传统汽车动力总成拆卸和原理VR实训系统

熊友康

传统汽车动力总成拆卸和原理VR实训系统

熊友康

深圳市捷时行科技服务有限公司，广东 深圳 518000

虚拟现实VR技术在实际教学中的应用价值巨大。除了能够突破空间对教学环境的限制，增强学生的兴趣以外，还能够避免危险操作，提升安全性。介绍了传统汽车动力总成拆卸实训中，VR虚拟现实技术的应用方法。在结合以往VR技术的实现手段后，对应用于汽车动力教学的实训系统建设方案进行了论述，并结合实际的教学案例，对实训系统的应用开展方式进行全面总结。

传统汽车动力总成；虚拟现实；VR实训系统

引言

在理论研究中，VR虚拟现实技术并非为某一种专门的教育门类进行创作。VR技术的应用只是能够将教学的本质体现出来，帮助学习者营造一个真实、可操作性强的模拟体验环境，从而提升学习者的学习安全性，降低学习者的学习成本。在传统汽车动力总成拆卸的教学实训领域，以往实训工作需要在真实的实训室中完成，对学生的要求较高，同时风险较大。通过搭建VR实训平台，可以提升安全性。

1 传统汽车动力总成VR实训系统设计

1.1 VR实训系统的整体结构

作为模拟实际汽车拆卸原理的动手实训内容，在进行VR实训系统设计时，应首先明确系统中除了视觉的内容交互之外，触觉的交互也十分重要。学生在教学环境中需要通过动手来掌握汽车拆卸的技术原理，因此利用手部的VR设备，与设备中心系统保持联系，是目前VR系统设计中应重视的部分。

本文在视觉感官的体验设计之外，为了能够保证触觉的真实性，特选用感应手套作为触觉模拟设备。通过视觉和触觉两个方面的仿真模拟，来构建实训系统的整体构造。在构造方面，中心控制计算机系统，需要与整个虚拟现实相互连接，其中传感器模块需要将真实的汽车信息导入虚拟现实模块中，通过显示屏和手套，将感官体验提供给学生，学生则在教师的指导下，依据汽车原理对汽车进行拆卸，并将拆卸过程的模拟通过视频输送通道回馈至中心控制计算机中。中心控制计算机再借助视频回放的方式，供教师和学生进行观摩学习，并分析存在问题。

1.2 虚拟现实模块的设计

虚拟现实模块是整个实训系统中实现仿真模拟的重要部分。在进行VR实训模块设计时，本文选用了著名的NEOAXIS引擎，进行三维图形的立体仿真。在这一引擎中，包含着具有全功能的一组功能套件，该套件的主要功效在与创建三维图形的仿真开发以及实现逼真的交互，同时，其内部OGRE引擎所具有的开源优势也是其他引擎所无可比拟的[1]。OGRE引擎通过对文件库资源的调用，能够使真实的声音和图像得到完美展现。在实训系统当中，NEOAXIS引擎可以对现实的汽车动力总成场景进行模拟，而人体感觉的模拟则主要通过西门子出品的JACK仿真软件来完成，JACK仿真软件通过显示策略和操作策略实现对逼真数据的输出，并完成快捷的同步渲染。

1.3 传感器模块设计

传感器模块在系统中需要完成的任务式对人机交互过程中手套的触感和视觉观感两个感觉部分进行模拟，其中视觉感应部分所选用的传感模块为常规的题干摄像头。这种摄像头设备在实际应用中能够对学生的手部运用进行再现，并将其位置信息真实地反馈到传感器当中，并借由传感器回馈到中心控制计算机。计算机在收到传感信号之后，会优先将信号进行转换，使其作为物理信号，直接映射到实训空间的虚拟场景中。手套部分的感应模块设计则是为了保证学生在实训当中的真实体验，进行了电磁铁与模拟电路的组合。二者之间相互配合，能够对虚拟现实环境中学生的手与物体模拟之间的相位位置做出精确的坐标回馈，并反映到计算机当中。计算机通过信号处理，能够对两个坐标点的相对坐标值进行计算，并传输至手套装置的电磁感应器之中，完成电信号与力信号的转化，此时学生在手掌中将会形成与现实物品极为近似的真实触感。

2 VR实训系统在汽车动力总成拆卸教学中的应用

2.1 建设虚拟现实的实训车间

事实上，本文设计的VR实训系统，在实际的应用中，必须与三维的空间相互结合，通过系统内部的三维互动功能，实现真实实训车间场景的仿真模拟。在实际的应用中，对于进入虚拟车间进行实训的学生来说，需要借助虚拟现实技术为学生配备完整的工具车、装卸手册等设备。学生在进入虚拟车间后，需要通过虚拟现实系统中的手套装置，对虚拟状态下的车间系统进行操作。在整个实训过程中，虚拟的车间实际上要能够为学生提供场景图像和汽车配件的全方位控制能力，从而使学生能够利用手套对汽车的各个零件进行仔细的观察和了解，并在实际操作中实现精准的感官反馈。对于学校而言，虚拟现实技术实训系统要求下的车间建设和虚拟操作的系统零部件，都能够在一定程度上降低学校的建设成本，实现优秀的资源利用和资源优化。与此同时，学生还能够在虚拟系统中得到相对真实的体验。部分学校由于学生人数原因所造成的实训拥挤也会得到相应的改善。

2.2 模拟真实的拆装操作

VR实训系统能够通过模拟人类的感官体验，使虚拟环境中的各个部分转变为“真实”体验。学生在投入实训室进行实训之前，首先需要阅读重要的维修手册，并经由教师讲解，明确维修拆装中的工作要点。随后进入实训室中开始操作。实训室通过VR模拟真实的工具车供给学生进行使用，并根据学生的选择为学生提供虚拟的作业工具[2]。学生在选择工具时，能够通过视觉显示屏对各项工具的参数和使用方法进行阅读和了解，并将所获取的工具信息与所学习过的具体的操作内容进行对比，制订操作方案。通过虚拟手套，学生可以对工具进行操作指令和汽车拆装，并通过控制系统，实现对汽车整体的旋转和透视。通过这种实训方法，学生能够更加深入地了解汽车零件的真实信息，同时能够避免真实设备出现损耗情况。

2.3 开展虚拟考核

在学生完成VR实训后，教师需要对学生的操作过程和操作方法进行全面考核，并以此来判断学生操作的正确性。本文设计的VR实训系统中，专门设定了回放系统，供教师和学生进行视频观摩。教师通过观看视频的方式，对学生在实训中的拆装顺序、汽车零件的防治规律进行监督，并完成学生的拆装情况的记录，引导学生对技术错误进行深刻反思。通过这种监督方式和考核方式，使学生可以在反复的VR虚拟实训中不断摸索，并通过反思自身的不足规避错误操作，最终实现实际操作水平的全面提升，达到理想的教育教学目的。

3 结论

综上所述，VR虚拟现实技术在学生的学习和实训当中具有较高的应用价值。通过构建专门的虚拟现实实训体系，能够帮助学校实现实训教学的成本控制，提高设备的使用效率。对于教师和学生而言，VR实训系统能够提升教学的真实性和针对性，避免学生在实际操作中遇到危险。

[1]赵国平. “师徒制”人才培养模式研究——以大众汽车集团（中国）延安动力总成实训室为例[J]. 陕西教育（高教），2016（11）：70-71.

[2]穆晓辉. 基于普锐斯混合动力汽车实验实训平台的实验项目研讨[J]. 经贸实践，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，汉族，湖北大冶人，本科学历，研究方向为激光技术及VR技术等。