鄭宏達

摘 要 本文系統(tǒng)闡釋了汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計中開展動力學(xué)仿真技術(shù)運用的具體情況及其發(fā)展前景。其中涵蓋充氣式輪胎結(jié)構(gòu)動力學(xué)，駕車者—汽車回路結(jié)構(gòu)動力學(xué)（內(nèi)含懸移架、轉(zhuǎn)路、制導(dǎo)體系的完整控制）及汽車運行中的空氣作用動力學(xué)等多項內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計 汽車結(jié)構(gòu)動力學(xué) 電腦模擬 技術(shù)分析

中圖分類號：U462 文獻標識碼：A

0引言

電腦數(shù)字模擬是利用電腦程序化技術(shù)，依托數(shù)字模型對具體的汽車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)展開實驗型研究的基本方法，其能夠把分析的操作手段用在模擬型實驗過程：完整利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)物理學(xué)理論，構(gòu)建出待研究體系的數(shù)字化結(jié)構(gòu)模型；選取和具體的物理結(jié)構(gòu)體系的實驗相類似的基礎(chǔ)型探討手法，在電腦程序中展開仿真形態(tài)的實驗過程。當今時期伴隨著訊息傳播技術(shù)、電腦程序技術(shù)、系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)理論、光纖通訊技術(shù)、影像視頻技術(shù)的深度開發(fā)和廣泛應(yīng)用，電腦模擬技術(shù)的進步和完善也與日俱增，且逐步普及到社會發(fā)展中的各個行業(yè)之中，凸顯出其獨特的高效、快捷性能。

1充氣型輪胎結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論

橡膠輪胎是屬于汽車結(jié)構(gòu)中的一個關(guān)鍵性組件，它的性能狀況不但密切關(guān)聯(lián)著汽車本身的操作平穩(wěn)性、安全性，同時也給汽車本身控制體系的設(shè)計確定出關(guān)鍵性的依據(jù)。輪胎結(jié)構(gòu)力學(xué)特征涵蓋靜態(tài)化特征及動態(tài)化特征。動態(tài)化特征由其運動形態(tài)去觀察，應(yīng)區(qū)別為穩(wěn)態(tài)化特征及非穩(wěn)態(tài)化特征；由輪胎力學(xué)存在狀況去觀察，應(yīng)將其區(qū)分成側(cè)偏化特征、側(cè)傾化特征、縱滑型特征、垂直型振動特征、包容性特征等多項內(nèi)容。充氣型輪胎結(jié)構(gòu)動力學(xué)經(jīng)歷長期的研究過程，其已變成了汽車結(jié)構(gòu)動力學(xué)體系中的特種學(xué)科，依照經(jīng)典型力學(xué)理論及其實驗方法，已構(gòu)建出了一個全套化的模型來對其展開仿真式研究。

電腦模擬技術(shù)的問世給輪胎結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究構(gòu)建了新的方式方法。比如利用有限元方法編制輪胎結(jié)構(gòu)模型，首先把輪胎立體輪廓的各層截面劃分成無數(shù)個局部性的單元，且輸進所用的結(jié)構(gòu)材料特征和胎壓技術(shù)指標，再運用非線型有限元程序軟件構(gòu)建輪胎的有限元結(jié)構(gòu)模型。須對模型實施準靜態(tài)式的徑向剛度指標分析、穩(wěn)靜態(tài)側(cè)部剛度指標分析、一米式自由下落仿真實驗，以及側(cè)向偏剛度仿真。此類汽車結(jié)構(gòu)模型能應(yīng)用到汽車動力學(xué)性能分析及整車現(xiàn)場“模擬試驗場”（VlG）仿真，選取很少的輪胎功能結(jié)構(gòu)技術(shù)指標，可獲取到輪胎負載及負載轉(zhuǎn)移的基本特征。

