ADAMS/Car 與MATLAB聯合仿真在《汽車理論》教學中的應用

張文燦

【摘 要】針對車輛工程專業課程《汽車理論》知識交叉性和理論性都非常強，導致學生學習積極性不高，教學效果差的問題，本文以汽車平順性為例介紹了ADAMS/Car與MATLAB聯合仿真在《汽車理論》教學中的應用，仿真軟件的應用可以使力學分析直觀化、晦澀難懂的數學推導和數學建模形象化、影響規律的圖形化和生動化，大大增強學生對所學課程的感性認識，加強其對授課內容的理解，讓學生更加容易接受和掌握抽象的理論知識。

【關鍵詞】汽車理論；仿真分析；ADAMS/Car；MATLAB

1 《汽車理論》課程特點

《汽車理論》是車輛工程專業的核心課程之一，知識交叉性和理論性都非常強，在學習中需要掌握高等數學、工程力學、機械設計與原理、汽車構造與發動機原理等多理論知識，涉及的基礎理論和專業知識非常寬廣。因此，《汽車理論》課程學習對大部分學生來說感覺枯燥難學，在課堂上聽不懂，學習主動性不高，甚至產生厭學、棄學等不良情緒，導致在教學中盡管對多種教學方法進行嘗試和改進，但教學效果提升依然不明顯，因此，有必要針對《汽車理論》教學中存在大量的數值計算、推演及數學模型理論的特點，采用更加可視化的教學方法，使晦澀難懂的理論知識變得直觀易懂。

將《汽車理論》的理論知識與工程實踐結合起來，通過讓學生接觸到實際的汽車產品，并對汽車各性能進行實驗測試，測試不同因素對其性能的影響作用，無疑使學生加深對理論知識的理解。然而，在對汽車各性能進行測試的實驗中，往往對設備儀器和測試條件有比較高的要求，尤其是汽車操縱穩定性以及平順性的實驗，普通高等本科學校很難具備相應的實驗條件，且在路試中涉及到學生的安全問題，這就決定了不可能大規模的應用汽車實測實驗來輔助理論教學。針對《汽車理論》存在大量力學建模、推演及數學模型的難點，一些數值仿真軟件可以很好地解決這個問題，比如，MATLAB、ADMAS等軟件在圖形和計算上的優勢使其成為解決車輛工程專業課程教學以及實驗設備不足的有效工具。

2 ADAMS/Car與MATLAB簡介

ADAMS/Car是MDI公司與奧迪、寶馬等汽車巨頭合作開發的整車設計模塊，集成了汽車公司在汽車設計、開發方面的專家經驗，能夠幫助工程師研究不同試驗工況下整車的動力學響應，并輸出標志操縱穩定性、制動性、乘坐舒適性和安全性的特征參數，從而減少對實車試驗的依賴。MATLAB軟件現已是國際上仿真領域最權威、最實用的計算機軟件之一，作為MATLAB的重要組成部分，Simulink具有相對獨立的功能和使用方法，可以直觀、方便地對系統進行動態仿真。

在《汽車理論》教學中使用ADAMS/Car與MATLA對課程中所涉及的內容進行仿真，可以使力學分析直觀化、晦澀難懂的數學推導和數學建模形象化、影響規律的圖形化和生動化，大大能增強學生對所學課程的感性認識，加強其對授課內容的理解，提高教學效率以及課堂的交互性和趣味性，使教學過程更加開放和生動，讓學生更加容易接受和掌握抽象的理論知識。

3 ADAMS/Car與MATLAB聯合仿真在教學中的應用實例

以《汽車理論》汽車平順性為例，說明ADAMS/Car與MATLAB聯合仿真在教學中的實現。如圖1所示，在汽車平順性研究中，涉及路面不平度、車速等輸入；需要考慮整車的振動系統，如彈性元件、阻尼元件以及車身、車輪等質量；然后求解車身傳至人體的加速度和懸架彈簧動撓度等；最后進行評價。

首先根據車身、底盤懸架系統等參數，在ADAMs/Car中建立汽車模型。目的是讓學生直觀了解路面激勵、輪胎激勵以及懸架阻尼等參數對汽車平順性等影響，因此，在所建立的模型中設置路面激勵、輪胎激勵以及懸架阻尼力等輸入以及汽車振動系統參數；同時設置相對運動速度和加速度等輸出參數。然后利用ADMAS與MATLAB軟件之間的接口，建立兩者之間的數據通訊，將ADAMs/Car中建立汽車模型輸入到MATLAB。最后通過在MATLAB改變路面不平度、車速等參數，實現汽車平順性的性能仿真分析，并在ADAMS/view中觀察汽車行駛的動態仿真結果。

圖2給出了三種不同汽車阻尼力狀態下汽車平順性的仿真結果，從該結果學生可以清晰認識到在不同車輛行駛速度下阻力對汽車平順性的影響規律，同時也對行駛速度與汽車平順性之間的關系獲得一個感性的認識。通過ADAMs/Car與MATLAB可以很方便的改變路面激勵以及阻尼、質量等汽車本身的變量，從而通過仿真分析得到各變量與汽車平順性之間的關系，不僅可以激發學生課堂等積極性，而且大大提高學生學習ADAMs/Car與MATLAB等工具軟件的積極性。

4 結論

《汽車理論》是車輛工程專業的核心專業課程，教學內容偏向與理論推導，對力學分析、數學建模以及公式求解要求比較高，對大部分學生來說感覺較為枯燥難學，如何提高教學效果是授課老師必須面對的教學難題。在《汽車理論》授課中應用ADAMS/Car與MATLAB聯合仿真，可以使力學分析直觀化、晦澀難懂的數學推導和數學建模形象化、影響規律的圖形化和生動化，對提高教學效率以及課堂的交互性和趣味性有非常大的幫助，同時通過仿真實驗來代替實車試驗，可以大大緩解汽車試驗對設備和場地條件要求過來以及可能帶來等安全等問題。（下轉第129頁）

（上接第91頁）

【參考文獻】

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[2]郝赫.多軸重型汽車剛彈耦合虛擬樣機分析與匹配[D].吉林大學，2011.

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[責任編輯：王楠]