汽車工程虛擬仿真實驗平臺該平臺作為汽車工程各專業(yè)特殊要求的專業(yè)平臺，涵蓋了汽車設(shè)計、汽車制造、汽車試驗、汽車運用等方面的專業(yè)知識，相應(yīng)的實驗教學(xué)內(nèi)容也設(shè)置了汽車構(gòu)造虛擬仿真實驗、車身設(shè)計與制造虛擬仿真實驗、汽車電控系統(tǒng)虛擬仿真實驗、汽車動力學(xué)與安全性虛擬仿真實驗和縮微交通仿真等五個模塊。
（1）汽車構(gòu)造虛擬仿真實驗?zāi)K
為了讓學(xué)生對汽車發(fā)動機(jī)和汽車底盤有更全面的了解，中心按照虛擬結(jié)合的原則設(shè)置了汽車構(gòu)造虛擬仿真實驗?zāi)K。教師可在《發(fā)動機(jī)原理》、《汽車構(gòu)造》課程中布置虛擬仿真實驗作業(yè)，并進(jìn)行汽車整車虛擬拆裝，多次反復(fù)確認(rèn)無誤后再進(jìn)行實車整車拆裝工作。通過虛擬仿真實驗的預(yù)操作降低了原材料的損耗成本，減小了實車拆裝過程中引發(fā)安全事故的風(fēng)險，提高了學(xué)生實驗的成功率與學(xué)習(xí)興趣。
目前，該模塊已完成了汽車發(fā)動機(jī)構(gòu)造虛擬仿真實驗、汽車底盤虛擬實驗仿真實驗和汽車自動變速器虛擬仿真實驗的建設(shè)。
l 汽車發(fā)動機(jī)構(gòu)造虛擬仿真實驗
本實驗充分利用長沙理工大學(xué)建有的國內(nèi)先進(jìn)“汽車安全工程仿真實驗室”和“汽車構(gòu)造實驗室”，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《發(fā)動機(jī)原理》課程，借助于現(xiàn)代教育技術(shù)，使課堂與現(xiàn)場、課內(nèi)與課外、理論與實踐有機(jī)融合，有些現(xiàn)場無法再現(xiàn)的場景，如發(fā)動機(jī)工作過程中涉及到的燃油供給、燃料的燃燒過程、燃燒室機(jī)構(gòu)、渦輪增壓機(jī)的工作過程等，結(jié)合實物演示與虛擬動畫相結(jié)合的方法，以鮮明的畫面、逼真的色彩以及生動形象的動畫或影像來再現(xiàn)其工作過程，充分調(diào)動了學(xué)生的視、聽等感官，使教學(xué)過程更為形象、生動，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果。
圖1 汽車發(fā)動機(jī)虛擬仿真實驗
（2）車身設(shè)計與制造虛擬仿真實驗?zāi)K
本模塊主要是針對汽車車身設(shè)計與制造進(jìn)行相關(guān)的虛擬制造仿真實驗。由于汽車車身沖壓所用的模具機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費用昂貴、安裝過程繁瑣，試模時需反復(fù)調(diào)整模具和更換板料，操作過程比較危險。為了能讓每個學(xué)生直觀形象地學(xué)習(xí)模具的結(jié)構(gòu)和零件沖壓成形過程、成形質(zhì)量、應(yīng)力應(yīng)變等值線圖及隨機(jī)械載荷變化的動態(tài)顯示圖等相關(guān)知識，采用汽車車身沖壓虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)。該虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)利用板料成形數(shù)值模擬的專用軟件Dynaform，逼真再現(xiàn)沖壓過程中看到的情況，并通過高清顯示系統(tǒng)達(dá)到與操作者實時互動，讓操作人員產(chǎn)生身臨其境的感覺。
圖2 汽車車身沖壓虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)典型界面
本實驗充分利用長沙理工大學(xué)建有的國內(nèi)先進(jìn)“沖壓仿真實驗室”，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《汽車制造工藝學(xué)》、《汽車設(shè)計》課程，在實驗室擁有DYNAFORM、AutoForm、LS-DYNA等大型有限元仿真軟件的基礎(chǔ)上，開展汽車薄板沖壓成形、及回彈仿真實驗教學(xué)。通過沖壓仿真實驗讓學(xué)生深入理解沖壓工藝的重要性，從而提高學(xué)生對汽車工藝的創(chuàng)新能力。
（3）汽車電控系統(tǒng)虛擬仿真實驗?zāi)K
