ADAMS/Car 與MATLAB聯(lián)合仿真在《汽車?yán)碚摗方虒W(xué)中的應(yīng)用

張文燦

【摘 要】針對(duì)車輛工程專業(yè)課程《汽車?yán)碚摗分R(shí)交叉性和理論性都非常強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果差的問題，本文以汽車平順性為例介紹了ADAMS/Car與MATLAB聯(lián)合仿真在《汽車?yán)碚摗方虒W(xué)中的應(yīng)用，仿真軟件的應(yīng)用可以使力學(xué)分析直觀化、晦澀難懂的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模形象化、影響規(guī)律的圖形化和生動(dòng)化，大大增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的感性認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)其對(duì)授課內(nèi)容的理解，讓學(xué)生更加容易接受和掌握抽象的理論知識(shí)。

【關(guān)鍵詞】汽車?yán)碚?；仿真分析；ADAMS/Car；MATLAB

1 《汽車?yán)碚摗氛n程特點(diǎn)

《汽車?yán)碚摗肥擒囕v工程專業(yè)的核心課程之一，知識(shí)交叉性和理論性都非常強(qiáng)，在學(xué)習(xí)中需要掌握高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)與原理、汽車構(gòu)造與發(fā)動(dòng)機(jī)原理等多理論知識(shí)，涉及的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)非常寬廣。因此，《汽車?yán)碚摗氛n程學(xué)習(xí)對(duì)大部分學(xué)生來說感覺枯燥難學(xué)，在課堂上聽不懂，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高，甚至產(chǎn)生厭學(xué)、棄學(xué)等不良情緒，導(dǎo)致在教學(xué)中盡管對(duì)多種教學(xué)方法進(jìn)行嘗試和改進(jìn)，但教學(xué)效果提升依然不明顯，因此，有必要針對(duì)《汽車?yán)碚摗方虒W(xué)中存在大量的數(shù)值計(jì)算、推演及數(shù)學(xué)模型理論的特點(diǎn)，采用更加可視化的教學(xué)方法，使晦澀難懂的理論知識(shí)變得直觀易懂。

將《汽車?yán)碚摗返睦碚撝R(shí)與工程實(shí)踐結(jié)合起來，通過讓學(xué)生接觸到實(shí)際的汽車產(chǎn)品，并對(duì)汽車各性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，測試不同因素對(duì)其性能的影響作用，無疑使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解。然而，在對(duì)汽車各性能進(jìn)行測試的實(shí)驗(yàn)中，往往對(duì)設(shè)備儀器和測試條件有比較高的要求，尤其是汽車操縱穩(wěn)定性以及平順性的實(shí)驗(yàn)，普通高等本科學(xué)校很難具備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件，且在路試中涉及到學(xué)生的安全問題，這就決定了不可能大規(guī)模的應(yīng)用汽車實(shí)測實(shí)驗(yàn)來輔助理論教學(xué)。針對(duì)《汽車?yán)碚摗反嬖诖罅苛W(xué)建模、推演及數(shù)學(xué)模型的難點(diǎn)，一些數(shù)值仿真軟件可以很好地解決這個(gè)問題，比如，MATLAB、ADMAS等軟件在圖形和計(jì)算上的優(yōu)勢使其成為解決車輛工程專業(yè)課程教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的有效工具。

2 ADAMS/Car與MATLAB簡介

ADAMS/Car是MDI公司與奧迪、寶馬等汽車巨頭合作開發(fā)的整車設(shè)計(jì)模塊，集成了汽車公司在汽車設(shè)計(jì)、開發(fā)方面的專家經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助工程師研究不同試驗(yàn)工況下整車的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，并輸出標(biāo)志操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、乘坐舒適性和安全性的特征參數(shù)，從而減少對(duì)實(shí)車試驗(yàn)的依賴。MATLAB軟件現(xiàn)已是國際上仿真領(lǐng)域最權(quán)威、最實(shí)用的計(jì)算機(jī)軟件之一，作為MATLAB的重要組成部分，Simulink具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法，可以直觀、方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。

