汽车总布置开发过程中的虚拟现实技术应用探究

张学明 支希帆

东风柳州汽车有限公司 广西 柳州 545005

引言

虚拟现实技术在当前阶段有着广泛的应用,将其应用于汽车总布置开发,能够使得汽车整车前业务开发具备较为有效、方便、快速的开发以及评估工具,并且在一定程度上协助汽车工程师进行相关建设方案以及评估方案等的完善工作,这对于总布置开发的长远发展有着积极的意义。要实现虚拟现实技术在布置开发中的合理应用,需相关专业人员根据自身的需求制定出对应的应用方案以及应用流程,以此来发挥出虚拟现实技术最大的功效,使其以最恰当的方式代替传统形式的3D技术。

1 关于虚拟现实技术的相关概述

汽车总布置指的是汽车总体配置方案在得到确认后,对汽车的零部件以及总成进行合理空间布置,并对各项零部件的安装位置以及结构尺寸进行校核,明确其是否能够最大程度的满足汽车整体的空间要求,在拆装便利性、安全质量性以及与人体结构合理性等方面进行协调,使其达到最优程度。虚拟现实技术在汽车布置开发中的应用,为车辆布置以及整车开发提供了多元化的发展路径。在当前阶段,虚拟现实技术在模拟车型、虚拟内容建模、软件技术相关平平台、软硬件设备等方面都有着较大的发展。此外在虚拟现实技术营造的环境中,在人机交互方面有着较大的进步,因此实现虚拟现实技术在汽车布置开发中的广泛应用有着宽广的发展途径。

2 汽车总布置评估的虚拟可视化展示

虚拟可视化展示可从以下两个方面展开论述:

2.1 汽车总布置痛点以及主要业务 汽车进行总布置设计突出的主要作用表现在以下五个方面:其一,整车系统装配以及各个零部件的继承,确保汽车的功能安全、空间间隙以及装配性;其二,保证整车各项功能参数能够实现空间的最佳利用,比如相关的法律法规、装配、制造性、功能、人机界面、回收、售后以及碰撞等;其三,通过标准家人实现空间、视野、出行、内部适应性的布置,并进行对应的内部舒适性分析;其四,保证汽车制造、工程以及造型的可行性;其五,汽车布置结果的高质量完成,为汽车制造以及性能开发奠定坚实的基础[1]。

在上述布置进行时会涉及到较多的零件种类以及数量,要保证零件的匹配性能以及布置特点,还要考虑车辆整体性能,但是在布置前期无法提供总成以及实物零件的状况下,如何通过一定的方式发现前期布置中存在的舒适性、视野、干涉问题、装配中存在的问题是所有所有车型布置开发中都会面临的问题。

前期开发时,很多的三维设计缺乏好的评估工具以及验证工具,传统形式的做法仍然是通过CATIA、UG等3D建模软件进行各项测量数据的比照。根据以往工作中的经验将各项分值计算出来,然后参考对比各项竞品车型,由此规划出一个较为优质可行的方案,一般状况下在大街店前会通过实物模型进行验证,但是能够据此进行验证的内容相当有限,且验证模型在构建过程中还存在着一些误差,这使得实物评估时缺乏足够的参考价值。此外实物模型一般有着较长的加工期与加工费用,零件与车型更新方案效率以及迭代效果极为有限,很多工程问题以及设计问题难以及时被发现,这就造成了造车过程中出现较多的问题,再进行返修就会耗费更多的资源。

2.2 虚拟现实技术的合理应用较大程度的助力汽车总布置评估 虚拟现实技术能够给予汽车开发愈加真实与全面的评估感受,被越来越多的厂家用于工程领域以及汽车设计领域。当前工业领域应用较多的VR设备主要包括:虚实叠加AR眼镜、头戴VR设备、多屏POWERWALL系统以及沉浸式高清CAVA 系统等。根据使用需求以及使用场景的状况的不同,各种类型的虚拟现实设备有着较为不同的使用模式,但是都会给予使用者1:1的真实体验,让使用者能够从各个角度、各个位置在虚拟环境中观察车辆的具体状态,比如整体布置、车内各个空间感受、前方视野等,从而进行多种布置方案的科学对比[2]。

以下图1四通道高清虚拟现实可视化系统为例,其结构组成为四块大屏幕以及高清立体摄影仪,形成地面、左右以及中间全覆盖的CAVA 沉浸式系统,同时为保证使用者能够有准备的视点,借助光学摄像头对评估者的位置进行实时追踪,将使用者的实际环境与虚拟状态下的环境进行坐标准换后,实现虚拟位置与现实位置信息较高程度的匹配,当使用者在虚拟环境中移动时,虚拟环境可实时更新自身状态,从而有效保证使用者始终具备较好的视点。

