【虚拟技术在汽车电器系统检修中的应用】 电气检修时应在配电箱

　　[摘 要]虚拟技术在教育教学上的应用,开创了“虚拟技术学科教育”的崭新领域,本文研究了虚拟技术在汽车电器系统检修结构原理和故障检修教学中的应用,对汽车电器系统检修虚拟技术实现方案及关键技术进行了深入分析。通过该方法的采用, 不仅能够满足训练任务的需要, 而且节约经费、缩短训练周期, 具有非常重要的意义。
　　[关键词]虚拟技术汽车电器系统检修
　　[中图分类号]TP3[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0080-03
　　
　　随着CAD技术,计算机软、硬件技术,可视化仿真技术的不断发展及人们对仿真精度和仿真手段要求的不断提高,虚拟技术随之迅速发展起来,自20世纪90年代以来,虚拟技术的应用越来越广泛,已深入到军事、航空航天、汽车、医疗康复、教育等各个领域,将虚拟技术用于人员培训中,现已成为教育的一种趋势,它涉及虚拟现实技术、虚拟样机技术、虚拟维修技术等。
　　近年来,高等学校的大规模扩招给高等教育带来了明显的压力。目前,在高等学校汽车专业相关课程的教学实践中:一方面,由于经费有限,往往存在实验所需设备种类与数量不足,从而导致部分实验无法正常开展;另一方面,由于汽车技术的发展加快,教学设备的更新速度已不能满足需求。在这种情况下,借助计算机虚拟网络技术才能够满足教学的需求。
　　1 虚拟技术的性质及特点
　　1.1 虚拟技术的工作性质
　　虚拟技术主要基于软件技术,从工作性质的角度可划分为3种类型。
　　1.1.1 设备共享
　　模拟软件接受用户发送的请求和参数,使用参数配置与之连接的硬件设备,由硬件设备进行实验,并将实验结果反馈给用户。这种技术使用真实的物理设备,通过虚拟多个终端来实现设备共享。典型的应用:如超级终端等。
　　1.1.2 模拟过程
　　模拟软件接受用户发送的请求和参数,分析和处理参数,经过模拟软件自身的模拟实验过程,并将最终结果反馈给用户,整个过程不涉及具体的硬件设备。这种技术的模拟软件功能一般比较单一,仅能实现有限的实验,可扩展性较差。典型的应用:如Boson公司推出的Boson NetSim等。
　　1.1.3 硬件模拟
　　这是最真实的一种虚拟技术,模拟的是硬件环境,如CPU、存储器、输入输出设备等,在此虚拟硬件设备的基础上可以安装和运行相关的软件。典型的应用如VMware、Qmenu等。
　　三种虚拟技术中:“模拟过程”最容易实现,但不可扩展是其最大的弊端;“设备共享”的实验结果最为真实,但有其他方面的限制,如各个登录的用户之间会相互干扰;“硬件模拟”是完全模拟硬件的执行指令,相当于拥有了一台“软设备”,虽然性能上会有一定的损失,但是已经能够满足一般实验的要求。
　　1.2 虚拟技术的主要特点
　　1.2.1 动态环境建模技术
　　虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容,应用动态环境建模技术能获取实际环境的三维数据,并根据需要,利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。
　　1.2.2 实时三维图形生成技术
　　目前,三维图形的生成技术已经比较成熟,关键是如何满足实时性的要求。为了达到实时的目的,至少要保证图形的刷新频率不低于15帧/s,最好高于30帧/s。在不降低图形质量和复杂程度的前提下提高刷新频率。图形生成的硬件体系结构以及在虚拟现实的真实感图形生成中,用于加速的各种有效技术是关键。
　　1.2.3 立体显示和传感器技术
　　虚拟现实依赖于立体显示和传感器技术的发展。立体显示技术涉及人体感官的生理原理及在计算机上如何产生深度线索的技术。现有的硬件系统(如头盔显示器、单目镜及可移动视觉显示器)有待进一步研究,光学显示还存在许多局限性。传感器技术中需解决设备的可靠性、可重复性、精确性及安全性等问题,各种类型传感器的性能亟待提高。
　　1.2.4 应用系统开发工具
