汽車領域計算機仿真技術探討

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汽車領域計算機仿真技術探討:汽車領域計算機仿真技術研究

【摘要】隨著控制理論、計算技術、計算機科學與技術的飛速發展,系統科學研究的深入,計算機仿真技術已經逐漸發展為一門新的學科。信息處理技術的突飛猛進,更使得仿真技術得到了迅速發展。計算機仿真技術是分析和研究系統運行行為、揭示系統動態過程和運動規律的一種重要手段和方法。本文分析了轎車產品的特點，研究了計算機仿真技術在轎車全生命周期中不同階段的應用現狀，以及相關技術思想的發展。

【關鍵詞】計算機；仿真技術；轎車；發展

1前言

計算機仿真技術是一門利用計算機軟件模擬實際環境進行科學實驗的技術。它具有經濟、可靠、實用、安全、靈活、可多次重復使用的優點,已經成為對許多復雜系統進行分析、設計、試驗、評估的必不可少的手段。它是以數學理論為基礎,以計算機和各種物理設施為設備工具,利用系統模型對實際的或設想的系統進行試驗仿真研究的一門綜合技術。

2計算機仿真技術的發展

計算機仿真技術主要是隨著計算機技術、計算技術、圖形圖像技術、復雜系統建模技術和專業建模技術的發展而發展的。從歷史上看,計算機仿真大致經歷了四個發展階段:

2.1模型試驗

最原始的仿真思想,其模型試驗是基于物理模型進行的,缺乏柔性和精度。

2.2數字化仿真

采用計算機進行分析計算,但是計算結果表達局限于記錄文件和圖表上,缺乏直觀形象。

2.3圖像化仿真

大量采用豐富的圖形圖像技術來表達仿真結果,如三維圖形。

2.4虛擬現實技術

不光采用三維圖形技術表達計算結果,而且采用特殊裝置,如戴上三維數據頭盔,觸摸儀器等,使人有身臨其境的效果。

3計算機仿真技術的關鍵

目前,計算機仿真計算的關鍵技術主要包括:

3.1面向對象的仿真

(object-OrientedSimulation-OOS)其主要是將整個系統的功能設計和實現歸屬為對對象的操作及對象信息的彼此綜合利用來實現,對象間信息的傳送引起了系統的活動。

3.2分布交互仿真

(DistributedInteractiveSimulation-DIS)主要是通過計算機網絡將分散在各地的仿真設備互連,構成時間與空間互相耦合的虛擬仿真環境。

3.3智能仿真

(IntelligenceSimulation-IS)主要是以知識為核心和人類思維行為作背景的智能技術,引入整個建模與仿真過程,構造各處基本知識的開發途徑。是人工智能(如專家系統、知識工程、模式識別、神經網絡等)與仿真技術(如仿真模型、仿真算法、仿真語言、仿真軟件等)的集成化。

3.4人機和諧仿真

主要包括可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現實仿真。[1]

