摘 要：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)與工業(yè)設(shè)計的結(jié)合日益密切，逐漸朝著智能化、精細化、高端化的方向發(fā)展。虛擬仿真技術(shù)通過計算機打造三維空間實現(xiàn)與現(xiàn)實真實體驗，將其應(yīng)用于汽車設(shè)計中，可以極大地提升產(chǎn)品設(shè)計的精度，降低設(shè)計成本和周期，為汽車設(shè)計領(lǐng)域帶來便利。汽車作為當前人們生活中不可或缺的工業(yè)產(chǎn)品，不斷提高汽車的舒適性、安全性和智能化水平成為當前汽車設(shè)計的重要目標。因此，需要詳細闡述計算機虛擬仿真的概念及特征的基礎(chǔ)，分析其對汽車設(shè)計帶來的積極意義，具體探討虛擬仿真技術(shù)在汽車設(shè)計中應(yīng)用，為汽車設(shè)計帶來的新的手段和方法。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 汽車設(shè)計 應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機輔助設(shè)計越來越被應(yīng)用到汽車設(shè)計之中。近年來，國內(nèi)外汽車行業(yè)的發(fā)展受技術(shù)和市場的影響越來越大，以計算機虛擬仿真技術(shù)為代表的眾多高新技術(shù)為汽車設(shè)計帶來新的機遇。計算機虛擬仿真技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，便迅速地利用到工業(yè)設(shè)計中，利用計算機打造虛擬三維立體空間，設(shè)計者可以在虛擬的空間中感受到近乎真實的觸覺、視覺及聽覺體驗。而將計算機虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到汽車設(shè)計之中，它可以無障礙、無阻滯地實現(xiàn)對三維立體空間的事物的觀察和操作，生動地模擬出實際的工業(yè)生產(chǎn)場景[1]，不斷優(yōu)化汽車設(shè)計的空間。在降低汽車設(shè)計成本的同時，進一步優(yōu)化設(shè)計理念和方法。

1 計算機虛擬仿真概念及特征

1.1 概念

計算機虛擬仿真技術(shù)依賴于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，是以控制理論、相似原理、數(shù)模與計算技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和多種專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)模型，對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行動態(tài)試驗研究的一門新興綜合性學科[2]，本質(zhì)上是多個學科和領(lǐng)域的集合。但不能簡單地將計算機虛擬仿真技術(shù)理解為計算機學科的一部分，計算機技術(shù)只是促成了計算機世界和虛擬世界的結(jié)合，而虛擬技術(shù)則實現(xiàn)著工程科學和人文學科的結(jié)合。因此，虛擬仿真技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，第一，經(jīng)濟性。直接的實驗或?qū)嵺`耗費巨大，而虛擬仿真將真實的實驗數(shù)字化體現(xiàn)，且可以重復(fù)使用修改。第二，隔離性。大型實驗和設(shè)計影響因素較多，增加了不確定性，而虛擬仿真技術(shù)可以隔離這些不確定因素，保障實驗的絕對化。第三，安全性。虛擬仿真技術(shù)可規(guī)避部分實驗中的危險。第四，快捷性。虛擬仿真技術(shù)可以快速地實現(xiàn)實驗及設(shè)計的修改完善，提高工作效率。

1.2 特征

1.2.1 沉浸感

虛擬仿真技術(shù)首先為設(shè)計者提供了一個近乎真實的三維視覺場景，隨著技術(shù)的不斷提高，這種模擬仿真場景將更加逼真。在這種亦真亦幻的場景中，加上觸感和聲感傳感器的作用，可以讓設(shè)計者在接近真實的環(huán)境中進行設(shè)計和修改。而從汽車體驗的視角來看，駕駛體驗也是汽車設(shè)計中需要考慮的因素之一，汽車駕駛時對速度、空間的感官體驗最為明顯，而且駕駛視角、盲區(qū)這些因素也是必須考慮設(shè)計點之一。在虛擬仿真設(shè)計環(huán)境中，設(shè)計者可以達到“所見即所得”的設(shè)計過程，在沉浸式的體驗中查找問題，彌補不足，進一步提升設(shè)計效率。

