基于车辆传动系统虚拟装配平台的虚拟试验研究

具，而不需产品的物理样机，通过分析、建模、可视化装配，根据产品设计的形状特征和精度特征，真实地模拟产品三维装配过程1Jo目前，国内车辆行业在虚拟装配领域的研究还处于尝试和发展阶段，缺少整体、集成的虚拟装配平台的具体方案。对此，从工程和总体设计的角度建立了车辆传动系统虚拟装配平台，为传动系统虚拟试验、虚拟装配等研究的系统化、集成化、实用化提供了后续研究的基矗平台是基于人机交互环境，以计算机技术为核心生成逼真的视、听、触觉-体化的特定范围的虚拟环境目，结合了VR技术和虚拟试验方法，为车辆传动l生能试验研究提供新的方法，该方法具有可重复性、经济型、安全生等优点，同时也突破了基于数学建模或动力学仿真软件的局限，更好的解决了人在回路l引”仿真试验及考虑环境影响的性能虚拟试验。

2平台体系结构建立了车辆传动系统虚拟装配平台的体系结构 ，如图 1所示。平台通过交互层、功能层和数据层实现整体功能。

交互层作为平台最上层，交互层通过基于VR软硬件实现的用户图形界面实现沉浸式的交互操作 、嘲控制 、数据输入输出等功能。核心功能层属于中间层 ，主要包括装配规划、虚拟试验、运行状态干涉检查、装配过程仿真、可装配生评价等功能。数据层是最底层 ，是整个虚拟装配平台的数据支撑，通过数据转换接口和模型信息库有效地组织各种数据互层和核心功能层的功能的实现以数据层为基矗3平台实现模式采用桌面式和沉浸式vR系统集成实现，其构建过程属于系统集成的范畴。

首先从产品设计制造过程目，如图2所示。产生的不同形式的资料在沉浸式VR环境中不便于立体显示，而桌面系统则易于显示 ，且成本低，因此采用集成模式有利于二维和三维数据的分类显示。

来稿日期：2012-05-06基金项目：国防基础预研基金项目(K0909010502)作者简介：王 涛，(1978-)，男，河南许昌人，讲师，博士，主要研究方向：车辆工程78 王 涛等：基于车辆传动系统虚拟装配平台的虚拟试验研究 第3期用户阁形界面li维鼠lI立体眼l 图 -标数据镜位置JlPro/EIVirtolsadmsI 交。

I r； ； ] 互： 、 I I层lr网 -- -- - f 装配顺序f·虚拟环境应用集成(功能拈) -j - 装配轨迹l·圆圈圈 因 干涉报告l· --- 实验数据层I虚拟装配信息模型l模型信息库 数据-1特征库l关系库l要素库l资源库l 茭蓑纂l -- 层数据转换接口图1车辆传动虚拟装配平台的体系结构Fig.1 The Architecture of the Vehicle TransmissionVirtual Assembly Platform设计尺寸参数文档网 I算数据I计划和论证总体方案与关键技术确定设计与计算样机试制、装配及试验设计定型二[ 生产定制图2产品设计制造过程F培2 The Procedure of Product Design and Manufacturing其次从平台使用不同阶段，如图 3所示。环境建立、虚拟外设操作 、虚拟装配、装配规划、虚拟试验等需要沉浸式 VR环境，而模型前处理、系统参数设置、信息查询、结果输出等则需桌面式VR。因此，有必要采用二者集成模式。

H参委藿置 前处理l l数设信息查询桌面式 ---结果输出沉浸式图3虚拟装配不同阶段Fig.3 The Different Stages of Virtual Assembly由此可见，从工程实施和系统集成角度分析，集成实现模式，使功能实现与成本更加合理化、最携，同时，系统的运行效果和操作手段效率更高，且虚拟外部设备的集成度增强。

4虚拟试验应用研究4.1视景仿真环境建立视景仿真硬件环境，是采用集成化的两通道视景仿真平台，结构，如图 4所示。系统搭建基于计算机强大的计算能力，将各种数据立体呈现在投影系统上，并结合位置跟踪、数据手套、音响等感知设备，生成完全沉浸式的仿真环境，实现了身临其境”的虚拟试验环境。

图4视景仿真平台的系统组成Fig.4 The System Components of the Visual Simulation Platform视景仿真软件环境主要由嘲模型、视景仿真程序及模型信息库三大部分构成，如图5所示。采用主流.维建模软件创建虚拟对象模型及试验环境模型，通过网络通讯建立模型、控制信号及试验数据间的联系，生成视景显示信息并输出。该环境以模型信息库为基础，它是嘲模型与视景驱动间的纽带，是实现视景仿真环境的重要数据基矗动图5视景仿真环境构成Fig 5 The Constitution of Visual Simulation Environment利用上述硬件系统构建车辆视景仿真软件环境，主要进行车辆传动系统结构预装配试验和性能虚拟实验，从构造和性能两方面研究传动系统的试验技术，既实现了试验研究与立体显示技术 的结合，又为传动系统结构、性能试验提供了虚拟实验平台，从而最终为传动系统设计提供依据。

4.2结构设计虚拟预装配试验预装配是产品设计中-个至关重要的环节，能使设计者提早发现设计缺陷，而传统方法是实物装配或者二维图纸、CAD软件装配，该方法浪费人力物力，且不直观、感知差。

以虚拟装配平台为基础，采用基于 Virtools(该软件操作便捷，直接支持多人互动，开放性好 )建立的沉浸式交互环境，对整车、传动系统的子系统和典型零部件进行了预装配试验，三维交互方式使操作者能更好的多角度了解系统构造，颠覆了以实物和图纸为手段的传统结构研究方法；模拟了系统工作原理在三维环匿圆圆鬻圜80 机 械设 计 与制 造No.3Mar-2013车辆参数 ：车速：3lkm/h，档位：4；油门开度：100%(未闭锁)。

上述数据通过动力学拈计算，并实现结果数据视景可视化，进行了制动距离变化规律分析，同时，在制动时实现了虚拟环境下车辆制动尾迹的仿真，效果如图 11所示。

图11车辆制动时的尾迹Fig.1 1 The Wake of Braking of the Vehicle最后，基于平台也进行了振动和通过洼试验，但需要指出的是，目前 ，这两种试验只进行了最终的仿真结果数据的可视化。

这有两方面的原因：(1)试验涉及到悬架和履带等结构的变形分析和受力分析，模型复杂，计算速度慢，不适合实时的视景仿真；(2)视景模型采用经过轻量化处理后的多边形面片模型l01，车轮、履带、地面等模型并非精确模型，不能精确的展现这两个试验的动态过程。

但应该相信，随着虚拟技术在变形研究方面的发展，这-课题终将得以解决。

5结束语基于车辆传动系统虚拟装配平台是试验手段和视景仿真技术结合的成功应用，它合理优化了试验条件和资源，改进传统试验方法，为车辆的试验研究提出了新的思路和方向，体现出了现代化设计手段与试验手段相结合的优势。