4計算機仿真技術在汽車領域的應用

汽車產業是我國的支柱產業之一，具有極大的發展潛力。尤其是在轎車生產方面同其他發達國家相比還有很大差距，入世必然會對我國的民族轎車工業產生一定的沖擊。為了抵御這種沖擊，迫切要求我們認真分析世界轎車工業發展的新趨勢，學習和借鑒其中的新思想和新技術，使我國的轎車產業能夠順利地同國際接軌，爭取在未來的競爭中處于有利的位置。目前世界轎車工業的激烈競爭集中反映在降低生產成本上，即以價格優勢去爭奪市場。圍繞著成本的降低，出現了許多新的發展趨勢，如開發周期縮短化、生產管理精益化、目標成本控制化、零部件采購全球化等等。在這種情況下，傳統的轎車設計開發過程顯得周期過長、成本過高、而且效率低下，已經很難適應激烈的市場競爭的需要。為了解決這些問題，各種新的思想和技術紛紛出現，并被各大轎車生產廠家所采用，其中計算機仿真技術就是被廣泛應用的技術之一。仿真技術是出自對系統研究的需要，用系統的模型對真實的或設計中的系統進行試驗，以達到分析、研究和設計該系統的目的而計算機仿真就是利用現代計算機技術，對待分析的系統進行數字建模，并根據需要編制相應的程序對系統模型進行仿真分析的過程。計算機仿真技術為轎車產品的設計開發提供了強有力的工具和手段。通過將計算機仿真技術全面應用于轎車產品的設計開發過程，使得在設計階段即可以對產品的全生命周期進行分析和測,[2]從而保證了產品的制造要求、使用要求、維護要求、銷毀要求等。由于其先進性和革命性，計算機仿真技術已經得到汽車界的廣泛重視。如福特公司第一輛樣車定型之前，已經完成了全部仿真分析的95%以上，可以在工程開發階段節省四千多萬美元，在制造階段節省超過十億美元。通用公司由于在轎車設計開發過程中全面采用了計算機仿真技術，使得開發時間由原來的39個月減少到24個月奔馳汽車公司1998年之前已經完成了數字化轎車的設計，并實現了較強的虛擬顯示技術，可以在設計階段對轎車的總體性能匹配和車身系統布置設計等進行仿真分析、評價和改進。

4.1計算機仿真技術在轎車方案階段的應用

方案階段的主要任務是根據市場的發展和客戶的需求等信息進行需求定義，包括參考樣車選型、系統功能定義、技術經濟評價等等。在方案階段實際系統并不存在，設計人員根據不同的功能模型建立系統的動態模型，以便于比較不同方案的優劣。盡管此時模型的粒度較粗，但仍可為設計人員提供不同方案下的比較分析結果，并為進一步的設計提供決策依據。例如，轎車的技術經濟評價就是在方案階段，對轎車產品的技術質量信息、成本信息以及競爭對手信息進行建模，并在此基礎上運用合適的理論方法綜合處理這些模型，從而產生出可以對設計、管理與決策提供依據的綜合知識。

4.2計算機仿真技術在轎車設計階段的應用

在轎車的設計階段，各種CAD/DAE工具已經得到廣泛的應用，具有比較完善的數字化基礎。因此這個階段的仿真活動是同這些計算機輔助工具緊密結合的，甚至可以直接將CAD產品模型作為仿真模型輸入，即由CAD軟件來完成仿真建模工作，實現了部分的信息集成。這種信息集成是以一些圖形信息交互標準為基礎的，常用的格式有IGES、STEP等。但在實際使用時，由于各種軟件對這些標準支持程度的差別，某些情況下CAD模型直接導入到仿真軟件中會產生部分信息丟失現象，需要進行必要的修補工作后才能進行仿真分析。隨著信息集成技術的發展，這些問題將會得到很好的解決。[3]

4.3計算機仿真技術在轎車制造階段的應用

這里的制造主要是從技術角度出發，對產品的制造工藝的進行數值模擬與優化，對制造裝備的進行數值模擬與改進。典型的如轎車車身覆蓋件沖壓成型工藝的數值模擬、模具型面拋光仿真等等。以轎車車身覆蓋件沖壓成型工藝為例，轎車中金屬沖壓件占到總重量的3/4，整個轎車的開發周期中，近40%的時間用于車身的設計和定型。采用傳統的試錯方法來解決沖壓成型中的工藝問題已經無法滿足現代轎車生產的需要。[4]在計算機仿真技術的支持下，通過在計算機上建立數字化模型，用有限元方法進行成型模擬，可以全面了解板料在成型過程中的應力、應變及厚度分布，預測成型缺陷，從而給設計人員提供進行工藝分析和模具設計的科學依據。通常所用的仿真/分析軟件有CATIA、ANSYS、ADAMS、SIMPACK等。在西方發達國家，板料沖壓成型的數值模擬技術已經稱為縮短模具產品研制周期、提高產品質量、降低生產成本的必不可少的手段和工具。