1.2.2 交互性

虛擬仿真技術(shù)其實弱化了現(xiàn)實和虛擬之間的界限，為二者構(gòu)建了便捷的連接體驗，借助大量的科學器件，讓用戶在虛擬的環(huán)境中獲得真實的感受，也可以將用戶在現(xiàn)實環(huán)境中的體驗在虛擬中“重現(xiàn)”出來。尤其重要的是，虛擬仿真技術(shù)可以實現(xiàn)對用戶的“量身定做”即根據(jù)用戶的需求進行合理匹配，比如現(xiàn)實中用戶借助傳感器進行運動，在虛擬仿真中給予反饋。不同于這幾年興起的3D、4D電源，虛擬仿真技術(shù)更注重用戶在虛擬環(huán)境中的交互。對于汽車設(shè)計來講，虛擬仿真技術(shù)可以提升用戶在駕駛之中的黏合度，提升駕駛體驗。在設(shè)計的早期及時發(fā)現(xiàn)潛伏的問題，進行調(diào)整修正、實現(xiàn)優(yōu)化，具有節(jié)省資金、可重復(fù)性、無風險性等優(yōu)點[3]。

1.2.3 智能化

就技術(shù)源頭而言，目前市場上出現(xiàn)的眾多高新技術(shù)幾乎都涉及幾種關(guān)鍵技術(shù)，比如計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)等。虛擬仿真技術(shù)本質(zhì)上還是以計算機控制技術(shù)為基礎(chǔ)，依靠通信技術(shù)實現(xiàn)人機交互，人工智能技術(shù)則進一步提升了二者之間的聯(lián)系和感知。虛擬仿真技術(shù)在為人們提供良好的交互式體驗的同時，還可以根據(jù)人的需求，身體的變化，在分析模擬的基礎(chǔ)上，提高用戶的體驗。在汽車設(shè)計之中，依靠虛擬仿真技術(shù)智能化特點，可以進一步簡化設(shè)計流程，提升駕駛體驗，保障設(shè)計安全具有重要的作用。

2 計算機虛擬仿真技術(shù)對汽車設(shè)計的價值及必要性

計算機虛擬仿真技術(shù)對汽車設(shè)計領(lǐng)域的影響是廣泛的，具體而言，虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)計理念的更新和方法的創(chuàng)新，在節(jié)約成本的同時提高了設(shè)計效率。

2.1 計算機虛擬仿真技術(shù)對汽車設(shè)計的價值

2.1.1 變革設(shè)計理念

在傳統(tǒng)的汽車設(shè)計過程中，汽車設(shè)計師僅僅負責汽車的設(shè)計和生產(chǎn)，而對于銷售方面則交由專業(yè)人員進行，生產(chǎn)和銷售是分開進行的。而虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)則變革了之前的設(shè)計理念，虛擬仿真技術(shù)在汽車設(shè)計中不僅僅是對汽車外形的設(shè)計，還體現(xiàn)在汽車全流程設(shè)計，這就需要汽車設(shè)計師在設(shè)計時需要站在更高的角度和全面的視角來對車輛進行設(shè)計，還需要根據(jù)用戶的體驗進行實時優(yōu)化，借助虛擬仿真技術(shù)設(shè)計師可以實現(xiàn)與經(jīng)營和銷售團隊的實時互動交流，更好地實現(xiàn)車輛的設(shè)計優(yōu)化。

2.1.2 創(chuàng)新設(shè)計方法

在傳統(tǒng)的汽車設(shè)計中，多依賴二維平面圖進行設(shè)計，雖然借助計算機輔助設(shè)計二維圖已經(jīng)優(yōu)化到極致，但平面圖紙無法實現(xiàn)所見即所得的效果。在虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用下，可以使汽車設(shè)計更加的立體化和三維化，可以使設(shè)計師在不同角度進行立體式查看，實現(xiàn)設(shè)計方案的任意翻轉(zhuǎn)、放大、縮小，可以準確發(fā)現(xiàn)模型中存在的問題，并且可以同步對其進行縮放操作[4]。

2.2 計算機虛擬仿真技術(shù)對汽車設(shè)計的必要性

將計算機虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到汽車設(shè)計中有較強的必要性。第一，車輛外形設(shè)計的需要在傳統(tǒng)的汽車設(shè)計中，由于多以二維圖的形式開展設(shè)計，在車身空氣動力學方面存在不足，在成本和方法的影響下，無法完全開展風動檢測和實驗，車身的風阻設(shè)計存在不足，影響車輛的整體性能和操作。第二，車輛操作性提升的需要。當下，消費者對車輛的操作性要求越來越高，傳統(tǒng)的汽車設(shè)計無法模擬真實的駕駛體驗，且檢測效果不能實時更新在設(shè)計上。第三，裝配科學化的需要。傳統(tǒng)的汽車裝配受到各種因素的影響，存在影響整車質(zhì)量的弊端，急需新的技術(shù)方法支持。

