汽车动力学性能的计算机仿真探究

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【摘要】每一批汽车在投入市场前，必须对所有车辆的动力性能进行检测，这是对汽车用户用车安全的负责，也是制造商制造工作的职业道德。和汽车车检系统一样，目前针对汽车动力性能的检测，主要以计算机仿真模拟检测方式最为先进。本文以汽车动力性能的概念介绍入手，解释了汽车动力性能计算机仿真检测系统的工作原理，提出优势和展望。希望能对相关人员有所启发。

【关键词】汽车动力学；计算机仿真；研究

引言

汽车本身就是一种动力工具。一辆汽车的好坏，更多取决于该车的动力性。检测汽车的动力性，不可能将车开上公路检测，同一批出厂的汽车数量也不允许使用这种检测方式。早在20世纪50年代，西方先进国家就发明了汽车动力性能仿真检测模型，70年代借助工程学的知识，提出了系统的检测方法论。但是传统的检测方法，必须要等到一批汽车生产出来后，才能选用实体样本检测。简而言之，就是抽查。实际上还是采用使用汽车的检测办法，只不过检测地点是在汽车建造工厂内部而不是实际行驶公路。新型的计算机仿真技术，并不需要等到汽车实体制造出来才能进行检测。因为计算机检测，是在建立了特定的检测程序基础上，通过录入汽车各种组件的具体数值，在电脑上建立汽车模型。然后利用虚拟现实技术，让一堆数据组成的虚拟的“数字车”，在同样是电脑模拟出的虚拟行驶环境下，完成动力系统的检测，其实质就是一种计算机模拟程序。检测工作的重点是计算机虚拟检测环境的建构。

1汽车动力性能的内容

汽车动能简而言之就是汽车作为动力工具的使用效果，也是判断一辆汽车市值的重要参考标准。汽车动力性能组成内容如下：1.1最高车速最高车速，是在水平地面行驶的状态下，汽车能达到的行驶速度的最大值。该数值仅仅代表了汽车的行驶极限，并不能说明汽车本身的质量好坏。因为我们实际的生活场景，并不是电影《速度与激情》中描绘的频频飙车，汽车的最高车速一般是用不到的。1.2加速性能加速性能，一般按照欧美国家的评价标准来检测。汽车的加速性能，和汽车加速行驶的距离以及行驶耗时有关，一般情况下，同样的加速距离，所用时间越短，说明汽车的加速性能更好。但是因为实际使用中汽车的加速情况复杂多变，所以汽车加速性能的检测分为多种形式。油门全开时的加速情况以及油门半开状态下的加速情况是不同的，并且汽车的行驶速度处于何种档位也会对加速效果产生影响。1.3爬坡性能爬坡性能也是汽车动能的检测内容之一。在汽车承载力处于饱和状态的情况下，测试汽车能行驶过去的最大坡度。此时汽车的行驶速度一般以一档为标准。和汽车的加速性能一样，爬坡性能也和发动机质量，汽车轮胎的摩擦度以及驾驶员自身的驾驶技术有关，所以检测程序较为复杂。上述三种性能是汽车动力性能主要的检测项目。但是检测标准并不一定，随汽车品牌、用途、发动机型号、汽车车身质量变化而改变具体参考标准。例如军用越野车，其对于爬坡性能的要求特别高，但是对于加速性能，就会相对低一点。利用计算机仿真系统能够在汽车模型设计出来之后就进行检测，检测不合格可以继续修改。避免了传统检测方式中，会出现生产了一批汽车但是由于检测不合格造成资源浪费的情况。

2仿真软件系统设计

目前国内的计算机检测汽车动力性能的仿真系统，主要借助M语言和Simulink模块建立。利用汽车发动机相关的数学模型，加入一定的检测程序代码，设计出实用的仿真系统。

2.1检测系统内容

仿真系统包括四部分。①输入汽车各种参数，从而建立一个仿真的电子汽车模型的部分。②计算机检测系统设定的具体的检测标准数值，检测单元包括最高车速，加速项目以及爬坡性能三个单元，根据不同的车型不同的发动机标准，这三个标准数值会做相应改变。③汽车行驶环境的模拟部分，包括发动，加速，爬坡三种具体的行驶动态的承载环境，这种环境能够代表汽车在具体行驶中会遇到的实地环境，即“虚拟行驶环境”。④针对模拟汽车在模拟环境中行驶状态的分析部分，这个部分借助于强大的算法结构，是计算机仿真检测系统最主要设计复杂度最高的部分。