4.4計算機仿真技術在轎車生產線階段的應用

計算機仿真技術在轎車生產線階段的主要應用包括確定生產管理控制策略、車間層的設計和調度、庫存的規劃管理等。其中用于生產管理控制策略的仿真包括確定有關參數以及用于不同控制策略之間的比較；用于車間設計和調度的仿真主要用于對各種可能方案進行分析評價，進而選擇出最優方案；用于庫存管理的仿真主要目的為確定訂貨策略、確定訂貨點和訂貨批量、確定倉庫的分布、以及確定安全庫存水平等等。[5]

4.5計算機仿真技術在轎車銷售階段的應用

在轎車的銷售階段，可以根據收集到的客戶和對手的信息，通過計算機仿真手段來分析和比較各種方案，進而調整市場價格、制訂銷售策略等等。[6]

4.6計算機仿真技術在轎車使用階段的應用

轎車的使用階段，可以通過計算機仿真技術對用戶進行駕駛培訓、維修培訓等。同生產設計階段的仿真相比，這種面向用戶的仿真大量應用了虛擬現實技術，由計算機全部或部分生成的多維感覺環境，使參與者產生沉浸感。通過這個虛擬環境，人們可以進行觀察、感知和決策等活動。[7]

4.7計算機仿真技術在轎車回收階段的應用

在回收階段，計算機仿真技術可以用于對產品拆卸分解過程提供決策支持。嚴格的說，產品的可拆卸性應該是在設計階段就予以考慮的因素。產品材料的使用和產品結構的合理性，直接影響廢舊產品的可拆卸和回收價值。利用計算機仿真技術對產品回拆卸序列的分析和優化，可以對現有產品給出最大回收價值的拆卸方案。

作者：孫斌 單位：沈陽理工大學汽車與交通學院

汽車領域計算機仿真技術探討:汽車催化器設計中計算機仿真技術的應用

[摘要]

隨著汽車發動機及排放技術的發展，催化器的設計也對工程師提出了越來越高的要求，本文主要介紹了計算機仿真技術，特別是CAE和CFD技術在汽車催化轉化器設計中的應用。CAE以及CFD技術的應用，大幅縮短了汽車催化器設計的周期，且降低了設計成本，使催化器產品的可靠性得到顯著提升。相關的分析工作表明催化器支架設計前，應首先對整體結構的模態進行評價，根據振動形式的分布來確定支架的布置方向；流場的合理性對產品的性能產生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉彎半徑導致的紊流現象。

[關鍵詞]CAE；模態；剛度；沖壓工藝

1前言

近年來，隨著汽車產業的高速發展，汽車已經走進眾多的家庭，正逐步從奢侈品變為城市生活的必需品。汽車產業的發展帶給人們出行便捷的同時，也帶來了日益嚴重的環境問題，對人體健康造成了損害[1]。因此尾氣排放成為了評價整車性能的重要標準。國Ⅳ、國Ⅴ排放標準的制定和執行，愈發體現出了催化器對整車性能的重要性，隨著發動機技術的不斷發展，對催化器的設計也提出了更高的要求，緊耦合式歧管、渦輪增壓技術都使催化器的結構朝著異形化的方向發展，催化轉化器在設計中不但要滿足高溫、強震動下的剛度要求，更要實現最優化的內部流場結構。

2模態分析對結構設計的影響

作為汽車發動機排氣系統的重要組成部分，催化器決定了汽車排放性能的優劣。隨著汽車排放標準的不斷提升，催化器的位置也越發靠近發動機熱端，目前常見的排放系統，常常將催化器布置在發動機排氣歧管或是渦輪增壓器的出口位置，這也使得催化器處于高溫、強振的工作環境中。為了滿足排氣系統的使用壽命的要求，在催化器的設計階段，就必須考慮結構的強度、剛度和耐久性能，而這其中，催化器的模態對催化器的性能至關重要，目前的四缸發動機設計準則中，一般要求催化器在高溫下的一階模態達到210Hz[2]。

