終于懂了什么是汽車“正向開發”和“逆向開發”

來源：第一電氣網作者：劉進

5月9日晚，老羅通過近三個小時的單口相聲，將最新的Pro手機帶給了人們，并創建了一個新的應用程序，該應用程序被定義為“iPhone伴侶功能”：Nut Pro不僅可以用作備份機，還可以為蘋果充電，即支持反向充電功能。

1500的起售價真的很感人，即使為主機購買一個移動電源也是值得的。

事實上，在電動汽車產品中，還有一種類似“反向充電”的功能，即雙向逆變器充放電技術。

雙向逆變器的充放電技術是什么？

逆變器是一種直流到交流的變壓器，通常由逆變器橋、控制邏輯和濾波電路組成，將直流電轉換為交流電。車輛逆變器可以將低壓直流電轉換成高壓直流電，然后將高壓直流電轉換成為新的交流電。電動汽車上的電機控制器將動力電池輸入的直流電轉化為三相交流電，這也是一種逆變器。

一般來說，雙向逆變器既可以實現AC到DC，也可以實現DC到AC，也就是說，它可以將電網的交流電變為直流電來實現充電，并將電池中的直流電反轉為交流電來實現放電。雙向逆變器充放電技術就是基于這一原理。

早在2013年，在比亞迪世界級的技術分析會上，比亞迪就向外界深入解釋了這項技術。比亞迪在中國申請了42項雙向逆變器充放電技術專利，并已應用于量產車（比亞迪唐和比亞迪e6）。

雙向逆變器充放電技術的應用場景

對于這項技術，比亞迪給出了三種應用場景：

V2G（車聯網）模式：電動汽車不僅可以通過電網充電，還可以向電網反饋電力，從而實現調峰填谷。例如，在夜間的低功耗時期，我們可以給電動汽車充電并將能量儲存在電池中，然后在白天的高功耗時期，將車輛連接到電網放電，并將儲存的電力反饋到電網，這將在一定程度上減輕電網的供電負擔，從而實現削峰填谷。目前，中國的峰值功率使用非常緊張。如果電動汽車在未來普及，也可以根據每輛電動汽車的作用在一定程度上穩定動力。電動汽車將不僅是一種駕駛工具，而且是一種有益于民生的動力傳遞工具。這也是比亞迪可以考慮的，讓汽車不僅僅是一輛汽車。

V2V（車輛對車輛）模式：車輛可以相互充電。電動汽車的充電范圍進一步擴大，可以作為應急救援車為因電量不足而無法行駛的車輛充電。例如，如果你駕駛的是比亞迪電動汽車，一輛在魯豫沒有電和故障的電動汽車，而你在附近找不到充電站，你可以伸出援手。在車對車充電模式下，充電容量可以在半小時內達到20千瓦時。

V2L（車輛對負載）模式：可實現車輛離網時單相/三相負載的功能。當家庭斷電或外出野外時，為家用電器提供可靠的電源支持。只要小于15KW，比如咖啡壺、電磁爐等電器，這項技術就可以為它提供單相交流電，為郊游錦上添花；

同時，它還可以為整個建筑提供三相交流電。當電網因自然災害或其他特殊情況中斷時，電動汽車將被改造成移動電站，并接入電網以備緊急使用。在生活中，雙向逆變器充放電技術可以說是家庭出行的利器。

理想與現實之間的差距

與制造手機不同，制造汽車不能只注重學習和唱歌。

以比亞迪為例。目前，最常見的雙向逆變器充放電技術仍在V2L模式下使用，它們大多在露營外出時為家用電器提供電力。對于V2V模式，它可以作為緊急功能保留。

然而，為了實現V2G支持電網的功能，需要有一定的硬件條件和穩定的電動汽車數量。目前，國內電動汽車市場剛剛出現，不可能實現明顯的調峰填谷。從本質上講，支持電網運營對車主來說沒有明顯的好處。如何解決進口此類硬件的成本，如何通過政策（如經濟效益）調動車主投資硬件接入的積極性，是控制公共電網資源的政府部門需要開展的工作；

當電動汽車的動力電池支持電網時，不可避免地會產生比平時更多的充放電次數，但電池的充放電時間是有限的。如果電池的壽命因接入網絡而縮短，那么大多數車主肯定不愿意接受。來源：第一電氣網作者：劉錦

