汽車設計與制造虛擬實驗室軟件

適用專業：車輛工程、汽車工程、汽車與交通工程、能源與動力工程等相關專業。

系統涵蓋機械與汽車工程相關學院實驗教學全體系的三維仿真實驗教學資源。這些虛擬仿真實驗教學資源，以培養汽車工程人才為目標，由淺入深，覆蓋基礎型、專業型、特色創新型等不同層次與深度，建設思路清晰，形成了一套立體化的教學體系，并具備良好的交互性、實驗過程和數據仿真度高等特點。

這些虛擬仿真實驗教學資源，采用國際領先的虛擬仿真技術開發而成，解決了實際實驗中無法開展、實驗危險性高等一系列問題，方便學生快速、高效地進行在線操作學習。

使用現有器材模型，系統可開展如下7個常用汽車設計與制造虛擬實驗的訓練：

1、H點裝置及其應用虛擬實驗；

2、汽車駕駛室人機界面設計評價虛擬實驗；

3、汽車駕駛室人機界面設計校核虛擬實驗；

4、制動系設計虛擬實驗；

5、汽車發動機連桿鍛造虛擬實驗；

6、汽車典型零件機械加工工藝過程設計虛擬實驗；

7、大型客車生產流程模擬虛擬實驗。

1.1H點裝置及其應用虛擬實驗

三維H點裝置是用于檢查某一特定座椅位置的裝置，用于測定座椅H點和軀干角。目的在于把這些測量值與制造廠的乘坐參考點和設計軀干角進行比較，是進行汽車設計和試驗所必須的基礎技術標準。國家標準化管理委員會專門針對H點確定程序和H點裝置制定了相關技術標準。

圖1H點裝置實驗場景

圖2HPM模型

圖3HPM模型拆解

圖4測量H點軌跡

圖5測量關鍵點坐標

1.2汽車駕駛室人機界面設計評價虛擬實驗

系統模擬人體模型的建立過程，包含骨骼的長度設置和坐姿約束；支持用戶對駕駛室的人機工程設計：

•    布置踏板；

•    布置座椅；

•    布置轉向盤；

•    布置儀表臺；

•    布置手操作桿等；

系統支持用戶使用5百分位和95百分位人體模型對之前的設計進行評價

圖6實驗場景

圖7模型建立、骨骼長度設置

圖8坐姿約束

圖9駕駛室人機工程設計

1.3汽車駕駛室人機工程設計校核虛擬實驗

該虛擬實驗屬于學術研究型的虛擬實驗，旨在對車輛人機工程學進行研究。研究車身設計（包括布置和設備等）如何適應人的需要，創造一個舒適的、操縱輕便的、可靠的駕駛環境和乘坐環境，即設計一個最佳的人-車-環境系統。從而，讓學生掌握設計過程中的知識點和注意事項等。

首先，通過建立人體模型。

圖10建立人體模型

圖11建立坐姿約束

圖12調整座椅

圖13布置頭部包絡

圖14校核輪緣盲區

進行輪轂輪輻盲區校核

圖15校核輪轂輪輻盲區

圖16校核上下車方便性

進行駕駛員前方視野校核

圖17校核前方視野

圖18校核后方視野

1.4制動系設計虛擬實驗

系統包含制動系統設計的四個環節：車輪制動器設計、助力裝置設計、制動驅動機構設計、制動力調節閥選配；包含制動器設計的整個流程：選擇制動器-選擇結構方案-設計與計算。

圖19制動設計虛擬實驗

1.5汽車典型零件機械加工工藝過程設計虛擬實驗

系統模擬齒輪加工工藝過程設計的整個流程：工藝性分析-確定毛坯-擬定工藝過程-選擇機床-選擇夾具-選擇刀具-計算工序尺寸-確定切削用量；系統在正確/錯誤的幾張零件圖紙中隨機提供一張供用戶進行工藝性分析；擬定工藝過程環節，用戶根據正確的圖紙編制工藝過程卡片，系統智能判斷工藝過程的合理性，指出錯誤之處并給出正確的參考意見；系統以三維動畫的形式展現零件從毛坯到加工成最終零件的整個過程，支持用戶進行360°自由觀察；

圖20汽車典型零件機械加工工藝規程設計實驗

圖21毛坯選擇

圖22夾具選擇

圖23切削用量

圖24過程演示

1.6汽車電動助力轉向虛擬實驗

實驗支持用戶進行整套電動助力轉向裝置的虛擬裝配，同時支持用戶進行多角度觀察；實驗以三維動畫的形式闡釋電動助力轉向裝置的工作原理，并支持繪制出助力裝置的隨速助力特性曲線、轉矩傳感器特性曲線。
首先，該虛擬實驗首界面提供EPS虛擬裝備、助力特性曲線和轉矩傳感器工作模式選擇；

圖25汽車電動助力轉向實驗顯示選擇

圖26EPS虛擬裝備圖

選擇EPS虛擬裝備，完成零部件組裝之后，可進行工作原理學習

圖27EPS虛擬裝備工作原理展示

工作原理展示后，點擊返回，觀察隨速助力特性曲線

圖28助力特性曲線展示

最后，選擇轉矩傳感器工作模式，觀察轉矩傳感器特性

圖29轉矩傳感器特性展示

1.7ABS/ESC結構虛擬實驗

系統模擬出ABS\ESC液壓執行機構的液壓管路連接結構，以三維動畫的形式展現在增壓、保壓、減壓三個過程的工作原理。

首先，實驗首界面提供了ABS液壓工作模式和ESC液壓工作模式可供選擇；

圖30ABS/ESC工作模式選擇

選擇ABS工作模式之后，可以看到增壓、保壓和減壓過程選擇，選擇任一功能可觀察到對應實驗現象；

圖31ABS工作原理

圖32ABS模式增壓過程

圖33ABS模式減壓過程

選擇ESC工作模式，同樣提供增壓、保壓和減壓過程，任意選擇可觀察對應實驗現象；

圖34ESC工作原理

圖35ESC模式增壓過程

圖36ESC模式減壓過程