2.1邊界條件的設定

2.1.1溫度邊界條件催化器是一種典型的流固耦合模型，尾氣的高溫對催化器的性能有很大的影響，根據材料力學性能的試驗數據，800℃時的不銹鋼材料性能大約只有常溫下材料性能的1/6，因此進行模態分析時必須要考慮溫度場帶來的影響。由于發生化學反應，使得載體區域壁面溫度較高，約為800~900℃，非載體區域的壁面溫度在400~500℃之間。

2.1.2材料屬性的定義在模態計算時，需要定義的材料屬性有彈性模量、泊松比以及材料的密度，這其中彈性模量隨溫度的升高會產生明顯的下降。通過實驗手段測得不銹鋼材料彈性模量隨溫度的變化關系，根據實驗數據曲線擬合成二次多項式：將此公式作為模態分析時彈性模量的輸入。材料的密度隨溫度的變化并不明顯，因此按照常溫下的材料密度值進行設定，泊松比一般取在0.2~0.3之間。對于排氣管內的氣體，假設其為理想氣體，是單向的牛頓流體，在進行計算時，設定其可壓縮性對計算結果會產生明顯影響，馬赫數MH=V/a，V為當地速度，a為當地音速；當MH＜0.3時，為不可壓縮，當MH≥0.7時肯定為可壓縮流體，如果用不可壓縮法計算，結果就會有明顯的差別[3]。

2.2計算結果

2.2.1初始設計結構在初始設計中，考慮到發動機安裝空間的情況，將催化器支架設計成為圖1中右側的結構，該支架與中間段軸線呈傾斜布置，該方案的一階模態160Hz，沒有達到催化器的設計要求。而在后續的臺架試驗中，催化器的確在在中間段位置出現了多次斷裂。說明該設計方案的確不能滿足剛度要求。改進方法主要針對催化器支架進行，通過對支架的位置、走向進行優化及整體剛度的調整[4]。

2.2.2改進方案將支架設計成了對稱的“雙L”型結構，并且支架的布置方向與中間段軸線垂直。該支架作用下的整體模態達到300Hz，滿足設計要求，并且支架沒有增加安裝孔位，便于裝配。該方案在臺架試驗中也取得了良好的效果，200小時振動耐久試驗以及250h熱沖擊試驗均達到了滿意的效果；另外，良好的裝配工藝性，也在后續的量產中收獲了不錯的效果，裝配效果更加穩定。

2.3模態計算與支架設計

通過多個類似催化器支架的設計，得到這樣的設計經驗：支架的走向對整體結構的模態有明顯的影響。產品振動的角度和中間段軸線基本垂直，這恰好與改進方案中的支架走向一致；而初始設計方案中的支架走向與催化器主體結構的振動方向存在一定的角度，從而影響了支架的效果，使剛度無法滿足要求。因此，我們在催化器支架的設計初期，首先要關注主體結構的振動形式，并根據振動的方向來設計支架走向，保證催化器支架能最大限度的提升整體結構的剛度。