5月9日晚，老羅通過近三個小時的單口相聲，將最新的Pro手機帶給了人們，并創建了一個新的應用程序，該應用程序被定義為“iPhone伴侶功能”：Nut Pro不僅可以用作備份機，還可以為蘋果充電，即支持反向充電功能。

1500的起售價真的很感人，即使為主機購買一個移動電源也是值得的。

事實上，在電動汽車產品中，還有一種類似“反向充電”的功能，即雙向逆變器充放電技術。

雙向逆變器的充放電技術是什么？

逆變器是一種直流到交流的變壓器，通常由逆變器橋、控制邏輯和濾波電路組成，將直流電轉換為交流電。車輛逆變器可以將低壓直流電轉換成高壓直流電，然后將高壓直流電轉換成為新的交流電。電動汽車上的電機控制器將動力電池輸入的直流電轉化為三相交流電，這也是一種逆變器。

一般來說，雙向逆變器既可以實現AC到DC，也可以實現DC到AC，也就是說，它可以將電網的交流電變為直流電來實現充電，并將電池中的直流電反轉為交流電來實現放電。雙向逆變器充放電技術就是基于這一原理。

早在2013年，在比亞迪世界級的技術分析會上，比亞迪就向外界深入解釋了這項技術。比亞迪在中國申請了42項雙向逆變器充放電技術專利，并已應用于量產車（比亞迪唐和比亞迪e6）。

雙向逆變器充放電技術的應用場景

對于這項技術，比亞迪給出了三種應用場景：

V2G（車聯網）模式：電動汽車不僅可以通過電網充電，還可以向電網反饋電力，從而實現調峰填谷。例如，在夜間的低功耗時期，我們可以給電動汽車充電并將能量儲存在電池中，然后在白天的高功耗時期，將車輛連接到電網放電，并將儲存的電力反饋到電網，這將在一定程度上減輕電網的供電負擔，從而實現削峰填谷。目前，中國的峰值功率使用非常緊張。如果電動汽車在未來普及，也可以根據每輛電動汽車的作用在一定程度上穩定動力。電動汽車將不僅是一種駕駛工具，而且是一種有益于民生的動力傳遞工具。這也是比亞迪可以考慮的，讓汽車不僅僅是一輛汽車。

V2V（車輛對車輛）模式：車輛可以相互充電。電動汽車的充電范圍進一步擴大，可以作為應急救援車為因電量不足而無法行駛的車輛充電。例如，如果你駕駛的是比亞迪電動汽車，一輛在魯豫沒有電和故障的電動汽車，而你在附近找不到充電站，你可以伸出援手。在車對車充電模式下，充電容量可以在半小時內達到20千瓦時。

V2L（車輛對負載）模式：可實現車輛離網時單相/三相負載的功能。當家庭斷電或外出野外時，為家用電器提供可靠的電源支持。只要小于15KW，比如咖啡壺、電磁爐等電器，這項技術就可以為它提供單相交流電，為郊游錦上添花；

同時，它還可以為整個建筑提供三相交流電。當電網因自然災害或其他特殊情況中斷時，電動汽車將被改造成移動電站，并接入電網以備緊急使用。在生活中，雙向逆變器充放電技術可以說是家庭出行的利器。

理想與現實之間的差距

與制造手機不同，制造汽車不能只注重學習和唱歌。

以比亞迪為例。目前，最常見的雙向逆變器充放電技術仍在V2L模式下使用，它們大多在露營外出時為家用電器提供電力。對于V2V模式，它可以作為緊急功能保留。

然而，為了實現V2G支持電網的功能，需要有一定的硬件條件和穩定的電動汽車數量。目前，國內電動汽車市場剛剛出現，不可能實現明顯的調峰填谷。從本質上講，支持電網運營對車主來說沒有明顯的好處。如何解決進口此類硬件的成本，如何通過政策（如經濟效益）調動車主投資硬件接入的積極性，是控制公共電網資源的政府部門需要開展的工作；