　　技术最终要面向应用,通用平台的开发可缩短与应用结合的时间。为此,必须研究虚拟现实的开发工具。目前,常用的虚拟现实系统开发工具Super8cape公司VRT,它是一个可视化平台,允许较高程度的交互和网络处理;Scnse 8公司的WTK是一个C函数库,提供了一个完整的合成虚拟环境的应用开发环境3MudtiGen公司的MuMGen系列软件是一个交互式的图形建模系统3MudtiGen―PoIadign公司的Vega可用于实时视觉和听觉仿真,使用简单;SGI公司的IRlS Peformer是一种强有力的API,用于生成实时可视仿真和其它交互式三维图形应用;CG2公司的VTree是实时三维图形开发软件包,可以实现视觉仿真、实时场景生成等应用。
　　1.2.5 多种系统集成技术
　　虚拟技术系统的最终集成是必然的,它包含了大量表达信息的模型,必须根据设计意图合理组合。集成技术包括信息的同步、模型的标定、数据转换、数据管理模型、模式识别与合成等技术。
　　2 虚拟技术在汽车电器系统检修中的应用
　　汽车电器系统检修包括汽车充电系统、启动系统、汽车照明、信号、仪表、警报系统等。其中主要学习汽车电器系统的原理、结构和故障检修。
　　目前汽车电器系统检修的教学,大多通过讲授、实验、实训等训练,但是由于很多学校的教学资源匮乏,使学生对汽车电器系统缺乏直观和感性的认识,教学质量不高;再者在实际上进行训练,则有大量的设备、工具、零件和材料的损耗,训练成本较高,同时对于新技术,不可能投入大量资金用于训练,其数量、车型和实训场地有限,学生的实践操作时间难以保证。在虚拟训练完成以后,在进行实物训练,这样既能达到实物训练目的,又能节省成本,教学资源使用寿命增长。
　　将虚拟技术应用于汽车电器系统检修,用虚拟网络替代了教学板书、3D模型代替实际零件,以虚拟拆装替代实物拆装,原理的动画模拟替代了枯燥的讲授,声音视频的利用,使学生在课后有了复习的抓手,用计算机仿真汽车电器系统故障排除训练过程代替实际训练过程,突破了传统教学方法的限制,不仅能够实现良好的教学效果,降低教学费用,具有非常重要的现实意义。通过对汽车电器系统检修课程的特点分析,结合虚拟技术的特点,能够将虚拟技术应用到汽车电器系统检修教学的如下领域:
　　2.1 汽车电器系统结构组成和工作原理培训
　　建立汽车电器系统检修课程教学网络平台,并依靠建立的网络平台,制作三维模型、零件拆卸动画、结构原理动画、Flash动画及输出交互模型,通过形象生动的视图和动画展示各装置的组成、结构、工作原理。
　　2.2 汽车电器设备操作使用培训
　　以计算机构建的虚拟灯光和虚拟操作面板、按钮控件为基础,通过计算机编程的方式确定操作过程中的逻辑关系,依此实现在计算机构建的虚拟操作使用平台上实现对受训对象进行操作使用的培训。
　　2.3 汽车电器系统维修训练
　　构建虚拟环境和制作交互拆装模型并建立维修指导数据库,使学生沉浸在虚拟环境中,在学习相关拆装过程及维修指导的基础上,在虚拟环境中实现对装备三维模型的拆卸和装配训练,用计算机仿真维修过程代替实际维修过程实现对维修人员的培训。
　　2.4 模拟汽车维修工作环境和工作过程
　　在虚拟网络中营造汽车维修企业一些真实的场景,比如在客户接待的虚拟场景中使学生体会到在实际工作中应该如何与人沟通;在保养维修的虚拟场景中让学生了解汽车保养维修的全部工作流程;在企业管理的虚拟场景中,使学生对企业是如何管理的有一个比较清晰的认识;使学生提前了解了汽车维修企业的工作环境、工作过程和管理理念,这样学生在毕业以后就能在最短时间内融入到企业。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　3 基于虚拟技术的汽车电器系统检修实现方案
　　3.1 技术方案
　　结合虚拟技术和当前各类软件开发的水平现状,构建虚拟技术应用于汽车电器系统检修的技术实现方案如图1。
　　汽车电器系统检修虚拟网络教学主要有结构原理训练和虚拟维修训练均以网络教学平台为基础,结构原理训练是通过在CATIA中完成动力装置三维建模,在3DMAX中渲染模型并制作模型相关的原理动画,在FLASH中制作相关平面原理动画,最后输出图片、动画、交互模型来实现;虚拟维修训练是通过在CATIA中建模,在VIRTOOLS中对模型进行包括光线、材质、显示比例、坐标等模型属性的调整并利用VIRTOOLS强大的交互功能完成交互拆装模型,实现对模型的拆装和交互操作,同时在ACCESS中建立维修指导数据库(包括设备的维修模型、设备结构树、模型的拆装说明、部件的检测修复等内容)并在相应的维修指导下完成各装置维修训练。