3CFD分析對催化器流道設計的影響

催化轉化器的內部流場結構會對排氣性能產生很大影響，在設計時需要充分考慮流場對氣流走向、壓力損失、流速均勻、載體前端流場偏心等參數的影響。在早期的排氣系統設計中，設計師更多通過經驗來判斷流場的結構是否合理；而隨著CFD技術的不斷發展，人們已經能通過計算機仿真來真實的模擬流場內部的氣流情況。圖2是某渦輪增壓發動機催化器的設計方案，由于裝車環境的限制，流場在前錐出現較大拐角。通過CFD分析，我們得到了圖2所示的流場分布結果。能夠看出，流場在載體及后錐等部分氣流速度分布規則、流場均勻，而在前錐位置，由于過大的拐角，導致氣流在拐彎后的錐形區域形成渦流。載體前部渦流會影響流入載體截面氣流的均勻性，影響催化轉化效果；另外，嚴重的渦流可能會加快襯墊的吹蝕，造成載體堵塞等嚴重失效。因此，我們對催化器前錐進行了優化，我們發現，氣流在拐彎后沒有足夠的直線管道來幫助氣流方向恢復穩定，因此優化時應該考慮在拐彎后增加適當的直線管路；另外，氣流在拐彎內側部分氣流速度最大，并在該處形成離心現象，導致后方氣流整體向下偏移，影響載體截面氣流的偏心率，所以增大拐彎半徑，降低氣流的離心現象，也會對整體氣流有優化作用；最后我們發現，過大的錐形區域也給渦流的產生提供的空間，設計時合理的減小該錐形空間，能夠減小渦流產生的規模，提高整體流場的穩定性。根據該思路，對催化器前端的結構進行了優化，綜合考慮各個因素后，將載體向后平移了15mm，這樣就為催化器前端創造了更大的空間，考慮到盡量減小錐形區域，因此設計成圖3所示相對扁平的錐體結構，再配合一根弧度更大的彎管，完成了優化后的方案。優化后的流場在催化器前端的流動更加平穩，由于彎管的弧度增大，氣流在拐彎前后的分布更加均勻，錐形空間的減小也大大限制了渦流區域的影響，通過進一步計算，該方案氣流在載體截面的均勻度為0.98、偏心率為0.1，應該說流場的分布情況滿足了設計要求。

4結論

1）在催化器支架設計時，應充分考慮整體結構在發動機上的布置形式、布置方向及其隨發動機工作時的主要振動方向，催化器的主要振動方向是其剛度的薄弱方向；

2）催化器支架設計前，應首先對整體結構的模態進行評價，通過CAE手段得到其整體結構在各階固有頻率（主要是一階固有頻率）下的振動形式，根據振動形式的分布，來確定支架的布置方向；

3）流場的合理性對產品的性能產生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉彎半徑，小半徑彎管不但工藝實現比較復雜，對流場的均勻性也帶來不利影響；另外，在角度突變的區域應該避免出現較大錐形空間出現。

作者：董曉菲 單位：天津卡達克汽車高新技術公司

汽車領域計算機仿真技術探討:汽車理論教學中計算機仿真技術的應用

1課程教學方法探討

汽車理論是一門涉及內容較多、理論性很強、綜合多個學科的專業課程，不同于其他汽車專業課程那么形象直觀，學生普遍反映難以掌握。根據課程教學內容及其特點，選擇適用的教學方法是提高教學效果的關鍵。對于基本概念、工作原理、受力分析圖、曲線圖、數據表以及一些結論性的知識點，可以采用多媒體中的文字、圖表和動畫等方法展示，既可達到直觀明了的效果，又可提高教學效率。涉及公式推導和受力分析內容的，宜采用傳統的黑板板書教學方式。因為傳統的黑板推演過程更能容易引導學生進行邏輯思維和抽象思維，對得到的結論印象也會更加深刻。對于比較復雜、抽象的教學內容，可以應用計算機仿真平臺通過動畫視頻，以及現場調取模型進行分析等方式輔助教學，將其形象化以提高學生的感性認識，避免了讓教師空洞地陳述、學生想象地去理解的局面，從而提高教學效果。對于汽車性能實驗，特別是汽車的操縱穩定性和平順性實驗，由于實驗條件的限制多數無法開展。而通過應用計算機仿真技術可以設計與實施一些虛擬仿真實驗，從而彌補了實驗教學內容的不足。汽車理論課程除理論教學和實驗教學內容之外，一般還附帶課后作業、課外大作業、課堂演講以及后續汽車理論課程設計等環節，由于課后題目一致、項目任務單一、可用的計算工具也比較局限(常用Excel或Matlab)，往往造成大量抄襲，不利于學生能力的培養與公正的評價。可以考慮以項目為驅動將多種計算機仿真技術融入實踐教學環節，以加深學生對理論知識的理解，并激發學習和研究的興趣。在教學過程中，需要根據具體的教學內容選擇恰當的教學手段，結合傳統教學方法與現代教學方法，使其發揮各自優勢才能獲得更好的教學效果。

