試論計(jì)算機(jī)仿真方法在汽車工程中的應(yīng)用

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，其在各行各業(yè)中都得到了較多的運(yùn)用。現(xiàn)今的汽車技術(shù)在發(fā)展過程中結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型很難滿足現(xiàn)今的汽車技術(shù)開發(fā)，但是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)卻可以很好的解決這一問題。本文將詳述基于數(shù)值模擬方法的仿真分析、基于MATLAB/Simulink的仿真技術(shù)、硬件在環(huán)仿真分析、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)等五種計(jì)算機(jī)仿真在汽車工程中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)；仿真方法；汽車工程

汽車指的是以汽油等燃料或者太陽(yáng)能燈新型能源作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的運(yùn)輸工具，汽車在1885年由本茨所發(fā)明。汽車由原先簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，原有的汽車結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，但是隨著科技的進(jìn)步、物質(zhì)水平的提高，人們對(duì)于汽車的要求越來越高。現(xiàn)今的汽車包含有上萬個(gè)零部件，并且適應(yīng)能力極強(qiáng)。為了確保汽車的行使安全在汽車的研發(fā)過程中就使用到了較多的計(jì)算機(jī)仿真方法來模擬實(shí)際情況，通過計(jì)算機(jī)仿真方法的應(yīng)用，汽車的安全性以及穩(wěn)定性得到了較大的保障。利用計(jì)算機(jī)仿真方法可以修改汽車設(shè)計(jì)的參數(shù)，并利用模擬技術(shù)來確定參數(shù)是否合理，如果參數(shù)不合理那么就可以利用計(jì)算機(jī)仿真軟件來重新設(shè)定參數(shù)直至符合安全要求。計(jì)算機(jī)仿真方法在一些豪華汽車或超級(jí)跑車的設(shè)計(jì)制造過程中運(yùn)用的更多，因?yàn)檫@些汽車的設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格。

一、基于數(shù)值模擬方法的仿真分析

數(shù)值模擬方法有較多的種類，其中包括有限元方法、統(tǒng)計(jì)能量分析方法、計(jì)算流體力學(xué)方法以及多體動(dòng)力學(xué)分析方法，這些計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)于汽車工程有著較大的作用。

1、在汽車結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用 在汽車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大小、運(yùn)動(dòng)性能、耐久性等，為了使得汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更加合理就需要利用有限元方法以及計(jì)算流體力學(xué)等計(jì)算機(jī)仿真方法，利用這些仿真方法來設(shè)計(jì)汽車的結(jié)構(gòu)，可以使得汽車的結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化[1]。利用數(shù)值模擬方法可以使得汽車各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，并使得汽車的承載能力得到加強(qiáng)，通過這些優(yōu)化必然會(huì)使得汽車的使用年限延長(zhǎng)。另外通過數(shù)值模擬方法使得汽車的噪聲降低、汽車自重減輕，這就可以使得汽車的動(dòng)力效果更強(qiáng)，降低了汽車油耗，提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性能。

2、汽車被動(dòng)安全方面的應(yīng)用 汽車被動(dòng)安全指的是汽車在不可避免發(fā)生交通事故之后對(duì)于車內(nèi)人員的保護(hù)作用，或者在發(fā)生車禍之后降低車內(nèi)人員所受的損失[2]。為了提高汽車被動(dòng)安全性能就需要進(jìn)行大量的碰撞試驗(yàn)，但是利用實(shí)車進(jìn)行試驗(yàn)的話會(huì)使得研究成本增大，那么就可以利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法，即在不利用實(shí)車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況下來進(jìn)行汽車被動(dòng)安全實(shí)驗(yàn)，這樣就可以顯著的節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，當(dāng)模擬實(shí)驗(yàn)做到一定程度之后就可以利用實(shí)車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用實(shí)際情況來檢驗(yàn)汽車被動(dòng)安全性能，由此可見計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法對(duì)于汽車設(shè)計(jì)有非常重要的作用。

二、基于MATLAB/Simulink的仿真技術(shù)