在《汽車?yán)碚摗方虒W(xué)中使用ADAMS/Car與MATLA對(duì)課程中所涉及的內(nèi)容進(jìn)行仿真，可以使力學(xué)分析直觀化、晦澀難懂的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模形象化、影響規(guī)律的圖形化和生動(dòng)化，大大能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的感性認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)其對(duì)授課內(nèi)容的理解，提高教學(xué)效率以及課堂的交互性和趣味性，使教學(xué)過程更加開放和生動(dòng)，讓學(xué)生更加容易接受和掌握抽象的理論知識(shí)。

3 ADAMS/Car與MATLAB聯(lián)合仿真在教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

以《汽車?yán)碚摗菲嚻巾樞詾槔?，說明ADAMS/Car與MATLAB聯(lián)合仿真在教學(xué)中的實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，在汽車平順性研究中，涉及路面不平度、車速等輸入；需要考慮整車的振動(dòng)系統(tǒng)，如彈性元件、阻尼元件以及車身、車輪等質(zhì)量；然后求解車身傳至人體的加速度和懸架彈簧動(dòng)撓度等；最后進(jìn)行評(píng)價(jià)。

首先根據(jù)車身、底盤懸架系統(tǒng)等參數(shù)，在ADAMs/Car中建立汽車模型。目的是讓學(xué)生直觀了解路面激勵(lì)、輪胎激勵(lì)以及懸架阻尼等參數(shù)對(duì)汽車平順性等影響，因此，在所建立的模型中設(shè)置路面激勵(lì)、輪胎激勵(lì)以及懸架阻尼力等輸入以及汽車振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)；同時(shí)設(shè)置相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和加速度等輸出參數(shù)。然后利用ADMAS與MATLAB軟件之間的接口，建立兩者之間的數(shù)據(jù)通訊，將ADAMs/Car中建立汽車模型輸入到MATLAB。最后通過在MATLAB改變路面不平度、車速等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車平順性的性能仿真分析，并在ADAMS/view中觀察汽車行駛的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果。

圖2給出了三種不同汽車阻尼力狀態(tài)下汽車平順性的仿真結(jié)果，從該結(jié)果學(xué)生可以清晰認(rèn)識(shí)到在不同車輛行駛速度下阻力對(duì)汽車平順性的影響規(guī)律，同時(shí)也對(duì)行駛速度與汽車平順性之間的關(guān)系獲得一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。通過ADAMs/Car與MATLAB可以很方便的改變路面激勵(lì)以及阻尼、質(zhì)量等汽車本身的變量，從而通過仿真分析得到各變量與汽車平順性之間的關(guān)系，不僅可以激發(fā)學(xué)生課堂等積極性，而且大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)ADAMs/Car與MATLAB等工具軟件的積極性。

4 結(jié)論

《汽車?yán)碚摗肥擒囕v工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，教學(xué)內(nèi)容偏向與理論推導(dǎo)，對(duì)力學(xué)分析、數(shù)學(xué)建模以及公式求解要求比較高，對(duì)大部分學(xué)生來說感覺較為枯燥難學(xué)，如何提高教學(xué)效果是授課老師必須面對(duì)的教學(xué)難題。在《汽車?yán)碚摗肥谡n中應(yīng)用ADAMS/Car與MATLAB聯(lián)合仿真，可以使力學(xué)分析直觀化、晦澀難懂的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模形象化、影響規(guī)律的圖形化和生動(dòng)化，對(duì)提高教學(xué)效率以及課堂的交互性和趣味性有非常大的幫助，同時(shí)通過仿真實(shí)驗(yàn)來代替實(shí)車試驗(yàn)，可以大大緩解汽車試驗(yàn)對(duì)設(shè)備和場地條件要求過來以及可能帶來等安全等問題。（下轉(zhuǎn)第129頁）

（上接第91頁）

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋曉琳.基于免疫算法的汽車主動(dòng)懸架控制技術(shù)研究[D].湖南大學(xué)，2007.

[2]郝赫.多軸重型汽車剛彈耦合虛擬樣機(jī)分析與匹配[D].吉林大學(xué)，2011.

[3]朱毅杰.重型卡車兩種懸架模型的開發(fā)與仿真[D].吉林大學(xué)，2009.

[責(zé)任編輯：王楠]