當電動汽車的動力電池支持電網時，不可避免地會產生比平時更多的充放電次數，但電池的充放電時間是有限的。如果電池的壽命因接入網絡而縮短，那么大多數車主肯定不愿意接受。簡單地說，逆向工程產品設計是根據現有的產品模型反向推導產品設計數據（包括設計圖紙或數字模型）的過程。從這個意義上說，逆向工程在工業設計中的應用已經很長時間了。早期造船業常用的船體放樣設計就是逆向工程的一個很好的例子。隨著計算機技術在制造領域的廣泛應用，特別是數字測量技術的快速發展，基于測量數據的產品建模技術已成為逆向工程技術的主要研究對象。通過數字測量設備（如坐標測量機、激光測量設備等）獲得的物體表面的空間數據需要使用逆向工程技術來建立產品的三維模型，然后使用CAM系統來完成產品的制造。因此，逆向工程技術可以被認為是將產品樣本轉化為三維模型的相關數字技術和幾何建模技術的總稱。逆向工程的實施過程是一個多領域、多學科的協同過程。

逆向工程和快速成型技術作為開發新產品、消化吸收先進技術的重要手段，可以滿足消化國外技術成果的要求。它們的出現改變了傳統的產品設計和開發模式，大大縮短了產品開發的時間，提高了產品開發成功率。

如今，各個行業越來越重視產品設計，以吸引客戶并最終在商業上取得成功。這一點在消費品的設計中尤為突出。尤其是在手機、數碼相機、汽車等行業。

第二，設計過程中正向工程和逆向工程的比較分析

顧名思義，逆向工程不同于正向工程的設計過程。它的過程依賴于從現有零件或產品原型的表面獲得的數據來建立3DCAD模型，而不是通過設計圖紙。

圖1：這兩種設計過程的主要區別在于，傳統的正向工程是從概念設計、產品規范到產品設計圖紙，而反向工程是基于測量數據來獲得3DCAD模型。

如圖1所示，兩種設計過程的主要區別在于，傳統的正向工程是概念設計、產品規范到產品設計圖，而反向工程是基于測量數據來獲得3DCAD模型。正向產品開發程序是指設計師根據產品規劃中設定的規劃和設計思路繪制草圖和效果圖，并根據效果圖制作手動模型，或構建CAD幾何模型，最后進行NC或RP（RapidPrototype）處理程序。然而，在引入逆向工程設計程序后，設計師仍然遵循產品設計規劃中設定的規范和設計思路，但效果圖或詳細描述不再是必要的程序。相反，他們會直接使用逆向工程對PU泡沫或油土模型的點數據進行掃描，然后將其交給CAD系統進行編輯和重建，最后進行NC或RP處理程序。從開發的角度來看，在這個過程中可以清楚地發現正向工程和反向工程之間的區別，如圖2所示。

圖2:

簡單的全過程逆向工程會產生以下問題：數據量大、數據檢索麻煩、表面定位、表面連續性控制等。通過采用混合設計過程，只需要通過局部逆向工程快速重構修改后的零件，從而縮短整個設計和制造過程。如圖3所示。

圖3

第三，逆向設計的基本過程

圖4汽車設計項目實際流程

逆向工程是數字技術、幾何模型重建技術和產品制造技術的總稱，這些技術轉化了……

將物理對象轉換為CAD模型。逆向工程是汽車產品開發的一種新方式。目前，基于CAD/CAM系統的數字掃描技術為逆向工程提供了強有力的支持。經過數字掃描和三維重建，可以通過數控加工快速制造模具，最終通過注射成型獲得所需的產品。通過逆向工程技術，在消化吸收先進技術的基礎上，建立和掌握自己的產品開發設計技術，進行產品創新設計是一條捷徑。

逆向工程的簡單過程是：用數字掃描設備掃描實體模型，將數據導入計算機，用逆向工程軟件處理獲得的點云數據、行進曲線、曲面和實體模型，并對實體模型進行修改，形成最終的三維模型。與正向建模相比，逆向工程建模更快、更高效。逆向工程團隊對計算機處理器、內存和顯卡的性能有著全面的要求，尤其是為了保證數據的實時采集和處理，必須配備高內存和強大的顯卡。

