計算機仿真五種方法在汽車工程中的應用

摘 要：隨著科技的不斷進步與完善，人們生活水平的不斷提高，對于汽車的各種要求也有了新的認識與提高，為了滿足不同消費者的不用需求，汽車制造者不斷將新的技術應用于汽車工程建設之中，文章重點探討計算機技術在汽車工程中的應用，并針對現在存在的一些問題提出相應的解決措施。

關鍵詞：計算機技術；汽車工程；研究分析

引言

科技的不斷變化與發展，使得計算機信息技術不斷地應用于各個領域之中，并獲得了長久的發展與提升。計算機仿真技術，顧名思義就是利用計算機特有的功能，將汽車零部件以及整輛汽車的運行數據，建模方式通過計算機模擬程序進行簡單的實驗研究。將這種模擬技術應用于汽車工程制造之中，可以大大提高其工作效率，通過計算機可以對汽車的任意程序進行技術跟蹤，實驗測試，維護管理，故障檢修等一系列各個階段，縮短產品的開發周期，降低了生產成本，但與此同時，也加速了產品的更新換代，提高了產品的競爭力。

1 基于數值模擬方法的仿真分析

1.1 汽車結構方面的應用

對汽車的整車和部件進行強度分析、剛度分析、運動校核、疲勞耐久性分析及 NVH（Noise，Vibration andHarshness） 分析等。主要使用基于有限元方法、邊界元方法、統計能量分析方法和計算流體力學等開發的軟件。

有限元軟件的開發與利用，不僅僅是因為其計算精準，而是它獨有的適應能力，能夠適應各種復雜的計算程序，特別是對低頻結構的振動模擬與分析?？梢越Y合不同的功能進行靜力學分析，動態學分析，振動等。就目前而言，是比較常見的一種模擬方式，因此被廣泛的運動到汽車結構設計當中，對于汽車工程設計的發展起著至關重要的作用。

SYSNOISE 軟件就是運用有限元方法和邊界元方法進行聲學建模和聲振建模。統計能量分析在預測和分析車內空氣噪聲方面側重于應用，而預測和分析車內結構噪聲方面卻側重于研究，如用統計能量分析方法進行駕駛室模型的動態響應預測。

通過數值模擬方法的分析可以達到提高優化整車及零部件的結構、提高承載能力、延長使用壽命、降低車輛噪聲和減少重量的目的，從而改善整車的動力性、舒適性和經濟性等性能。

1.2 汽車被動安全方面的應用

被動安全主要是指汽車在不可避免的情況下所發生的交通事故，能夠在事故發生時保護車內的駕駛人員以及其他人員的安全，或者將傷害降低到最小，此時，就需要反復的進行計算機試驗研究才能將損害降低最低，達到最大的優化利益。由于這種試驗相對成本較高，所以不能經常性的做實車碰撞試驗，只能根據計算機的方式進行測試，當試驗到一定階段的時候才能進行實車碰撞試驗，這在很大程度上就降低了成本。實車碰撞結果產生的問題，計算機會自動根據實際情況進行安全設計改良與革新，最終將導致研發周期的延長。為此，計算機模擬技術在汽車被動安全中是十分重要的。

2 基于 MATLAB/Simulink 的仿真分析

MATLAB/Simulink 是對動態系統進行建模、仿真和分析的一個軟件包，也可以稱之為一體化仿真環境。它支持線性和非線性系統、連續時間系統、離散時間系統及連續和離散混合系統，而且系統可以是多進程的。

在 MATLAB/Simulink 環境下，系統模型可以根據實際結構搭建，調整方便，結果輸出直觀。Advisor 不僅可以對傳統汽車（ 包括輕型車和重型車） 進行仿真，而且對電動汽車（包括純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車） 也可以進行仿真分析，可以預測多種循環工況下的車輛性能、能量消耗、排放、控制策略實施情況以及零部件的效率。

3 硬件在環仿真分析

硬件在環仿真，最初應用在結構復雜、價格昂貴的系統的開發和測試上，是將被仿真系統的一部分用數學模型描述，并把它轉化為仿真計算模型，其他部分以實物（或物理模型） 方式引入仿真回路，可以對虛擬運行環境中的設備進行逼真的模擬，其特點是實時性。這種定義比較早的“半實物仿真”定義更準確。

通常硬件在環仿真的輸入和輸出是連續的或模擬的，在這種情況下，連續的輸入必須使用 A/D 轉換器轉換為數字的形式。這種仿真可以充分發揮物理仿真和數學仿真的優越性，避免各自缺點。硬件在環仿真環境實現了物理硬件和軟件模型的互換，從而可以在原型車不存在的情況下進行部件或整車的仿真，也可以對潛在的部件及其組合方案進行評價、篩選，直到確定最優方案。

功能強大的高逼真度 HIL 實時仿真不僅可以縮短開發周期，加快了產品上市速度，而且由于測試期間無需使用實際硬件而降低了設備成本以及相關的維護成本。HIL 仿真最顯著的優點是可以對實際情況進行模擬，而不會產生實際危險。

4 虛擬現實技術

虛擬現實技術是二十世紀八十年代末開始新型的一種實用技術，采用計算機技術進行視聽覺融為一體的，在某種特定環境下，進行的一種虛擬環境試驗，這種試驗就如同親臨現場般一樣真實。隨著科學技術的不斷進步與發展，這種技術不斷地被應用于汽車工程建設之中，并推動了汽車工程建設的發展。利用虛擬技術可以將汽車進行數字化，然后將其模擬的環境結合起來，用真實的駕駛員進行一種仿真模擬駕駛，駕駛員可以真實感受到汽車的振動，噪音等就如同在現實生活中一樣，同時，可以進行各種危險技術的模擬實驗，所有這一系列的數據參數以及結果都將在虛擬技術中得以體現，這樣不僅僅實現了虛擬技術的現代化，更加節省了投資，可以反復的使用，測試，并不存在任何的風險。

5 高層體系結構技術

高層體系結構技術是美國在1995年提出來的一種構件計算機仿真技術的建模技術，最顯著的特征就是可以通過應用層將與環境分離，最大限度的利用新技術進行標準的服務功能，該系統也有較強的適應能力，這種技術在汽車工程中得到了廣泛的使用，隨著不斷變化發展與完善，并逐漸應用于航空航天等事業。無人駕駛飛機就是在該系統的基礎上發展起來的。這種虛擬訓練與交通工程仿真技術不斷的結合，并越來越完善。

6 結束語

隨著科學技術的不斷進步與發展，人們生活水平的不斷提高，對于各種計算機技術的應用越來越廣泛，虛擬技術將不斷的應用于汽車工程建設中，并將作為主要的發展動力推動其向前不斷的變化發展，從某種程度上而言，高層建筑結構體系結構系統太過復雜，為此在汽車工程上還不能廣泛的被使用，但在整個交通系統中卻得到了廣泛的使用與推廣。在汽車工程中不斷的運用計算機仿真技術，可以大大提高汽車工程工作效率，就目前而言，汽車零部件與系統的開發已經成為現代汽車行業競爭的主要兩大元素之一，汽車要想立于競爭的不敗之地，必須提升其硬件技術的水平，將駕駛員與主觀評價等訓練技能相結合在一起，進一步完善與加強虛擬技術的訓練，相信在不久的將來一定會推動汽車行業的發展。

參考文獻

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