依托人工神經(jīng)型網(wǎng)絡(luò)（ANN）技術(shù)理論，能編制出三層BP型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，以各類相異的側(cè)向偏角、外向傾角及垂直負載下的側(cè)應(yīng)力或回正型力矩的實驗測定數(shù)值作為模擬訓(xùn)練樣本并展開學(xué)習(xí)過程，由此構(gòu)建輪胎具備側(cè)偏特征的結(jié)構(gòu)模型。神經(jīng)型網(wǎng)絡(luò)模型是由特屬輪胎的實驗測得數(shù)值來確定，所以其精準度很高，加之其模型構(gòu)建過程比較簡化，無需關(guān)注模型本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，僅需把它當作黑箱從外部輸進或進行輸出就能夠快捷地構(gòu)建對應(yīng)模型。除此之外還包括模態(tài)式分析方法、模糊型分析方法、灰色系統(tǒng)式分析方法等多類方法。

2駕車司機—汽車回路體系動力學(xué)

回路體系動力學(xué)，依照其系統(tǒng)狀態(tài)可化分成線性功能區(qū)、非線性功能區(qū)、臨界指標區(qū)及恢復(fù)功能區(qū)等四類區(qū)域。線性功能區(qū)是研究回路系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時其特征對主體安全性（也叫操作穩(wěn)固性）的關(guān)聯(lián)作用，也就是汽車精準配合操作輸進及拒絕外界干擾的能力。非線性功能區(qū)是研究回路體系處于非穩(wěn)定狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)變化特征，需要輪胎本身具備優(yōu)質(zhì)的附著性能，也就是說在非線性變化的極限功能狀況下不致于整體喪失管控效能。臨界功能區(qū)是研究回路體系處于極限狀態(tài)下的性能特征，需要其擁有把汽車結(jié)構(gòu)狀態(tài)訊息快速通報給駕車司機的特異功能。

回路體系的性能狀態(tài)分析，應(yīng)選取基于多類體系的動力學(xué)（MBS）技術(shù)理論的研究手段，利用電腦模擬程序軟件構(gòu)建出涵蓋輪胎結(jié)構(gòu)模型的總裝體系仿真結(jié)構(gòu)模型；其與駕駛司機操作模型合并即可構(gòu)建出駕車司機一汽車回路體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。駕車司機專屬模型，重點包括隸屬于古老管控技術(shù)理論的最佳編制模型，認為駕車司機目測預(yù)瞄前部路況，從而讓行進曲率獲取最佳效果，能操作出最恰當?shù)姆较虮P轉(zhuǎn)角。近階段開發(fā)出了利用其他手段構(gòu)建駕駛員操作模型，比較典型的有最先進的人工型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式駕車司機操作模型。在回路體系模型狀況上，能展開方向盤角階躍式輸進、角型脈沖輸進、正弦波輸進、力型脈沖輸進等的穩(wěn)定態(tài)、瞬時態(tài)協(xié)作特征的研究分析，及模擬式移線、雙向移線、蛇行、定半徑回周、雙扭線等跟隨一定路徑的響應(yīng)特性研究。

3汽車空氣動力學(xué)

研究汽車行駛過程中所受到周圍氣流對其作用的各種力和力矩的特性，及這些特性對汽車性能的影響，主要研究圍繞汽車外部的空氣流態(tài)和進人汽車內(nèi)部的空氣流態(tài)。汽車行駛中受到的氣動力有迎面阻力、升力、側(cè)向力及這些力形成的俯仰力矩、側(cè)傾力矩和橫擺力矩，其大小大致與空氣對汽車的相對速度的平方成正比，因此隨著車速日益提高，氣動作用力對性能的影響也愈加顯著。傳統(tǒng)的空氣動力學(xué)研究方法為試驗方法，包括室內(nèi)的風(fēng)洞實驗及室外實驗等，需耗費較高成本。

基于計算流體動力學(xué)（CFD）理論，在汽車外形三維CAD模型基礎(chǔ)上建立三維CFD模型，運用計算機仿真軟件可進行汽車空氣動力學(xué)的仿真研究。

4結(jié)語

國內(nèi)目前對仿真技術(shù)的研究正迅速發(fā)展。中國計算機用戶協(xié)會仿真機分會于1997年10月在昆明召開了“面向二十一世紀系統(tǒng)仿真技術(shù)”交流會，1998年7月在北京召開了分會成立巧周年慶祝會，中國系統(tǒng)仿真學(xué)會也于1997年1月底在張家界召開了年會，交流國內(nèi)仿真領(lǐng)域理論及應(yīng)用的成果。

參考文獻

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