车辆工程中虚拟试验技术的应用

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业车辆工程中虚拟试验技术的应用作者：范鹏飞来源：科技风2017年第17期摘 要：在车辆工程研发设计阶段，其耐久性试验是非常重要的设计环节，不仅是检验产品质量合格的有效方式，而且还为产品优化设计给予了一定的参考价值。车辆工程中的耐久性试验历经了室内的道路模拟以及外场的试验阶段，然而随着虚拟试验技术的提出，车辆工程耐久性试验又面临着革命性的大跃进。故本文通过对车辆生产过程中的虚拟试验技术分析，分析出了该技术在实际工程中应用的主要特征及载体，为车辆工程耐久性虚拟试验技术研究奠定

2、基础。关键词：车辆工程；虚拟试验；技术；应用近年来，由于我国科学技术发展迅猛，硬件性能技术的精确，使得虚拟试验技术的使用得到了极大的推广。在研究生产中，使用虚拟实验技术，能有效提高研究产品的开发率，节省研究的成本，这是对研究技术的重大突破。最近几年，车辆新产品开发广泛的使用了虚拟实验技术。1 虚拟试验技术随着我国科学经济的发展，计算机技术越来越成熟。虚拟试验技术是属于计算机技术的一种，在开发之前，我国的研究人员在开发是遇到了许多困难。由于我国的发展情况，对虚拟试验技术的认识并不是很清晰，没有一个明确的概念，这为研究带来了困难。为了虚拟技术的研究开发，我国研究人员重新定义了一个新的概念。将虚拟技

3、术解释为：利用计算机技术作为平台，并在使用中借用传感器技术和各种科学并行技术的新型技术。对于虚拟技术来说，它主要是依托计算机技术作为支撑后台，让人们能更加形象的听到和看到，就像真的一样。但是虚拟技术还有技术没有突破，存在了实际应用的缺陷。虚拟技术研究工作人员在进一步攻克难关，为顾客提供一个更加真实的体验环境，另外顾客还可以利用计算机技术与图片进行交流讨论，得到一个真实精确的体验。在研究过程中，工作人员主要遇到了两个难题：第一，不同的研究对象有不同的信息内容，所以要根据不同的信息内容建立相应的试验模型，再根据相应的试验模型建立相应的虚拟环境。比如说，在建立一个汽车稳定性能的虚拟试验中，要根据顾客

4、提供的信息数据建立与之相应的虚拟环境，工作人员在通过计算机技术得出虚拟环境的原型，尽可能使模型与顾客的期待相一致。近年来，虚拟技术在汽车工程中的广泛使用，不仅使汽车的研究开发节省了成本，还使汽车的研究技术得到了精确。虚拟技术的应用形象具体，更有益于人民的理解，又可以多次应用。所以虚拟技术是车辆工程研究的重点技术。2 虚拟试验技术的主要特征2.1 交互性及自主性虚拟试验技术的试验和传统试验有着一个较为显著的区别，那就是虚拟试验技术的模式是动态的，具有较好的交互性及自主性。虚拟试验为多媒体技术与计算机仿真技术的有机组合，对实验者具有高度的自主性。2.2 开放性虚拟试验技术的系统可以通过网络系统向客

5、户进行开放，同时实验者也可以自由的进入试验系统，具有较好的开放性。主要表现在以下两个方面：其一，资源的开放性。虚拟试验系统储存了较好的试验模型、各种各样的虚拟试验环境以及各种各样的试验器材等，实验者可以根据自身的需要进行自由选择。其二，平台的开放性。是动态的，具有较好的灵活性，实验者可以根据自身的需要，构建试验模块、试验器材以及试验环境等。3 虚拟试验技术在车辆工程中的应用最近几年来，汽车虚拟技术的研究主要是在汽车的轮胎模型、汽车系统、动力学等等技术方面的应用研究。3.1 车辆轮胎模型的研究汽车最重要的零件就是轮胎，这也是车辆研究的重点技术之一。我们都知道轮胎的作用对一辆车的性能影响之大。轮胎