3 虛擬仿真技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用路徑

3.1 車身造型空氣動力學特性檢測

在汽車外形的設(shè)計進程中，車身是否符合空氣動力學的要求，直接決定著車輛的造型，比如在駕駛汽車的過程中，不同車輛的外在造型對空氣的阻力系數(shù)是不一樣的，這些關(guān)鍵性的指標數(shù)據(jù)對汽車的穩(wěn)定性、可操作性及車輛的能耗都產(chǎn)生直接影響。對于車輛的風阻系數(shù)影響的關(guān)鍵因素中，車身造型是關(guān)鍵的一環(huán)。因此，在進行汽車設(shè)計時，車輛的外觀設(shè)計一定要符合風阻的要求，因此需要對車輛的空氣動力學指標進行實驗。在傳統(tǒng)的實驗過程中，主要利用風洞進行風阻實驗，其具體的過程是將車輛按比例縮小，后將模型放入風洞中進行風動檢測，然后查看模型表面的氣流變化，以驗證相關(guān)指標數(shù)據(jù)，但是風動實驗也存在一定的問題，比如在模型的制作過程中，難免會存在一定的誤差，這導致在實際實驗中的數(shù)據(jù)與車輛實物存在一定的誤差；而為了減少誤差的產(chǎn)生，就需要一比一地制作出車輛模式，但是大尺度的車輛風動測試往往流程較為復(fù)雜，且模型制作和風動的過程造價較高，加重了汽車制造商的負擔；而且車輛外形設(shè)計不是一成不變的需要不斷地修改完善，這就代表著每一次的修改就需要進行風動測試，這些流程和花費絕非一般的車輛制造商所承擔。再者，這些設(shè)計方法東輝存在一定的制作誤差，在消耗大量的資金的同時，最終無法達到設(shè)計本意的效果。這些存在的問題就需要設(shè)計師采用新的設(shè)計方法來彌補，而計算機虛擬仿真技術(shù)則更好彌補以上存在的問題。

在汽車設(shè)計中采用虛擬仿真技術(shù)，可以利用其建立虛擬的風洞模型，將汽車設(shè)計的各項數(shù)據(jù)模型在虛擬風洞中進行呈現(xiàn)，在虛擬的風洞中，實驗著可以測試不同速度、路面、天氣情況下，車輛整體及各部分在行駛的空氣流體路徑和動態(tài)展示效果。在虛擬仿真技術(shù)的加持下，這些抽象的概念都可以用真實的圖像展示出來，在其中可以實時展示車輛設(shè)計數(shù)據(jù)的變化。這種模式下，可以省去車輛模型制作的過程，降低成本的同時，也減少了不必要的數(shù)據(jù)誤差，便利汽車設(shè)計師及時調(diào)整設(shè)計方案，縮短設(shè)計周期。在消費者的角度來看，在虛擬仿真的基礎(chǔ)上，他們可以真實觸摸或感知車輛在行駛過程中的各項數(shù)據(jù)表現(xiàn)，更直觀地感受車輛的性能。在虛擬的環(huán)境中消費者可以一比一地感受車輛的空氣動力學數(shù)據(jù)，對車輛有更加直觀地感受。同時，汽車車身的CAD數(shù)字模型還可隨時更改而實時更新[5]。

3.2 車身造型和內(nèi)外飾的評價與審查

在新車的研發(fā)過程中，為了真實地反映車輛的外形和細節(jié)，往往需要將車輛按照一比一的比例制造出來，全比例的樣車制作和設(shè)計預(yù)期的顏色噴涂，才直觀地感受車輛的魅力。除了外形之外，車輛內(nèi)部裝飾也是車輛設(shè)計的重點之一，只有恰如其分的內(nèi)飾設(shè)計才能最終確定車輛的線條。除此之外，還需要對車輛模型比例進行分析，以確定其是否符合大眾的審美習慣。最后，汽車研發(fā)的決策者對全尺寸的車輛模型進行審查，以最終決定是否正式生產(chǎn)該汽車。再生產(chǎn)之前，需要考慮的因素較多，比如，門把手的設(shè)計是否符合要求、車門是否符合設(shè)計要求、駕駛員和乘客的視野是否有受阻現(xiàn)象，汽車儀表盤是否與方向盤有沖突及是否存在遮擋現(xiàn)象、座椅高低及調(diào)節(jié)是否符合人體工學要求等，這些重重因素都是整車質(zhì)量評價的指標數(shù)據(jù)。在大部分情況下，這些指標的評價和檢測都是通過一比一車輛的模型來實現(xiàn)的，而在全尺寸樣車的制作中，需要花費大量的人力、財力、物力，而一旦需要對其中某一項進行修改，也就代表著全尺寸樣車的修改，不但耗時耗力而且影響著車輛的研發(fā)進度，有可能錯過最佳的車輛銷售期，加重企業(yè)負擔。此外，即使不考慮前期成本，傳統(tǒng)的研發(fā)流程，容易受到各種因素的影響，檢測效果被大打折扣，要求設(shè)計者繼續(xù)更新設(shè)計方法。