2.2系统设计原则和要求

仿真系统设计的原则有以下几点。①高度还原汽车实地行驶环境，“虚拟环境”之所以具有真实行驶环境的代表性，就是因为其与真实的行驶环境在坡度、风速、地表等方面相差无几，是对真实环境“镜子”式的反映。②在具体单元中，应当涵盖多种行驶可能，例如，实际使用中汽车的加速情况复杂多变，油门全开时的加速情况以及油门半开状态下的加速情况是不同的，并且汽车的行驶速度处于何种档位也会对加速效果产生影响。所以汽车加速性能检测单元，应当具体细分为不同的加速情况。将行驶中可能出现的各种情况，全面反映到计算机仿真模型系统中，才能使检测结果更加接近实地操作结果，更具说服力。③检测人员，必须具备良好的职业道德，能够认真细致地完成检测工作。目前的汽车行业发展的如火如荼，一批汽车的生产量会多达万辆，如果生产前的检测结果有失误，那么造成的资源浪费会是传统检测失误的数万倍。并且动力性能不过关的汽车流入市场后，产生的危害是不可估计的。汽车动力性能计算机仿真检测系统，虽然比传统的检测技术先进，但是也背负了更多的风险和责任。

3汽车动力性能计算机仿真检测的优势

（1）计算机新型的计算机仿真技术，并不需要等到汽车实体制造出来才能进行检测，这是计算机仿真检测系统和传统汽车动力性能检测方式的最大区别也是最大优势。对汽车模型的检测，由于借助了强大的计算机检测算法，检测人员只需要在检测程序中输入汽车各部分组件的具体数值即可，计算机能自动计算出该款汽车在不同路况下的动力性能的表现。省去了传统检测中人力手动模拟各种路况的麻烦，节约了检测时间的同时，也避免了传统检测有可能出现的人身安全问题。（2）节约汽车制造资源。传统的检测方法，必须要等到一批汽车生产出来后，才能选用实体样本检测。生产汽车检测样本肯定不会只生产一辆，如果实体汽车检测样本合格，那么等待这批汽车样品的只能是废物回收的命运。汽车组件可以被回收，但是生产汽车检测样品所花费的人力物力财力，却是白白浪费。（3）在电子信息技术发展的大社会背景下，人力必然要被机器取代。信息化、智能化是当今社会发展不可更改的方向。建立汽车动能计算机仿真系统，只是机器取代人力的滚滚浪潮中一朵小小的浪花。

4对汽车动能计算机仿真系统未来发展的展望

计算机仿真系统的实质，依然是借助于庞大的计算机运算能力的一种特殊程序，难以全面再现实际生活中的汽车行驶过程，所以并不能百分百代表汽车实际使用过程中的动力性能。笔者对此提出几点展望，希望能对该系统开发人员有所启发。（1）完善现有的仿真系统，加入更多的模拟行驶场景，并在具体场景中对坡度，马力、地表形态、汽车发动机性能、燃油效率等具体指标拆分组合，建立强大的虚拟现实系统。（2）将动能仿真系统和汽车的导航系统相结合，在每一辆汽车的制造中，就加入计算机动能仿真系统。设想一个场景，野外行驶中，驾驶人不确定汽车能否顺利通过眼前的高坡，在冒险和人身安全之间犹豫时，可以启动计算机动能仿真系统，在汽车显示仪上实时模拟出爬坡的场景。从而使司机对接下来的具体行驶情况有所了解，提前做好应对措施。

5结束语

目前我国并没有成熟的自我研发的汽车动力性能计算机仿真检测系统。希望中国该行业的技术人员能够学习西方先进技术，严格按照汽车动力性能检测要求，研发出中国的更安全的汽车动能计算机仿真检测系统。

参考文献

[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]何仁.汽车动力性燃料经济性模拟计算方法及应用[J].北京：机械工业出版社，1995.

[3]杜志强.仿真技术在汽车研发中的应用及发展趋势[J].上海汽车，2005（5）：36~39.

作者:郑文超 单位:襄阳汽车职业技术学院