考慮到汽車電子儀器臺套數(shù)有限，難以保證每人都有機(jī)會實際操作， 教師可利用虛擬軟件及動畫演示，通過汽車電子系統(tǒng)工作過程的仿真實驗教學(xué)，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《汽車電子技術(shù)》課程，開設(shè)汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)、汽車空調(diào)系統(tǒng)、汽車ABS、ASR、ESP等虛擬仿真實驗，通過形象的動畫、視頻、人機(jī)交互，讓學(xué)生深入了解這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
圖3 汽車電子系統(tǒng)工作工程仿真實驗
圖4 汽車懸架虛擬仿真模型 圖5 ABS性能仿真控制
（4）汽車動力學(xué)與安全性虛擬仿真實驗?zāi)K
由于汽車實車碰撞實驗運行經(jīng)費過高以及汽車操縱穩(wěn)定性和平順性實驗的開展有較高的危險性，中心按照虛擬結(jié)合的原則設(shè)置了汽車動力學(xué)與安全性虛擬仿真實驗?zāi)K。教師可在《汽車安全技術(shù)》、《汽車?yán)碚摗返日n程中布置虛擬仿真實驗作業(yè)，多次反復(fù)確認(rèn)無誤后再進(jìn)行實車實驗工作。通過虛擬仿真實驗的預(yù)操作降低了原材料的損耗成本，減小了實車實驗過程中引發(fā)安全事故的風(fēng)險，提高了學(xué)生實驗的成功率與學(xué)習(xí)興趣。
目前，該模塊主要包括汽車動力學(xué)仿真實驗和汽車碰撞安全仿真實驗。
l 汽車動力學(xué)仿真實驗
本實驗基于ADAMS、MATLAB/SIMULINK等仿真分析軟件，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《汽車?yán)碚摗氛n程，實現(xiàn)汽車動力學(xué)仿真實驗，具體包括汽車平順性和汽車操縱穩(wěn)定性的仿真實驗，通過形象的動畫、視頻、人機(jī)交互，讓學(xué)生深入了解汽車動力學(xué)分析的重要性。
圖6 汽車平順性仿真實驗
l 汽車碰撞安全仿真實驗
本實驗充分利用長沙理工大學(xué)建有的國內(nèi)先進(jìn)“汽車安全工程仿真實驗室”和“大型結(jié)構(gòu)碰撞實驗室”，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《汽車安全技術(shù)》、《汽車?yán)碚摗氛n程，在實驗室擁有ANSYS、LS-DYNA、ABAQUS等大型有限元仿真軟件的基礎(chǔ)上，開展汽車碰撞安全仿真實驗教學(xué)。通過有限元仿真和實車碰撞錄像讓學(xué)生深入理解汽車被動安全的重要性，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
（5）縮微交通仿真模塊
傳統(tǒng)的道路交通實驗需通過道路試驗場來完成，但實體場的建設(shè)耗資巨大，為此本中心引入了縮微交通仿真模塊。該模塊主要包括各種縮微交通仿真環(huán)境下的汽車調(diào)度仿真實驗、模擬駕駛與多車協(xié)作駕駛仿真實驗。
圖7 整車碰撞虛擬仿真 圖8 乘員約束系統(tǒng)虛擬仿真模型
l 縮微交通仿真與汽車調(diào)度仿真實驗
本實驗利用制作的長沙理工大學(xué)實景縮微沙盤，結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《智能交通技術(shù)》課程，進(jìn)行各類交通仿真和車輛調(diào)度實驗。通過實際操作和逼真的仿真場景，讓學(xué)生深入理解智能微交通技術(shù)、汽車電子、汽車自動駕駛技術(shù)的原理，從而提高學(xué)生汽車與交通先進(jìn)技術(shù)的了解，促進(jìn)及相關(guān)汽車與智能交通基礎(chǔ)技術(shù)的學(xué)習(xí)。
圖9 長沙理工大學(xué)實景縮微沙盤
l 模擬駕駛與多車協(xié)作駕駛實驗
本實驗基于制作的無線遙控Freescale智能縮微車，結(jié)合學(xué)生《現(xiàn)代汽車控制技術(shù)》課程，在長沙理工大學(xué)實景縮微沙盤上實現(xiàn)基于羅技模擬駕駛儀，Carsim和智能縮微車的無線遙控駕駛仿真，多車自動跟隨仿真，和駕駛行為分析。通過逼真的仿真場景、實物仿真和人機(jī)交互，讓學(xué)生進(jìn)一步了解汽車控制系統(tǒng)和汽車電子的原理和發(fā)展趨勢。
圖10 無效遙控智能縮微車與Carsim模擬多車跟隨場景
附件：