在采用計算機虛擬仿真技術(shù)以后，可以借助數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)對車輛內(nèi)飾的三維立體展示，以虛擬的方式展示出來，讓設(shè)計人員在虛擬的環(huán)境中實現(xiàn)內(nèi)飾的可視化展示。設(shè)計人員可以近距離感受到車體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和色彩的搭配。例如，設(shè)計人員可以記住VR眼鏡和相應(yīng)的感應(yīng)器，進行相關(guān)的數(shù)據(jù)修改。在這一過程中，設(shè)計人員可以開展中控臺使用、視野檢測、車輛駕駛等方面的實地模擬。虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢在于設(shè)計人員可以以消費者的視角來審視汽車設(shè)計的科學性和設(shè)計質(zhì)量，以便獲得更好的設(shè)計方案。在虛擬仿真技術(shù)的加持下，還可以避免出現(xiàn)設(shè)計缺陷，使車輛在外觀和內(nèi)飾方面達到高度的統(tǒng)一。這樣就可以實現(xiàn)車輛研發(fā)流程的簡化、優(yōu)化，縮短研發(fā)周期，便利企業(yè)更好地適應(yīng)市場的競爭。降低研發(fā)成本的過程中，實現(xiàn)車輛性價比的最佳平衡。

3.3 汽車裝配模擬

汽車設(shè)計的過程汽車裝配也是重要的一步。良好的汽車裝配布局可以提高車輛的工藝水平，也可以進一步提高生產(chǎn)效率和良品率，有助于增加車輛的市場占有率。汽車裝配考驗著車輛生產(chǎn)管理水平，在汽車裝配中采用計算機虛擬仿真技術(shù)可以實現(xiàn)裝配工具和工藝流程的及時優(yōu)化。在生產(chǎn)的過程中，及時地判斷裝配質(zhì)量的變化，并以此進行合理化調(diào)整，不斷提高車輛裝配的工程質(zhì)量。在汽車的質(zhì)量評價中，車體質(zhì)量舉足輕重，在車體的制造中，裝配水平發(fā)揮著重要的作用，這就要求裝配的每一個環(huán)節(jié)必須嚴絲合縫，傳統(tǒng)的裝配總是存在一定的誤差，炳輝影響車體的質(zhì)量，這就要求設(shè)計人員綜合考量各種因素，并找尋有效的改進方法。

設(shè)計人員借助計算機虛擬仿真技術(shù)模擬裝配技術(shù)的改進和優(yōu)化，提高車輛的質(zhì)量。在降低車輛成本的過程中將誤差減少在最低的范圍內(nèi)。在汽車裝配過程中采用計算機虛擬仿真技術(shù)具有以下幾點優(yōu)勢：第一，排除安全隱患。利用虛擬仿真技術(shù)，裝配人員可以根據(jù)設(shè)計方案仿真模擬裝配過程，在其中及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，并在系統(tǒng)中及時修正優(yōu)化，為后期的實地裝配減少不必要的損失。第二，降低成本，在汽車裝配中使用虛擬仿真技術(shù)，可以模擬優(yōu)化裝配方案，實現(xiàn)邊模擬邊優(yōu)化的操作，最大限度地節(jié)約成本。第三，達成精細化裝配模擬和檢測。車輛設(shè)計從圖紙到成品涉及的零件可以用海量來形容，這些不同的零件需要有較強的融合度和貼合性，這直接影響著車輛的使用，而在虛擬仿真技術(shù)的采用下，可以將每一個細微的零件進行模擬展示和細節(jié)展示，讓設(shè)計者和裝配組更加直觀地了解，更好地實現(xiàn)車輛的精細化管理[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，計算機虛擬仿真技術(shù)集合了多種技術(shù)，實現(xiàn)了跨學科的技術(shù)突破，其具有沉浸、交互、智能的特點。將其利用在汽車設(shè)計中，可以有效地創(chuàng)新設(shè)計方法，變革設(shè)計理念，在汽車設(shè)計的精細化和標準化方面起到了積極的作用。在具體的應(yīng)用過程中，虛擬仿真技術(shù)可以應(yīng)用在汽車空氣力學、車輛外形和內(nèi)飾、裝配等方面，簡化設(shè)計流程、提高設(shè)計效率，促成整車質(zhì)量的提升，從而提升車企的整體效率。

參考文獻：

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