肖平 周陸俊 梁利東 賈文友

摘?要：為了提高車輛工程專業(yè)學(xué)生實踐能力，對ADMAS仿真軟件在車輛工程專業(yè)實踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先，在分析該軟件功能特點的基礎(chǔ)上，建立汽車子系統(tǒng)模型;進(jìn)而基于子系統(tǒng)模型搭建整車仿真平臺;最后，以B級路面為輸入進(jìn)行汽車系統(tǒng)動力學(xué)仿真實驗并對結(jié)果進(jìn)行分析。本文為采用仿真軟件替代實車實驗進(jìn)行車輛工程專業(yè)實踐教學(xué)奠定了一定的理論與實踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：車輛工程專業(yè);實踐教學(xué);ADMAS仿真

1?緒論

目前，我國已名副其實地進(jìn)入汽車社會[1]。隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車保有量的不斷提升，我國對汽車類人才的需求也在逐年上升[2]。為了順應(yīng)人才市場對汽車類人才的需求，很多高校都開設(shè)了車輛工程專業(yè)。而車輛工程專業(yè)是實踐性很強的工科專業(yè)類型。目前，很多高校車輛工程專業(yè)都在積極地進(jìn)行國際工程認(rèn)證以及實施卓越工程師培養(yǎng)計劃，這要求該專業(yè)培養(yǎng)方案中必須加大對學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的學(xué)分比重，必須增加本科實驗設(shè)備投入，然而在短期內(nèi)很多新辦車輛工程專業(yè)難以實現(xiàn)[3]。為了彌補這一不足，計算機仿真技術(shù)可以很好地為車輛工程專業(yè)各類實驗提供平臺，利用汽車仿真技術(shù)部分地替代實車實驗，可以快速、安全和高效地讓學(xué)生掌握相關(guān)技術(shù)原理，從而達(dá)到實踐教學(xué)目的。

2?ADAMS仿真軟件介紹

目前機械汽車類仿真軟件很多，例如美國的MATLAB軟件，其SIMULINK模塊中含有很多的汽車系統(tǒng)模型，但是他們大多是根據(jù)動力學(xué)方程結(jié)合建模模塊得到，不具備機械直觀的效果;ADVISOR軟件是美國開發(fā)的另一款電動汽車仿真軟件，汽車子系統(tǒng)模型采用物理特性與外特性相結(jié)合的方式建立，仿真方便快速，二次開發(fā)容易實現(xiàn)，但該模型也不具備機械直觀的效果。ADAMS軟件也是美國開發(fā)的一款機械/汽車系統(tǒng)仿真軟件，該軟件采用剛體動力學(xué)界面，模塊庫中包含了很多汽車系統(tǒng)模型，包括發(fā)動機、變速器、懸架、轉(zhuǎn)向以及制動系統(tǒng)等[4];在仿真時實驗者可以方便地根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇、修改等。同時，該仿真軟件中還包含各種機械系統(tǒng)模型，如桿件、軸承、質(zhì)點、曲柄、連桿等，實驗者可以根據(jù)自己需要自行搭建汽車系統(tǒng)模型。該仿真軟件具有機械直觀的效果，實驗者可以將機械原理、汽車構(gòu)造、內(nèi)燃機原理以及汽車?yán)碚摰壤碚撆c實踐知識直接運用到模型的搭建之中，非常方便。因此，這款軟件非常適合車輛工程專業(yè)學(xué)生在培養(yǎng)過程中進(jìn)行動力學(xué)、運動學(xué)的仿真實驗，從而可以實現(xiàn)在沒有實物的情況下，可以使學(xué)生了解汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理、參數(shù)配置與性能特點等等，可以快速地達(dá)到實踐教學(xué)目的且可以取得良好的教學(xué)效果。

3?基于ADAMS軟件的汽車系統(tǒng)建模與仿真

為了進(jìn)行汽車系統(tǒng)的仿真實驗，首先必須搭建各子系統(tǒng)仿真模塊。首先，實驗者可以根據(jù)實驗系統(tǒng)要求在模塊庫中選擇相應(yīng)子系統(tǒng)模型;在此基礎(chǔ)上對該模型參數(shù)進(jìn)行修改使之符合自己仿真的車型要求。圖1（a），（b），（c），（d），（e），（f）為所建立的前懸架、后懸架、發(fā)動機系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、后輪系統(tǒng)以及車身系統(tǒng)模型。

（a）前懸架系統(tǒng)（b）后懸架系統(tǒng)

（c）發(fā)動機系統(tǒng)?（d）制動系統(tǒng)

