意义。

2虚拟试验技术在车辆工程中的应用

2.1车辆轮胎模型的研究：

轮胎是车辆的重要部件，它的各种特性与整车参数相匹配而影响车辆的主要性能，如动力性、经济性、操纵稳定性、制动性、舒适性和振动等）由于轮胎结构及其工作状况的复杂性，对轮胎及其建模的研究还远远没有达到完善的程度，对轮胎的建模及参数测量始终是一个很大难题而且实验工作繁重轮胎的有限元模型，可描述轮胎的各种特性、但对于轮胎的设计开发，对轮胎与地面的相互作用时的轮胎一地面模型的研究更适合在虚拟试验场中进行，利用虚拟试验仿真了一辆整车在不同的道路行驶的情景，轮胎模型采用三维有限元模型，在行使过程中，道路对轮胎的作用和由于道路的作用引起的轮胎的受力与变形被表现和分析，其虚拟试验和物理实验有较好的一致性，在虚拟试验环境，车辆轮胎与地面土壤之间的相互作用被十分逼真的用动画表达出来，给出了对车辆分析的速度、负载、道路圆锥指数等仿真结果。

在国内，清华大学的学者提出了在虚拟试验场中的轮胎模型研究的课题，利用轮胎试验模态参数建立轮胎在滚过不平路面时的时域内的动力学模型，并考虑滚动过程中车轴运动和地面有不平度时的接触问题，模拟实际路而上轮胎轴荷的动力学响应，为汽车的虚拟试验场提供科学的轮胎模型。

2.2车辆系统可靠性、耐久性的虚拟试验：

从理论上讲，虚拟试验运用于任何典型的物理原型试验，特别适合于耗时、耗财和危险的振动、可靠性和疲劳等试验，因为虚拟试验可以多次、反复和低成本地进行，通过采用非线性有限元模型和更加符合实际情况的车轮轮胎一地面边界条件，对车辆的整车和重要部件进行疲劳性、可靠性试验。

在可靠性、耐久性的虚拟试验应用研究上，日本的丰田、本田、五十铃、美国的通用、欧洲的大众等汽车厂家对该技术极为重视，投入大量的人力、物力和财力其中，五十铃公司在大中型卡车车体的强度试验方面目前处于领先的水平，它们已成功地将虚拟试验技术应用于部分关键零部件的疲劳强度试验中，目前正在开发运用于如车体强度甚至整车动力学特性研究的虚拟试验系统。

3车辆工程虚拟样机技术的几个关键技术

（1）车辆工程虚拟样机的总体技术。虚拟样机的设计主要由初步方案设计、概念设计、详细设计、仿真设计和结构优化设计这五大部分组成。要想车辆工程设计的顺利进行，各个部分必须加强协调合作，一切从全局出发，保证系统各部分都能正常运行。这五个部分相辅相成，所以在车辆工程设计过程中，各部门需要认识到资源共享与信息交换的重要性，并考虑到具体的工作环境，大体确定具体的虚拟样机开发周期。

（2）虚拟环境下的车辆方案设计评价。要想顺利开展车辆工程的虚拟样机工作，虚拟环境下材料方案设计的工作质量必须要得到保证。相关人员需要在计算机提供的虚拟现实环境下，对已有的虚拟模型提出批判性的建议和意见，还可以模仿车辆零件的装配过程，对其进行虚拟测试。然后，相关人员再根据虚拟试验后的相关数据对多种设计方案进行成本核算和整体评估，从而选定最科学、最合理的车辆工程设计方案。

（3）虚拟样机工程的并行工程。虛拟样机工程的一大特色就是支持并行设计，车辆工程中将产品设计与制造等多个环节交叉进行，大大提高了车辆工程设计的工作效率。在各环节交叉进行的过程中，各部门也要加强彼此间的合作与交流，从而对已有车辆设计方案提出更具建设性的发展建议，提高车辆质量。虚拟样机工程中的并行設计节省了汽车产品的设计成本，缩短了设计周期，大大提高了相关企业的经济效益。

（4）虚拟样机工程的优化设计。虚拟样机工程的目的是通过模拟测试，确保车辆工程的质量，而优化设计则是保证汽车产品性能的有效途径。

结束语：从以上的介绍中我们知道，虚拟试验技术的研究和应用具有诱人的前景，虚拟试验技术本身还是一个发展中的新技术，各方面都不成熟我们相信，随着虚拟试验技术及其研究的发展，它在车辆工程领域的应用会越来越广泛。

参考文献

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