6、具有的性能：动力性能、稳定性、舒服性；这些性能对汽车的质量产生重要影响。轮胎的生产是非常复杂的，车辆研究工程对轮胎的研究还没有完善，这无疑是加大了困难。在对汽车轮胎的研究中最大的技术困难就是对轮胎的参数测量和建模研究，在现有的技术中，无法做到有效精确的建模。研究人员建立的轮胎模型，主要是描述轮胎的性能，极少涉及轮胎的设计参数。为了改进轮胎的缺陷，研究工作人员应用了虚拟试验技术，利用虚拟技术分析轮胎运行原理，这使得轮胎技术得到了重大进步。虚拟技术可以模拟虚拟环境，测量轮胎在不同环境下的运行数据。通过虚拟技术，模仿真实环境的汽车运行。可以测出轮胎在汽车在不同环境下的实际参数。在 1999年，德国学

7、者召开了地面机械动力大会，德国研究人员就形象的进行了一次虚拟试验。德国研究工作人员进行了一次实验：利用一辆悬挂的卡车，是卡车在不同的路面上行驶来测量轮胎和地面的摩擦参数。在这个试验中，德国研究人员使用了FEM的虚拟模型试验，试验可以利用数学模型表现出来。德国研究人员通过这次试验得到了全世界科学研究者的关注。我国研究人员在德国的实验中受到了启发，在我国研究学者的轮胎虚拟试验中，我国研究人员也借鉴了德国的经验，建立数学模型，利用数学参数来表示轮胎在不同路况下的动力参数。同时我国的研究人员借鉴经验的同时，也加入了自己的研究新成果，结合我国的实际情况，研究出适合中国的虚拟技术轮胎模型。3.2 车辆系统

8、可靠性、耐久性的虚拟试验随着我国研究人员的深入研究，虚拟技术得到了不断的发展。对于虚拟技术来说，它应用广泛，经济实惠。虚拟技术可以对一切事物进行模型试验，尤其是那些经济成本较高又花时间的事物，利用虚拟技术可以节省经济成本，不浪费时间。在虚拟环境中，利用了数学的非线性有限模型，这可以真正做到真实测量，真实试验。非线性有限模型分析了车辆在不同路况的疲劳数据。在这个轮胎疲劳试验中，要进行分析三个试验数据信息，三个数据是路况数据、车辆数量数据、行驶的疲劳数据。根据这三个数据进行分析，可以准确的得到轮胎的疲劳和可靠参数。比如说，一辆车在不同的路况下进行行驶，在这个过程中，可以将车辆加速、减速等操作来测试

9、卡车的疲劳数据，将这些数据利用电脑反映出来，形象直观。目前来说，研究车辆的可靠和耐久性上，美国和日本的研究最为透彻，这两个国家前期也投入了大量的人力物力财力，才取得了这样的成果，其中最受到关注的是日本的五十铃汽车。3.3 车辆工程中动力学和操纵稳定性之间的虚拟试验在当前，对于车辆工程而言，其动力学和操纵稳定性之间的虚拟试验分析主要采用的是ADMAS软件，它可以实时性的反映出试验设计结果，但对于虚拟交互性的场景还存在一些缺陷。在对车辆工程中动力学和操纵稳定性间的研究，通过采用虚拟试验技术，将具有非常多的优点。比如说，研究人员在对车辆工程中的动力学和操纵稳定性的试验设计结果中，其试验设计结果可以覆

10、盖到不同受力情况下的胎痕变化上，并且这一试验结果可以通过试验图像的方式展现出来。在知名奔驰汽车企业中，已成功将虚拟试验技术应用于高透轿车研发设计过程中。每一设计人员都要提供新车型和新零部件的设计参数与设计方案，就可以借助汽车汽车仿真器实行车辆工程仿真试验，进而准确的评价与预测新型汽车的动力特性。在我国，吉林工业大学创建的汽车动态仿真器实验室，实际上就是一个汽车试验场的仿真器，其主要模块分别有主控制台、液压运动的装置、汽车驾驶模拟舱、动力学的计算机以及声响零部件等在车辆动态仿真器，能够任意设置生产条件，特别是对车辆生产环境系统进行仿真，可以解决系统对驾驶员特征难以实现精确表述的困难，具有较好的重