2計算機仿真技術應用方法探討

在汽車理論教學中，合理應用計算機仿真技術將對課程的教學和學生的學習效果、對后續課程設計與畢業設計，以及對學生工程軟件應用能力的培養帶來很大的幫助。下面將從如下幾點探討其應用方法：

2.1建立汽車性能仿真分析輔助教學模型庫

首先應根據汽車理論教材，結合學生的具體理解情況，合理選擇應用點，對某些重點、難點以及不易講述的地方，考慮能否應用計算機仿真技術進行輔助教學。應用計算機仿真軟件建立汽車性能仿真分析實例庫與模型庫，在課程教學中可以隨時調用視頻錄像與仿真模型，將汽車的一些結構運動、參數調整、性能分析、曲線變化等復雜問題在課堂中進行動態仿真演示。這樣老師就可以方便地進行講解，并給學生提供了直觀、形象的過程與結論，學生理解起來會更容易。同時在教學過程中，向學生展示計算機仿真技術在汽車領域的應用，還可激發學生利用相關軟件對理論知識進行學習和應用，為后續課外實踐、課程設計、畢業設計等環節打下基礎。由于課程所涉及的應用點可能較多，所以模型庫建設之初，工作量較大，不過這對學校精品課程建設和直接改善課程教學效果來說是十分必要且一勞永逸的。

2.2各種仿真軟件在專業教學中的優勢

根據不同計算機仿真軟件的專業優勢，合理應用于汽車理論教學中，使復雜問題的分析變得直觀、清晰，并能激發學生的學習興趣。Matlab軟件是進行汽車性能計算的常用工具，具有強大的數值計算和圖形功能，可以方便地完成各種汽車性能的計算；同時，利用Matlab的數值計算函數和Simulink模塊，可以對汽車理論中復雜的過程進行仿真分析和求解。這些計算和分析的結果都可以通過Matlab提供的可視化手段呈現給學生，有助于清晰地闡釋抽象的概念。[4]車輛性能仿真軟件CRUISE是一款專門為汽車傳動系統匹配而設計的整車性能仿真軟件。模塊化的建模方式將整車分為發動機、離合器、變速箱、主減速器等汽車模塊，同時設有循環行駛工況、爬坡性能分析、穩態行駛性能分析等計算任務，可方便地進行傳統汽車、新能源汽車整車動力性、經濟性計算與動力裝置參數的匹配分析。與Matlab軟件不同的是，該軟件建模方便，不同的模塊參數和計算任務可以詳細、方便地進行設置，更加接近汽車實際模型，計算結果也更加精確。該軟件在汽車動力傳動系統仿真方面具有其他仿真軟件無法比擬的專業性和靈活性，在國內外汽車行業應用十分廣泛。ADAMS是一款在汽車行業應用較為廣泛的機械系統多體動力學仿真軟件，其中ADAMS/CAR模塊為一款整車設計軟件包，它能夠快速建造高精度的整車虛擬樣機模型，通過高速動畫，直觀地再現各種虛擬實驗工況下整車的動力學響應，大大減少了對物理樣機的依賴。在汽車理論教學中，可通過ADAMS/CAR在虛擬環境中實現懸架、轉向系統的運動分析，同時還可進行汽車操縱穩定性和平順性等相關的仿真實驗，解決了由于客觀條件限制不能進行的實驗教學環節。另外，在汽車仿真技術研究領域還有ADVISOR，CarSim/TruckSim等工程軟件，憑借自身的優勢和特點，應用也較為廣泛。2.3計算機仿真技術在項目驅動實踐教學模式中的作用目前多數汽車理論教學進行的課后作業、課外大作業和汽車理論課程設計，以Matlab軟件應用較為廣泛。通過Matlab軟件進行編程計算可對汽車的多項性能進行分析，但是應用Matlab使學生過多偏重于公式計算與編程，具有一定的局限性。而且，單一的課題任務往往伴隨大量的抄襲，不利于學生獨立解決問題與公正的評價。以多類課題項目為驅動將不同計算機仿真軟件應用于汽車理論各個實踐教學環節，可解決上述問題。[5]實施過程中，需要構建多個貼合汽車實際使用性能的課題項目，并以同類型仿真軟件的應用進行分組學習和指導，使學生在項目學習及完成過程中加深對理論知識的理解及實際應用，激發學生實際分析問題、解決問題的能力。

