汽車動力學(xué)性能的計算機仿真探究

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【摘要】每一批汽車在投入市場前，必須對所有車輛的動力性能進行檢測，這是對汽車用戶用車安全的負責(zé)，也是制造商制造工作的職業(yè)道德。和汽車車檢系統(tǒng)一樣，目前針對汽車動力性能的檢測，主要以計算機仿真模擬檢測方式最為先進。本文以汽車動力性能的概念介紹入手，解釋了汽車動力性能計算機仿真檢測系統(tǒng)的工作原理，提出優(yōu)勢和展望。希望能對相關(guān)人員有所啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】汽車動力學(xué)；計算機仿真；研究

引言

汽車本身就是一種動力工具。一輛汽車的好壞，更多取決于該車的動力性。檢測汽車的動力性，不可能將車開上公路檢測，同一批出廠的汽車數(shù)量也不允許使用這種檢測方式。早在20世紀50年代，西方先進國家就發(fā)明了汽車動力性能仿真檢測模型，70年代借助工程學(xué)的知識，提出了系統(tǒng)的檢測方法論。但是傳統(tǒng)的檢測方法，必須要等到一批汽車生產(chǎn)出來后，才能選用實體樣本檢測。簡而言之，就是抽查。實際上還是采用使用汽車的檢測辦法，只不過檢測地點是在汽車建造工廠內(nèi)部而不是實際行駛公路。新型的計算機仿真技術(shù)，并不需要等到汽車實體制造出來才能進行檢測。因為計算機檢測，是在建立了特定的檢測程序基礎(chǔ)上，通過錄入汽車各種組件的具體數(shù)值，在電腦上建立汽車模型。然后利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，讓一堆數(shù)據(jù)組成的虛擬的“數(shù)字車”，在同樣是電腦模擬出的虛擬行駛環(huán)境下，完成動力系統(tǒng)的檢測，其實質(zhì)就是一種計算機模擬程序。檢測工作的重點是計算機虛擬檢測環(huán)境的建構(gòu)。

1汽車動力性能的內(nèi)容

汽車動能簡而言之就是汽車作為動力工具的使用效果，也是判斷一輛汽車市值的重要參考標(biāo)準。汽車動力性能組成內(nèi)容如下：1.1最高車速最高車速，是在水平地面行駛的狀態(tài)下，汽車能達到的行駛速度的最大值。該數(shù)值僅僅代表了汽車的行駛極限，并不能說明汽車本身的質(zhì)量好壞。因為我們實際的生活場景，并不是電影《速度與激情》中描繪的頻頻飆車，汽車的最高車速一般是用不到的。1.2加速性能加速性能，一般按照歐美國家的評價標(biāo)準來檢測。汽車的加速性能，和汽車加速行駛的距離以及行駛耗時有關(guān)，一般情況下，同樣的加速距離，所用時間越短，說明汽車的加速性能更好。但是因為實際使用中汽車的加速情況復(fù)雜多變，所以汽車加速性能的檢測分為多種形式。油門全開時的加速情況以及油門半開狀態(tài)下的加速情況是不同的，并且汽車的行駛速度處于何種檔位也會對加速效果產(chǎn)生影響。1.3爬坡性能爬坡性能也是汽車動能的檢測內(nèi)容之一。在汽車承載力處于飽和狀態(tài)的情況下，測試汽車能行駛過去的最大坡度。此時汽車的行駛速度一般以一檔為標(biāo)準。和汽車的加速性能一樣，爬坡性能也和發(fā)動機質(zhì)量，汽車輪胎的摩擦度以及駕駛員自身的駕駛技術(shù)有關(guān)，所以檢測程序較為復(fù)雜。上述三種性能是汽車動力性能主要的檢測項目。但是檢測標(biāo)準并不一定，隨汽車品牌、用途、發(fā)動機型號、汽車車身質(zhì)量變化而改變具體參考標(biāo)準。例如軍用越野車，其對于爬坡性能的要求特別高，但是對于加速性能，就會相對低一點。利用計算機仿真系統(tǒng)能夠在汽車模型設(shè)計出來之后就進行檢測，檢測不合格可以繼續(xù)修改。避免了傳統(tǒng)檢測方式中，會出現(xiàn)生產(chǎn)了一批汽車但是由于檢測不合格造成資源浪費的情況。

2仿真軟件系統(tǒng)設(shè)計

目前國內(nèi)的計算機檢測汽車動力性能的仿真系統(tǒng)，主要借助M語言和Simulink模塊建立。利用汽車發(fā)動機相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，加入一定的檢測程序代碼，設(shè)計出實用的仿真系統(tǒng)。

2.1檢測系統(tǒng)內(nèi)容

仿真系統(tǒng)包括四部分。①輸入汽車各種參數(shù)，從而建立一個仿真的電子汽車模型的部分。②計算機檢測系統(tǒng)設(shè)定的具體的檢測標(biāo)準數(shù)值，檢測單元包括最高車速，加速項目以及爬坡性能三個單元，根據(jù)不同的車型不同的發(fā)動機標(biāo)準，這三個標(biāo)準數(shù)值會做相應(yīng)改變。③汽車行駛環(huán)境的模擬部分，包括發(fā)動，加速，爬坡三種具體的行駛動態(tài)的承載環(huán)境，這種環(huán)境能夠代表汽車在具體行駛中會遇到的實地環(huán)境，即“虛擬行駛環(huán)境”。④針對模擬汽車在模擬環(huán)境中行駛狀態(tài)的分析部分，這個部分借助于強大的算法結(jié)構(gòu)，是計算機仿真檢測系統(tǒng)最主要設(shè)計復(fù)雜度最高的部分。

