談新能源汽車變速器學習系統(tǒng)設計

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摘要：為了輔助新能源汽車變速器的教與學，提高汽車專業(yè)學生的學習興趣，應用UG及3dsMAX工具，構建了新能源汽車變速器虛擬模型資源，然后利用該模型資源，應用虛擬仿真技術，基于Unity3D平臺，設計了一款新能源汽車變速器的虛擬學習系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現了用戶操作、結構展示和虛擬實訓拆裝等功能，是一種輔助實訓教學的有效學習資源。

關鍵詞：虛擬學習系統(tǒng)；新能源汽車；變速器

1引言

近幾年來，VR技術（虛擬現實技術）在醫(yī)學、地質、環(huán)境、機械、計算機、建筑、汽車等多個領域得到了快速應用，解決了一些教學、研究及實驗訓練等方面的問題。基于虛擬現實技術，王健君等[1]，黃鋒等[2]，張濤等[3]，國大亮等[4]將其應用于醫(yī)學實驗與教學；朱宗奎[5]對地質專業(yè)教學進行了探析；姜萍等[6]將其應用于發(fā)電實驗教學；魏娜等[7]對水利水電專業(yè)教學進行了探析；王龍庭等[8]將其應用于工程機械實驗教學；李洪亮等[9]將其用于云計算技術實驗教學；孫育英等[10]將其應用于建筑環(huán)境與能源專業(yè)實訓教學。鑒于虛擬現實技術與新能源汽車教學方面的研究較少，且新能源汽車實訓教學中存在的一些問題，本文以新能源汽車變速器為研究對象，設計了新能源汽車變速器虛擬學習系統(tǒng)。

2系統(tǒng)構建

在新能源汽車學習過程中，新能源汽車變速器的學習和實訓是非常重要的教學內容。實際上，學生將抽象的汽車零部件理論知識轉換到實際的操作，存在著一定困難。且由于受汽車零部件資源、實訓工具、實訓場地、教學經費、教學課時等各方面的限制，難以保障每個學生有足夠的空間和時間進行實訓。因此，使用者通過該學習系統(tǒng)要能獲得一定理論知識且能進行虛擬實訓。該系統(tǒng)具有：（1）仿真性。與實訓教室相似的環(huán)境和仿真的新能源汽車零部件模型，較高的模型仿真程度可增強實用者的沉浸感，提高使用者的學習效果；（2）可視化。使用者能夠多角度、多位置觀察，對新能源汽車變速器整體結構外觀及其所有零部件結構，產生直觀的認識；（3）交互性。學習能力不同的使用者可自行調整學習進度，且有較全面的提示功能，尤其是在進行錯誤操作時應給予提示；（4）重復性。使用者可反復進行學習；（5）引導性。有良好的教學引導流程，能調動學習者的學習興趣及積極性，順利的完成學習及虛擬實訓；（6）沉浸式體驗性。有比較美觀的場景、音樂以及流暢的操作體驗，讓使用者在操作學習系統(tǒng)時心情暢快、集中精神，不產生煩躁情緒。該新能源汽車變速器虛擬學習系統(tǒng)，是在汽車設計及汽車理論的基礎上，結合虛擬仿真技術、計算機多媒體技術，以直觀性、體驗性、沉浸性及透徹性的方式展示新能源汽車變速器，同時進行虛擬實訓學習。它更加貼合以學生為主體的教學方式，系統(tǒng)以“引導者”的身份幫助學生學習，具有更好的實訓教學效果。系統(tǒng)的架構設計如圖1所示：

3虛擬學習系統(tǒng)實現與展示

本文設計的虛擬學習系統(tǒng)，以新能源汽車兩檔變速器的設計過程為依據，構件模型資源，構建出新能源汽車虛擬學習系統(tǒng)。

3.1仿真模型資源構建

UG又稱NX，具有強大的功能板塊可以幫助用戶完成一些復雜的操作，不僅可以進行三維設計及模具設計等，還可以對復雜曲面及復雜結構進行編程[11]。而3dsMAX最顯著的特點是可堆疊的建模步驟、各種3D制作軟件的適配兼容性、強大的渲染功能等，使模型的仿真效果更好，推廣應用更方便。因此本文選擇了UG和3dsMAX軟件作為模型資源構建的工具，根據變速器設計數據構建了實訓室仿真環(huán)境模型和變速器零部件仿真模型。

3.2學習系統(tǒng)實現

根據虛擬現實技術的發(fā)展及新能源汽車變速器的特點，本文選擇Unity3D平臺作為該學習系統(tǒng)開發(fā)的引擎。Unity3D平臺是一款集3D視覺游戲、模型可視化、實時人機交互等功能的大型游戲開發(fā)工具，是一個能夠適配其他軟件的綜合而專業(yè)的引擎。將實訓室仿真環(huán)境模型和變速器零部件仿真模型轉換為FBX格式，作為資源導入Unity3D平臺，其中碰撞檢測是實現系統(tǒng)交互的關鍵，給零件添加網格碰撞器，防止對象互相穿透，給所有的障礙物添加靜態(tài)碰撞器。拆裝實訓模塊通過使用三個關鍵腳本實現，分別是控制模型移動、模型裝配信標及模型吸附動作，信標腳本即當模型移動到足夠近時，會觸發(fā)裝配命令，信標的位置即裝配位置。根據虛擬學習系統(tǒng)的總體架構，對變速器零部件展示模塊、拆裝實訓模塊、背景音樂模塊等功能進行設計，并編寫合適的腳本，同時通過腳本控制對象產生碰撞檢測和交互，進行打包及。圖2為該新能源汽車變速器虛擬學習系統(tǒng)的學習過程圖。

4結論

本文設計了一款新能源汽車變速器虛擬學習系統(tǒng)，該系統(tǒng)可滿足不同層次學生學習的需要，實現了用戶操作、結構展示和虛擬實訓拆裝等功能，具有仿真性、交互性、體驗性等特點，同時提高了學生學習汽車變速器的興趣，是一種輔助實訓教學的有效學習資源。

作者：蔣歡 陳麗 劉朝暉 馮丙寅 單位：邢臺職業(yè)技術學院