3計算機仿真技術應用實例

3.1Matlab軟件應用實例

汽車的動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。其中，在繪制一下曲線圖，如驅動力-行駛阻力平衡圖時，以往的教學方法基本是課堂講授曲線的作圖方法，給一個課本已經繪制好的某車型的曲線，然后由曲線分析汽車各檔的驅動力的變化。可根據發動機轉矩擬合公式、驅動力計算公式、行駛阻力計算公式及車速計算公式，

3.2CRUISE軟件應用實例

利用CRUISE軟件模塊庫，可快速搭建傳統汽車及新能源汽車動力傳動系統仿真模型，通過設置計算任務，對整車動力性、經濟性等進行仿真計算。同時，軟件自身也提供了多種汽車模型模板，便于初學者進行學習。圖3為軟件自身提供的傳統后輪驅動汽車(FR)動力傳動系統仿真模型，通過設置計算任務，可得到豐富的有關汽車動力性、經濟性的文本和圖表結果分析文件。為設置UDC循環工況后，計算得到的發動機工作點分布示意圖，可對發動機與整車動力裝置參數進行匹配分析提供依據。

3.3ADAMS軟件應用實例

在汽車理論教學中，可通過ADAMS/CAR在虛擬環境中實現汽車操縱穩定性和平順性等相關的仿真實驗，解決實際實驗條件限制帶來的問題。在ADAMS/CAR中用戶可以通過模板自行創建模型，也可調用共享數據庫中的系統或整車模型進行仿真分析。以汽車操縱穩定性中的單移線實驗為例，對某車整車操縱穩定性進行了虛擬仿真。可根據標準設置實驗條件，通過仿真計算，將實驗結果以動畫、曲線圖等方式展現。ADAMS/CAR所提供的仿真實驗平臺，可使學生方便地進行各種有關操縱穩定性、制動性、平順性虛擬實驗，彌補了實驗教學內容的不足。

4結束語

將計算機仿真技術應用到汽車理論教學，可以使教學質量得到明顯提高。形象、生動的仿真模型分析與演示，既便于老師的講述，又使學生對理論知識有了深刻的理解，克服了客觀實際條件對理論教學的制約，同時也能培養學生對相關軟件學習的興趣與應用能力。當然充分利用多種計算機仿真工程軟件的優勢來輔助教學，還需要大量的準備工作，但考慮到對教學效果的提高改善與學生理論知識的學習，這將是十分必要。

作者：周紅妮 王保華 馮櫻 單位：湖北汽車工業學院汽車工程學院

汽車領域計算機仿真技術探討:汽車實訓教學下計算機仿真技術應用

1需求分析

1.1現階段維修汽車維修實訓教學成本分析

1）實訓室成本

現代“理論-實踐一體化”汽車維修類專業教學的關鍵就是將實訓室變成教室，而能真實模擬汽車維修企業的實訓室由以下幾個部分組成，首先是場地，其次是場地裝修。對于有些汽車總成或部件，需要對其進行切割改裝，這類教學用部件由于額外的改裝費用比購買這些總成部件的費用更為昂貴。另外還需要為展示這些教學設備購置如支架，電子操作平臺等。除了上述設備外，還需要購置用于檢測、拆裝和維修的配套工具。主要的檢測工具是與車型相匹配的車用檢測儀，主要的維修、拆裝工具是原廠工具和通用工具。一套完整的檢測、維修專用工具價格都在數十萬元左右。

2）教學材料成本（日常使用）

教學材料成本主要由油耗和易耗品組成。在油價日益上漲的情況下，成本上升也逐步顯現。帶有緊固部件的相關配件，如：汽油濾清器、機油濾清器在日常教學中因反復拆裝，而導致的損耗也是非常大的。