　　3.2 相关实现素材的制作技术
　　3.2.1二维动画的制作
　　二维动画是由一系列静止图像构成的,这些静止图像按一定顺序显示在用户的眼前,每个静止图像称为动画的一帧。汽车电器系统中,二维动画非常适合表现汽车电器电路原理和电流流向过程,在教学中使用动画能够收到良好的教学效果。如图2。
　　3.3 动画制作的思路
　　3.3.1汽车电器设备的结构分析
　　深刻理解汽车电器设备零件的结构特征和运动过程,同时分析卸件机构和顶出装置的工作原理与结构特征。
　　3.3.2电路分析
　　因为汽车电器电路是汽车检修重要说明,电路看不懂,更谈不上修车了,所以对电路正确分析对动画的制作显得尤为重要。
　　3.3.3建立模型
　　在AutoCAD2000中建立二维模型并保存为.def格式的文件以便在Flash5.0中调用。
　　3.3.4制作动画
　　在Flash5.0中导入相应的文件制作成动画。
　　3.4 三维动画制作软件:3DSMAX
　　三维图形是目前计算机领域研究和应用的热点之一,而三维动画设计制作则是计算机三维图形的重要应用之一。被誉为“三维造型及动画制作大师”的3DSMAX集众家之长。以其友好方便的界面、简易快捷的操作、细腻的画面、出色的渲染,尤其是展卷自如及能够根据计算机系统自动调整的自适应系统,在结合Windows平台的特点,给使用者一种全新的感觉,更是其他三维动画制作软件所不具备的。再者,3DSMAX采用面向对象的体系结构天衣无缝的结合,操作界面有机且统一;还有3DSMAX采用Heidi图形加速程序,是它能在无昂贵图形加速卡的同时,完全以软件本身来作即时的贴图着色模式渲染预览。3DSMAX己经开始具有向高档软件挑战的能力,勿庸置疑,3DSMAX是三位动画工作者的最佳选择。如图3。
　　但是,它也有一些显著的缺点。例如,有些造型过于复杂,不利于大量的动画制作。其自带的渲染功能还不够强大,并且耗时过长,同样不利于大量动画的制作与开发。于是,许多插件就纷纷出现,并提供了更为强大的功能,使得3DSMAX可以在同样的时间内、同样的配置下,作出更加逼真、生动的动画效果。在的开发过程中,使用了MultiCar、RealFlow等几个插件151。
　　3.5 图像处理软件
　　采用了windows附件中的画图、3DSMAx和Phootshop来制作图片。具体如下:在画图中制作比较简单的二维图形,利用3DSMAX来制作模型以展示各种立体结构,一些复杂的图形则使用AuotCAD绘制。然而3DSMAX和AuotCAD的图形输出能力较弱,3DSMAX可以生成清晰的位图文件(.bmP),但位图文件占用磁盘空间较大,而输出为占用磁盘空间小的JPEG文件则图片质量大为下降。同时图片可能还要进行进一步的编辑与加工,因此可以在3DSMAx和AutoCAD中直接输出位图文件,再利用Adobe公司的图形图像编辑软件Phooths来完成最后的编辑修改,并将其转换为JPEG文件。
　　3.6 录音及声音编辑软件
　　windows自带的“录音机”软件不仅时间短,录音效果不好,杂音大,而且其功能十分简单、不实用。snytrillium软件公司CooIEdit Por的录音基本上没有任何杂音,而且持续录音时间长,具有十分专业的各种功能。
　　3.7 文档编辑软件
　　本课件的文本编辑软件采用了offiecXP中的Word,其强大的版面设置、图文综合及公式编辑功能为我们制作课件中的文本素材提供了极大的方便。
　　3.8 虚拟维修训练中交互操作的实现
　　在虚拟维修训练中,交互操作是训练的关键,虚拟交互操作首先将CATIA中的模型通过3DXML格式输出到Virtools中,通过在Virtools中编程和编制相应的脚本实现。
　　4 虚拟技术应用于汽车电器检修教学中的总结
　　通过将虚拟技术应用于汽车电器系统检修教学,不仅使学生能够比较全面的掌握汽车电器设备的结构组成、工作原理,进行操作使用训练和维修训练,而且能够节约经费,具有十分重要的意义和广泛的应用前景。
　　
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