（e）后輪系統(tǒng)?（f）車身

圖1?整車子系統(tǒng)模型

待所有模型建立完畢，開始進(jìn)行整車系統(tǒng)的裝配。進(jìn)入ADAMS/Car的Standard?Interface?模塊，單擊File→New→Full-Vehicle?Assembly，彈出整車裝配對話框與整車模型如圖2與圖3所示。

圖2?整車裝配對話框

圖3?整車模型

4?仿真與分析

整車仿真實驗較實車教學(xué)實驗有很多優(yōu)勢，例如在實車實驗中不方便進(jìn)行有一定為危險性的實車測試、不方便進(jìn)行某些特定工況下的實車測試，如在零下30℃測試發(fā)動機的起動性能，這些在高校實驗條件下難以實現(xiàn)，而在仿真軟件中很容易實現(xiàn)。ADAMS軟件提供了很多仿真工況供實驗者選擇，例如，為了進(jìn)行汽車振動系統(tǒng)的仿真實驗，必須選擇一個路況。在ADAMS軟件中提供了豐富的路況模型如白噪聲路面輸入、脈沖路面輸入、正弦波路面輸入等;同時，還可以根據(jù)路面具體情況對不同波形的路面輸入進(jìn)行修改使之符合路面的實際情況，例如對白噪聲路面模型進(jìn)行修改可以正確地表達(dá)A、B、C級等公路特性，非常方便。

本次仿真采用B級路面為輸入，仿真時間為6秒，仿真可以觀測很多指標(biāo)，如汽車質(zhì)心振動加速度、懸架動撓度、輪胎動載荷、汽車俯仰角加速度、側(cè)傾角加速度等;如圖4所示為觀測到的汽車平順性重要指標(biāo)——汽車質(zhì)心振動加速度振動曲線，由圖4可以看出，汽車平順性良好，其最大振動加速度不超過1m·s-2，說明汽車的乘坐舒適性好，垂向動力學(xué)特性優(yōu)良。

圖4?仿真結(jié)果

5?結(jié)論

由以上建模與仿真過程可以看出，學(xué)生如果要建立汽車動力學(xué)仿真模型，必須對汽車懸架、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、發(fā)動機等結(jié)構(gòu)與工作原理知識有很好地掌握。同時，還必須對實驗工況、實驗結(jié)果等有充分的理解，這樣才能很好地完成建模與實驗工作。同時，計算機還可以對某些實車無法完成的實驗進(jìn)行模擬，從而解決某些實驗由于危險以及條件限制而不能開設(shè)的問題，可以達(dá)到很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]何志嬋.消費平穩(wěn)增長背景下我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)和汽配市場創(chuàng)新發(fā)展研究：以廣西為例[J].南寧師范大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2019，40（6）：118-123.

[2]宋文艷，楊兵.淺議新能源汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與市場培育[J].中外企業(yè)家，2019，（33）：115-117.

[3]譚正平，李躍平.汽車?yán)碚搶嵻嚨缆穼嶒灲虒W(xué)探討[J].教育教學(xué)論壇，2016，（28）：270-271.

[4]康少波，宋少云.基于ADMAS的汽車手動換擋器的換擋槽曲線設(shè)計[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報，2017，36（3）：46-49.

[5]胡明，鄧宗全，高海波.基于ADAMS的六輪月球車動力學(xué)建模與仿真[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，39（1）：28-31.

基金項目：2017年度安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程項目資助“示范實驗實訓(xùn)中心——汽車工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心（編號：2017sxzx24）;安徽工程大學(xué)2017年校級本科教學(xué)質(zhì)量提升計劃項目——汽車工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心（編號：2017xnfzsyzx01）;安徽工程大學(xué)2012校級雙語教學(xué)示范課程——汽車技術(shù)概論;新工科示范課程項目（編號：2018xgksfkc07）;安徽省省級質(zhì)量工程教學(xué)研究項目“成果導(dǎo)向（OBE）理念下課程體系的設(shè)計研究”（編號：2017jyxm0334）;安徽省省級質(zhì)量工程虛擬仿真實驗教學(xué)項目“機械制造裝備虛擬仿真實驗教學(xué)項目”（編號：2018xfsyxm002）;安徽工程大學(xué)2019年校級本科教學(xué)質(zhì)量提升計劃項目——基于VR技術(shù)的虛擬教學(xué)創(chuàng)新型教學(xué)模式與平臺研究

作者簡介：肖平（1973-），男，安徽銅陵人，博士，教授，研究方向：汽車動力學(xué)與仿真技術(shù)。