图1 四通道高清虚拟现实可视化系统图

3 汽车总布置开发过程中的虚拟现实技术应用

汽车总布置开发过程中的虚拟现实技术应用可从以下三个方面进行简单论述:

3.1 在评估需求方面的应用 汽车总布置在开发流程中有着至关重要的作用,总成以及零件质量的高低很大程度上决定着整车的性能以及客户的体验感,虚拟现实技术与传统形式有着较大的不同,其评估范围并不局限于汽车的线条、材质特征以及造型方案等,其还能够在恰当位置进行准备的断面分析、零件尺寸测量、空间体验以及视野核对等。对比与造型问题,布置虚拟评估有着以下要求:

其一,车辆模型必须保证真实性,包括反射、灯光、阴影、材质等方面的真实性,还要对多种方案进行切换对比以及1:1展示,务必保证试点的准确性;其二,实物与虚拟场景的统一与结合,使用者可通过外部方向盘以及座椅等增强体验感;其三,在标准假人H点位置进行评估包括后下后上以及前下前上视野、空间比例、方向盘遮挡、A柱视野遮挡、侧视野等;其四,虚拟模型评估具备一定的灵活性,车辆以及零部件可实现自由旋转以及移动,包含空间爆炸图的生成,方便对零部件以及总成进行细致的核查;其五,在进行各项细节的查看时,还需断面剖切车辆,并进行相关的角度测量、位置测量、所有gap范围的准确测量等;其六,综合评估分析汽车的储物方案以及储物状态,比如在不同工程方案以及不同设计条件下储物的不同状态,以及物品在放置在储物格中对应的动态模拟;其七,以真实场景为基础的外部环境各种变化形式对评估造成的影响,不同天气、不同道路下的具体分析以及外部各种动态变化等。

3.2 基于评估需求下的平台定制化开发 在基于评估需求下的平台定制化开发中,灯光阴影以及车辆模型渲染等可通过VRED或者UEC等官方渲染软件来完成,视点位置的系列计算工作以及匹配工作可通过跟踪定位球以及光学探头实现。追踪系统对定位球进行识别以及矫正后,即可实时获取定位球位置。为提升评估真实性以及可靠性,配备对应的踏板、方向盘以及座椅等实物模型,如此可让使用者在座椅上进行相关的评估工作,如下图2所示,以此来提升使用者的体验感,增加评估的真实有效性[3]。

图2 配套实物

以UNREAL引擎进行的二次开发为基础,开发一系列的定制功能,并让这些功能实现与UI界面的合理集成,让负责人员通过三维鼠标剖切车辆断面,并进行角度测量、爆炸视图、零件位置移动以及移动旋转等操作,具体功能如下图3所示:

图3 功能应用

在车辆布置的早期开发以及评估过程中,通常会基于总布置端截面进行方案分配与排布的指导,但是在UG这些三维软件中构建的布置图,难以对布置体量感有一个直观的感受,因此将数模方案以及总布置图同步对应到构建的虚拟场景中,能够最大程度的感受布置图的合理性以及大小适宜性等,并有效检验总布置断面图与后期数模之间存在的差异性[4]。

不同场景下有着较为不同的评估效果,为配合上述过程中的评估结论,根据评估的整体需求以及实际状况,进行对应场景的构建,包括各种形式的道路路面,如下图4所示,包括隧道、高速、小区、城市、山区等,还包括专门用于高光测试的灯光架场景,根据时间推移造成的光照大小与强度变化,包括夜晚、上午、下午、正午以及清晨,不同天气包括雾天、雪天、雨天以及晴天等[5]。

图4 场景搭建图

3.3 虚拟评估的应用范畴 上述的场景构建以及定制化方案,给了总布置方案评估以可靠的数据支撑以及较大的提升空间,并且已经广泛应用于车辆开发各项业务中,尤其是人及舒适性、实物样机、设计质量、零件布置方案、储物状态、断面分析等。随着虚拟现实技术的不断探究与开发应用,其将会实现在更多场景中的应用。现阶段应用较多的场景如下图5所示:

图5 总布置各工况下的虚拟评估应用场景图表

结语

综述,通过虚拟现实技术的合理应用,制定出适应汽车前期总布置开发的相关方案,并得到相关的验证工具,在进行软硬件环境的构建之后,通过对于汽车总布置进行分析与验证得出其具体的需求,然后在应用以及功能方面进行定制化开发,直观且快速展示结构方案以及设计方案,对工程要求进行验证与对比后,提供1:1可靠直观的虚拟场景以及对应模型,较早的发现设计开发中存在的问题,并为相关人员提供较为可靠的决策依据,并为开发人员以及设计者提供较为完整的验证工具,这在一定程度上降低了评估过程中对实物模型的依赖,在节省成本的同时缩减开发周期,这对于汽车行业的长远发展来说有着积极的意义。