3）師資成本

在理論教學過程中，一名教師可以完成一個班級的理論講授。而在進入到實訓環節后，往往會將學生分為若干小組，每個小組配備一名專業教師，同時授課，師資成本則相應提高。

1.2傳統實訓教學中的主要問題在現階段傳統汽車實訓教學手段下或多或少都存在以下一些問題：

1）實訓設備損耗大，投入成本大

從實訓教學的角度來看，學生要掌握汽車維修某一項技能，都要經歷“初步認知—基本完成—熟練操作—靈活運用”四個階段。其中，學生畢業后在生產崗位上經過一定時間的維修經驗積累才能達到第四階段，本文對此暫不做討論。從上述的成本分析來看，由于維修工藝不熟悉、工具使用不恰當、誤操作等原因，使學生在第一、二階段中必須經過反復多次實際操作才能達到第三階段水平，因此一、二階段中所投入的成本是最高的。

2）實訓教學安全性不足

由于汽車大多部件為金屬材料，且可進行高速的機械運動，加上學生對知識探求而產生的好奇心理，容易導致盲目操作而發生教學事故。另外，由于實訓設備有限、學生人數眾多，造成教師在教學過程中不能全面管理而產生疏忽導致事故發生。

1.3應用計算機仿真技術優勢

隨著計算機技術及多媒體技術的發展，計算機輔助教學可以充分發揮其優勢，實現資源的優化配置。相關職業院校近年來已經在計算機多媒體教學上取得了一定的成果。各院校大多具備有一定規模的多媒體教學設施，教師可以在教學中使用專業相關的多媒體課件，學生樂于接受多媒體教學這一手段。但是大多數的多媒體教學課件，僅能在教學中起到演示作用，缺乏與學生的互動功能，僅能理解為對傳統板書的影像演示。利用計算機仿真手段，制作類似于3D游戲的系統操作界面，使用人機交互的方式，將汽車，如發動機，各個部件的拆卸，檢修，裝配，調整等實驗結合在一起，通過計算機進行虛擬操作。學生通過該平臺可模擬汽車發動機拆裝檢修、整車排故等操作，同時可配備了大量的教學資源以供學生在拆裝過程中隨時查閱，從而更好的掌握實際操作的要領及操作步驟。由計算機仿真技術開發的模擬系統，可具有較好的擴展性，根據不同的需求，進行相應的修改即。如根據車型更新、等級工考核、企業員工培訓等方面的變化進行適時調整。從而為解決教育投入不足，而引起的學生人數與實訓設備臺套數不匹配等問題提供具有可行性的解決途徑。

2可行性分析

2.1計算機仿真實訓系統涉眾及用戶類型分析

1）涉眾分析：

該平臺的涉眾主要包括對應部門管理者，使用的教師及學生。

2）用戶分析：

該平臺用戶類型主要包括學生及教師，用戶說明及職責等見表2簡述。

2.2系統開發簡述

利用AS3作為開發工具，以SWF動畫文件的呈現系統界面，穩定性較高。在系統中涉及的零件及工具模型可使用3DMAX三維建模完成，導入flash庫中作為元件，立體感強，外形逼真。在開發過程中，類文件獨立，分別與源文件綁定，完成相應功能。源代碼及源文件建檔清晰易查。在系統升級時，類文件以及部分源文件可以繼續使用（場景、元件等），進而降低了維護成本。在硬件方面，用戶單機版對用戶機要求不高，普通的計算機都能夠滿足需求。

3小結

在汽車實訓教學初期，利用計算機仿真模擬系統來部分替代實物實訓操作作為輔助教學手段，不僅可行而且具有顯著優勢。仿真系統可以降低教學成本，提高學習效率，今后也將是大勢所趨。隨著計算機技術的不斷發展，建模成本及開發成本有望進一步降低，且更具有互動性和真實感的模擬系統將會不斷的推陳出新,并投入到實際應用中去。

作者：奚德琳 單位：上海市交通學校信息中心