2.2系統(tǒng)設(shè)計原則和要求

仿真系統(tǒng)設(shè)計的原則有以下幾點。①高度還原汽車實地行駛環(huán)境，“虛擬環(huán)境”之所以具有真實行駛環(huán)境的代表性，就是因為其與真實的行駛環(huán)境在坡度、風(fēng)速、地表等方面相差無幾，是對真實環(huán)境“鏡子”式的反映。②在具體單元中，應(yīng)當(dāng)涵蓋多種行駛可能，例如，實際使用中汽車的加速情況復(fù)雜多變，油門全開時的加速情況以及油門半開狀態(tài)下的加速情況是不同的，并且汽車的行駛速度處于何種檔位也會對加速效果產(chǎn)生影響。所以汽車加速性能檢測單元，應(yīng)當(dāng)具體細分為不同的加速情況。將行駛中可能出現(xiàn)的各種情況，全面反映到計算機仿真模型系統(tǒng)中，才能使檢測結(jié)果更加接近實地操作結(jié)果，更具說服力。③檢測人員，必須具備良好的職業(yè)道德，能夠認真細致地完成檢測工作。目前的汽車行業(yè)發(fā)展的如火如荼，一批汽車的生產(chǎn)量會多達萬輛，如果生產(chǎn)前的檢測結(jié)果有失誤，那么造成的資源浪費會是傳統(tǒng)檢測失誤的數(shù)萬倍。并且動力性能不過關(guān)的汽車流入市場后，產(chǎn)生的危害是不可估計的。汽車動力性能計算機仿真檢測系統(tǒng)，雖然比傳統(tǒng)的檢測技術(shù)先進，但是也背負了更多的風(fēng)險和責(zé)任。

3汽車動力性能計算機仿真檢測的優(yōu)勢

（1）計算機新型的計算機仿真技術(shù)，并不需要等到汽車實體制造出來才能進行檢測，這是計算機仿真檢測系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車動力性能檢測方式的最大區(qū)別也是最大優(yōu)勢。對汽車模型的檢測，由于借助了強大的計算機檢測算法，檢測人員只需要在檢測程序中輸入汽車各部分組件的具體數(shù)值即可，計算機能自動計算出該款汽車在不同路況下的動力性能的表現(xiàn)。省去了傳統(tǒng)檢測中人力手動模擬各種路況的麻煩，節(jié)約了檢測時間的同時，也避免了傳統(tǒng)檢測有可能出現(xiàn)的人身安全問題。（2）節(jié)約汽車制造資源。傳統(tǒng)的檢測方法，必須要等到一批汽車生產(chǎn)出來后，才能選用實體樣本檢測。生產(chǎn)汽車檢測樣本肯定不會只生產(chǎn)一輛，如果實體汽車檢測樣本合格，那么等待這批汽車樣品的只能是廢物回收的命運。汽車組件可以被回收，但是生產(chǎn)汽車檢測樣品所花費的人力物力財力，卻是白白浪費。（3）在電子信息技術(shù)發(fā)展的大社會背景下，人力必然要被機器取代。信息化、智能化是當(dāng)今社會發(fā)展不可更改的方向。建立汽車動能計算機仿真系統(tǒng)，只是機器取代人力的滾滾浪潮中一朵小小的浪花。

4對汽車動能計算機仿真系統(tǒng)未來發(fā)展的展望

計算機仿真系統(tǒng)的實質(zhì)，依然是借助于龐大的計算機運算能力的一種特殊程序，難以全面再現(xiàn)實際生活中的汽車行駛過程，所以并不能百分百代表汽車實際使用過程中的動力性能。筆者對此提出幾點展望，希望能對該系統(tǒng)開發(fā)人員有所啟發(fā)。（1）完善現(xiàn)有的仿真系統(tǒng)，加入更多的模擬行駛場景，并在具體場景中對坡度，馬力、地表形態(tài)、汽車發(fā)動機性能、燃油效率等具體指標(biāo)拆分組合，建立強大的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。（2）將動能仿真系統(tǒng)和汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，在每一輛汽車的制造中，就加入計算機動能仿真系統(tǒng)。設(shè)想一個場景，野外行駛中，駕駛?cè)瞬淮_定汽車能否順利通過眼前的高坡，在冒險和人身安全之間猶豫時，可以啟動計算機動能仿真系統(tǒng)，在汽車顯示儀上實時模擬出爬坡的場景。從而使司機對接下來的具體行駛情況有所了解，提前做好應(yīng)對措施。

5結(jié)束語

目前我國并沒有成熟的自我研發(fā)的汽車動力性能計算機仿真檢測系統(tǒng)。希望中國該行業(yè)的技術(shù)人員能夠?qū)W習(xí)西方先進技術(shù)，嚴格按照汽車動力性能檢測要求，研發(fā)出中國的更安全的汽車動能計算機仿真檢測系統(tǒng)。

參考文獻

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作者:鄭文超 單位:襄陽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院