1.逆向工程結構體系

逆向工程系統主要由三部分組成：產品幾何形狀的數字化、CAD模型的重建以及產品或模具的制造。逆向工程的關鍵技術是數據采集、數據處理和模型重建。

逆向工程流程圖

（1） 數據采集

數據采集是逆向工程的第一步，其方法的正確與否直接影響能否準確、快速、完整地獲得物體的二維和三維幾何數據，影響重建CAD實體模型的質量，最終影響產品的質量。

圖6數據采集

（2） 數據處理

在重建CAD模型之前，必須對采集的一系列點數據進行格式轉換、噪聲濾波、平滑、對齊、合并、探頭半徑補償和插值等處理。

6

圖7使用CATIA軟件進行數據處理。

（3） 模型重建

將處理后的測量數據導入CAD系統，并根據之前創建的曲線和曲面構建原型CAD模型。

7

圖8重新建模

簡單理解汽車的逆向設計過程：通過復印機surf或Geomagic將實物產品分析并復制產品，以STL格式復制數據文件，并在Pro/E和其他三維軟件中輸入IGS繪圖的數據處理格式。如今，主要流行的三維CAD軟件是UG、IMAGEWARE、CATIA和I。

第四，舉例說明

（1） 逆向工程技術及其在福田重卡車身開發中的應用。

數據處理工作流程：處理掃描數據→ 組裝掃描的點云→ 使用點云生成初步曲面→ 處理和刪除噪聲點→ 根據處理后的點云和零件的特征，重構零件的三維表面和結構，得到零件的三維數學模型和線框圖。以下是福田重型卡車前壁的一個零件示例。

8

圖9拼接掃描點云圖像10掃描點云以生成初步表面。

9

圖11刪除噪聲點后掃描點云

0

圖12根據點云建立了零件的三維數學模型和線框架。

本文主要探討了當前設計流程布局規劃的合理性。結合實際工程中遇到的障礙和問題，提出了正向工程與逆向工程相結合的觀點，以優化設計流程，縮短產品開發周期。正向工程與逆向工程相結合，不僅可以解決相互作用的問題……

在設計過程中，設計與實體模型之間的聯系，也為設計師的概念分歧提供了可靠的物理平臺。在后續研究中，將更加關注新興技術、非接觸式掃描技術和虛擬現實技術的進一步應用。在整個設計過程中，虛擬與現實的交互是應用的重點。部分取代現有的實體模型，從而進一步縮短研發周期。提高產品競爭力。簡單地說，逆向工程產品設計是根據現有的產品模型反向推導產品設計數據（包括設計圖紙或數字模型）的過程。從這個意義上說，逆向工程在工業設計中的應用已經很長時間了。早期造船業常用的船體放樣設計就是逆向工程的一個很好的例子。隨著計算機技術在制造領域的廣泛應用，特別是數字測量技術的快速發展，基于測量數據的產品建模技術已成為逆向工程技術的主要研究對象。通過數字測量設備（如坐標測量機、激光測量設備等）獲得的物體表面的空間數據需要使用逆向工程技術來建立產品的三維模型，然后使用CAM系統來完成產品的制造。因此，逆向工程技術可以被認為是將產品樣本轉化為三維模型的相關數字技術和幾何建模技術的總稱。逆向工程的實施過程是一個多領域、多學科的協同過程。

逆向工程和快速成型技術作為開發新產品、消化吸收先進技術的重要手段，可以滿足消化國外技術成果的要求。它們的出現改變了傳統的產品設計和開發模式，大大縮短了產品開發的時間，提高了產品開發成功率。

如今，各個行業越來越重視產品設計，以吸引客戶并最終在商業上取得成功。這一點在消費品的設計中尤為突出。尤其是在手機、數碼相機、汽車等行業。

第二，設計過程中正向工程和逆向工程的比較分析

顧名思義，逆向工程不同于正向工程的設計過程。它的過程依賴于從現有零件或產品原型的表面獲得的數據來建立3DCAD模型，而不是通過設計圖紙。

圖1：這兩種設計過程的主要區別在于，傳統的正向工程是從概念設計、產品規范到產品設計圖紙，而反向工程是基于測量數據來獲得3DCAD模型。

如圖1所示，兩種設計過程的主要區別在于，傳統的正向工程是概念設計、產品規范到產品設計圖，而反向工程是基于測量數據來獲得3DCAD模型。正向產品開發程序是指設計師根據產品規劃中設定的規劃和設計思路繪制草圖和效果圖，并根據效果圖制作手動模型，或構建CAD幾何模型，最后進行NC或RP（RapidPrototype）處理程序。然而，在引入逆向工程設計程序后，設計師仍然遵循產品設計規劃中設定的規范和設計思路，但效果圖或詳細描述不再是必要的程序。相反，他們會直接使用逆向工程對PU泡沫或油土模型的點數據進行掃描，然后將其交給CAD系統進行編輯和重建，最后進行NC或RP處理程序。從開發的角度來看，在這個過程中可以清楚地發現正向工程和反向工程之間的區別，如圖2所示。