11、复性，试验设计结果置信度较高，可比性较强。3.4 虚拟试验技术仿真的应用研究在传统产品的研发过程中，其模型的创建和物理试验是分开实行的，也就是在零件样机模型创建之后进行的物理试验，而后根据试验设计过程中产生的问题对样机进行修改。在汽车设计过程中，其每个零部件的要求都是非常严苛的，常需要企业投入大量的资金和时间。但当企业采用虚拟试验技术仿真时，可以通过先进的技术，模拟出零部件的形状，而后根据模拟出来的汽车模型进行安装调整。要是车辆性能没有达到预计的效果，可以对车辆设计进行调整，较好的降低了企业设计成本和时间。同时虚拟模型可以替代原有的零部件，提高了汽车整体的稳健性，且对原材料的需求得以降低。正是

12、因为虚拟试验技术仿真在实际生产中所具有的优点，从而使各国企业均对虚拟试验环境发展的技术水平十分关注，并且将这一技术应用在车辆模型的设计过程中。比如说，美国福企业创建了3个部门对虚拟试验进行研究。3.5 车辆碰撞与安全分析中虚拟试验技术应用研究由于车辆间的碰撞与安全性测试不仅危险，而且成本也比较高，为此，通常都需要先采用计算机对其进行仿真，而后在对车辆进行实车测试。当前比较成熟的仿真软件为CAE，可以较好的对车辆碰撞和安全性进行分析，比如说通过采用悬架的系统模型与向前的撞击模型，可以对车辆受力路径、机械变形以及撞击能量吸收状况进行分析。但在VPC技术中，除了可以完成碰撞仿真与安全性分析之外，还可

13、以对车辆翻转碰撞进行虚拟再现与分析。尽管车辆翻转碰撞事故次数不是很多，但在事故发生过程中，往往都是十分致命的，为此，车辆工程中的虚拟试验技术成为其研究的主要方向。由数据资料显示，基于VPG虚拟试验技术，当汽车在高速公路上行驶过程中，当被撞击连续翻转过程可以被模拟出来，并且效果非常逼真。同时，当一车辆车速为50km/h行驶在高速公路上时，冲过了路边的水沟，随后行驶到了路边的草地上，汽车尝试返回到高速公路上，但却没有成功，该过程都被虚拟试验计算机仿真了。在实际情况中，当多辆车辆发生了撞击而导致倾翻事故要比一辆汽车产生倾翻事故概率性要大，大约为73.5%对于多辆车辆碰撞的虚拟测试，日前正在进行研究中

14、。对于车辆碰撞与安全分析中虚拟试验技术应用研究，主要包括了车辆模型研究、车辆防碰撞性的研究以及安全装置模型的分析研究。4 结语综上可知，对于车辆工程中的虚拟试验技术而言，具有较好的应用研究背景，但在当前这一技术的发展并不是很成熟，需要科研人员对其进行不断的完善。相信在未来的研究过程中，虚拟试验技术可以在车辆工程中扮演重要的角色。参考文献：1江振宇，张为华，张磊.虚拟试验设计中的序贯极大熵方法研究J.系统仿真学报，2007（17）.2李楠，杜承烈.虚拟试验系统框架技术的设计与实现J.计算机测量与控制，2007（10）.3为工业界人士服务的虚拟试验室J.世界科技研究与发展，2003（03）.4杨亮，沈志军，胡叶楠，完颜振海，聂蓉梅.面向虚拟试验的可信度评估工具设计与实现J.计算机测量与控制，2016（04）.5杜承烈，黄玮，江南.面向复杂虚拟试验系统的实体互操作技术研究J.计算机测量与控制，2013（02）.6魏驰，吴健，宋银，万豪，陈亮.虚拟试验对象框架代码