MATLAB/Simulink仿真技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用主要是預(yù)測(cè)汽車的性能、能量消耗以及車輛零部件的效率，這對(duì)于汽車工程有著非常重要的作用。該仿真技術(shù)可以完整的模擬汽車運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)以及邏輯結(jié)構(gòu)，這對(duì)于車輛控制器的開發(fā)與測(cè)試有著較大的作用。利用該仿真技術(shù)還可以根據(jù)實(shí)際情況搭建，便于調(diào)整，使得仿真結(jié)果輸出結(jié)構(gòu)更加直觀[3]。仿真過程中信息的流動(dòng)分為前向仿真和后向仿真兩類，前向仿真的數(shù)據(jù)流方向與實(shí)際系統(tǒng)的能量流動(dòng)方向相同，即以駕駛員的需求目標(biāo)作為仿真的起點(diǎn)，這樣便可以真實(shí)的反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。后向仿真循環(huán)的數(shù)據(jù)流方向與實(shí)際系統(tǒng)的能量流動(dòng)方向相反，能夠反映系統(tǒng)的靜態(tài)特性，后向仿真循環(huán)常用于設(shè)計(jì)階段的能量控制策略。

三、硬件在環(huán)仿真分析

硬件在環(huán)仿真最初是應(yīng)用在結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)和測(cè)試上，即用數(shù)學(xué)模型來描述一部分的仿真系統(tǒng)，然后利用虛擬運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行逼真的模擬，其最大的特點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性。硬件在環(huán)仿真分析可以充分的發(fā)揮物理仿真以及數(shù)學(xué)仿真的優(yōu)點(diǎn)，避免了物理仿真與數(shù)學(xué)仿真的缺點(diǎn)，而且硬件在環(huán)仿真分析能夠在沒有車的情況下對(duì)于整車或者車部件進(jìn)行仿真，這樣就可以對(duì)各個(gè)部件的組合進(jìn)行較好的評(píng)價(jià)，使得汽車的結(jié)構(gòu)更加合理[4]。硬件在環(huán)仿真分析不僅能夠縮短汽車的開發(fā)周期，而且在車輛測(cè)試過程中可以不必使用實(shí)際的硬件，有效的降低了車輛的研發(fā)成本以及維護(hù)資金。雖然硬件在環(huán)仿真分析能夠?qū)?shí)際情況進(jìn)行逼真的模擬，但是并不會(huì)產(chǎn)生真實(shí)的危險(xiǎn)。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種新型的使用技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，并在特定的環(huán)境下進(jìn)行的虛擬實(shí)驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓人在虛擬的環(huán)境中感受到現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在很多行業(yè)中都有較多的運(yùn)用，包括軍事、游戲等，當(dāng)然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也運(yùn)用到了汽車工程中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將汽車數(shù)字化，然后配合一定的環(huán)境，駕駛員進(jìn)行仿真駕駛，駕駛員進(jìn)行仿真駕駛的過程中就可以感覺到汽車的震動(dòng)、噪音，這樣駕駛員就可以對(duì)于汽車的性能做出一個(gè)直觀的評(píng)價(jià)，而且不需要利用實(shí)車進(jìn)行測(cè)試，這樣不僅減少了研發(fā)資金而且降低了汽車研發(fā)過程中的風(fēng)險(xiǎn)[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用使得汽車的開發(fā)速度顯著加快，而且汽車的舒適性也得到了較大的提高。

五、高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)

高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)是美國(guó)在1995年所研發(fā)出的技術(shù)，高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)能夠?qū)?yīng)用層與環(huán)境分離，并最大限度的利用新技術(shù)來進(jìn)行服務(wù)功能，這種系統(tǒng)有非常強(qiáng)大的適應(yīng)能力。無人駕駛飛機(jī)就是利用高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展起來的嗎，如果將高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)與交通工程仿真技術(shù)結(jié)合起來的話便可以達(dá)到更好的效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的計(jì)算機(jī)技術(shù)將運(yùn)用到汽車工程之中，并以此來達(dá)到人們對(duì)于汽車的各種要求，使得汽車行業(yè)得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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