圖2:

簡單的全過程逆向工程會產生以下問題：數據量大、數據檢索麻煩、表面定位、表面連續性控制等。通過采用混合設計過程，只需要通過局部逆向工程快速重構修改后的零件，從而縮短整個設計和制造過程。如圖3所示。

圖3

第三，逆向設計的基本過程

圖4實際……

汽車設計項目流程

逆向工程是將實物轉化為CAD模型的數字技術、幾何模型重建技術和產品制造技術的總稱。逆向工程是汽車產品開發的一種新方式。目前，基于CAD/CAM系統的數字掃描技術為逆向工程提供了強有力的支持。經過數字掃描和三維重建，可以通過數控加工快速制造模具，最終通過注射成型獲得所需的產品。通過逆向工程技術，在消化吸收先進技術的基礎上，建立和掌握自己的產品開發設計技術，進行產品創新設計是一條捷徑。

逆向工程的簡單過程是：用數字掃描設備掃描實體模型，將數據導入計算機，用逆向工程軟件處理獲得的點云數據、行進曲線、曲面和實體模型，并對實體模型進行修改，形成最終的三維模型。與正向建模相比，逆向工程建模更快、更高效。逆向工程團隊對計算機處理器、內存和顯卡的性能有著全面的要求，尤其是為了保證數據的實時采集和處理，必須配備高內存和強大的顯卡。

1.逆向工程結構體系

逆向工程系統主要由三部分組成：產品幾何形狀的數字化、CAD模型的重建以及產品或模具的制造。逆向工程的關鍵技術是數據采集、數據處理和模型重建。

逆向工程流程圖

（1） 數據采集

數據采集是逆向工程的第一步，其方法的正確與否直接影響能否準確、快速、完整地獲得物體的二維和三維幾何數據，影響重建CAD實體模型的質量，最終影響產品的質量。

圖6數據采集

（2） 數據處理

在重建CAD模型之前，必須對采集的一系列點數據進行格式轉換、噪聲濾波、平滑、對齊、合并、探頭半徑補償和插值等處理。

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圖7使用CATIA軟件進行數據處理。

（3） 模型重建

將處理后的測量數據導入CAD系統，并根據之前創建的曲線和曲面構建原型CAD模型。

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圖8重新建模

簡單理解汽車的逆向設計過程：通過復印機surf或Geomagic將實物產品分析并復制產品，以STL格式復制數據文件，并在Pro/E和其他三維軟件中輸入IGS繪圖的數據處理格式。如今，主要流行的三維CAD軟件是UG、IMAGEWARE、CATIA和I。

第四，舉例說明

（1） 逆向工程技術及其在福田重卡車身開發中的應用。

數據處理工作流程：處理掃描數據→ 組裝掃描的點云→ 使用點云生成初步曲面→ 處理和刪除噪聲點→ 根據處理后的點云和零件的特征，重構零件的三維表面和結構，得到零件的三維數學模型和線框圖。以下是福田重型卡車前壁的一個零件示例。

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圖9拼接掃描點云圖像10掃描點云以生成初步表面。

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圖11刪除噪聲點后掃描點云

0

圖12根據點云建立了零件的三維數學模型和線框架。

本文主要探討了當前設計流程布局規劃的合理性。結合實際工程中遇到的障礙和問題，提出了正反結合的觀點……

提出了工程學，以優化設計過程，縮短產品開發周期。正向工程和逆向工程相結合，不僅可以解決設計過程中設計與實體模型的交互問題，還可以為設計師的概念發散提供可靠的物理平臺。在后續研究中，將更加關注新興技術、非接觸式掃描技術和虛擬現實技術的進一步應用。在整個設計過程中，虛擬與現實的交互是應用的重點。部分取代現有的實體模型，從而進一步縮短研發周期。提高產品競爭力。

標簽：福田發現曼現代

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