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新能源汽车变速器虚拟学习系统设计

2020-12-07 11:41 来源:汽车设计论文 人参与在线咨询

摘要:为了辅助新能源汽车变速器的教与学,提高汽车专业学生的学习兴趣,应用UG及3dsMAX工具,构建了新能源汽车变速器虚拟模型资源,然后利用该模型资源,应用虚拟仿真技术,基于Unity3D平台,设计了一款新能源汽车变速器的虚拟学习系统。该系统实现了用户操作、结构展示和虚拟实训拆装等功能,是一种辅助实训教学的有效学习资源。

关键词:虚拟学习系统;新能源汽车;变速器

1引言

近几年来,VR技术(虚拟现实技术)在医学、地质、环境、机械、计算机、建筑、汽车等多个领域得到了快速应用,解决了一些教学、研究及实验训练等方面的问题。基于虚拟现实技术,王健君等[1],黄锋等[2],张涛等[3],国大亮等[4]将其应用于医学实验与教学;朱宗奎[5]对地质专业教学进行了探析;姜萍等[6]将其应用于发电实验教学;魏娜等[7]对水利水电专业教学进行了探析;王龙庭等[8]将其应用于工程机械实验教学;李洪亮等[9]将其用于云计算技术实验教学;孙育英等[10]将其应用于建筑环境与能源专业实训教学。鉴于虚拟现实技术与新能源汽车教学方面的研究较少,且新能源汽车实训教学中存在的一些问题,本文以新能源汽车变速器为研究对象,设计了新能源汽车变速器虚拟学习系统。

2系统构建

在新能源汽车学习过程中,新能源汽车变速器的学习和实训是非常重要的教学内容。实际上,学生将抽象的汽车零部件理论知识转换到实际的操作,存在着一定困难。且由于受汽车零部件资源、实训工具、实训场地、教学经费、教学课时等各方面的限制,难以保障每个学生有足够的空间和时间进行实训。因此,使用者通过该学习系统要能获得一定理论知识且能进行虚拟实训。该系统具有:(1)仿真性。与实训教室相似的环境和仿真的新能源汽车零部件模型,较高的模型仿真程度可增强实用者的沉浸感,提高使用者的学习效果;(2)可视化。使用者能够多角度、多位置观察,对新能源汽车变速器整体结构外观及其所有零部件结构,产生直观的认识;(3)交互性。学习能力不同的使用者可自行调整学习进度,且有较全面的提示功能,尤其是在进行错误操作时应给予提示;(4)重复性。使用者可反复进行学习;(5)引导性。有良好的教学引导流程,能调动学习者的学习兴趣及积极性,顺利的完成学习及虚拟实训;(6)沉浸式体验性。有比较美观的场景、音乐以及流畅的操作体验,让使用者在操作学习系统时心情畅快、集中精神,不产生烦躁情绪。该新能源汽车变速器虚拟学习系统,是在汽车设计及汽车理论的基础上,结合虚拟仿真技术、计算机多媒体技术,以直观性、体验性、沉浸性及透彻性的方式展示新能源汽车变速器,同时进行虚拟实训学习。它更加贴合以学生为主体的教学方式,系统以“引导者”的身份帮助学生学习,具有更好的实训教学效果。系统的架构设计如图1所示:

3虚拟学习系统实现与展示

本文设计的虚拟学习系统,以新能源汽车两档变速器的设计过程为依据,构件模型资源,构建出新能源汽车虚拟学习系统。

3.1仿真模型资源构建。UG又称NX,具有强大的功能板块可以帮助用户完成一些复杂的操作,不仅可以进行三维设计及模具设计等,还可以对复杂曲面及复杂结构进行编程[11]。而3dsMAX最显著的特点是可堆叠的建模步骤、各种3D制作软件的适配兼容性、强大的渲染功能等,使模型的仿真效果更好,推广应用更方便。因此本文选择了UG和3dsMAX软件作为模型资源构建的工具,根据变速器设计数据构建了实训室仿真环境模型和变速器零部件仿真模型。

3.2学习系统实现。根据虚拟现实技术的发展及新能源汽车变速器的特点,本文选择Unity3D平台作为该学习系统开发的引擎。Unity3D平台是一款集3D视觉游戏、模型可视化、实时人机交互等功能的大型游戏开发工具,是一个能够适配其他软件的综合而专业的引擎。将实训室仿真环境模型和变速器零部件仿真模型转换为FBX格式,作为资源导入Unity3D平台,其中碰撞检测是实现系统交互的关键,给零件添加网格碰撞器,防止对象互相穿透,给所有的障碍物添加静态碰撞器。拆装实训模块通过使用三个关键脚本实现,分别是控制模型移动、模型装配信标及模型吸附动作,信标脚本即当模型移动到足够近时,会触发装配命令,信标的位置即装配位置。根据虚拟学习系统的总体架构,对变速器零部件展示模块、拆装实训模块、背景音乐模块等功能进行设计,并编写合适的脚本,同时通过脚本控制对象产生碰撞检测和交互,进行打包及。图2为该新能源汽车变速器虚拟学习系统的学习过程图。

4结论

本文设计了一款新能源汽车变速器虚拟学习系统,该系统可满足不同层次学生学习的需要,实现了用户操作、结构展示和虚拟实训拆装等功能,具有仿真性、交互性、体验性等特点,同时提高了学生学习汽车变速器的兴趣,是一种辅助实训教学的有效学习资源。

作者:蒋欢 陈丽 刘朝晖 冯丙寅 单位:邢台职业技术学院 河北科技大学机械工程学院

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