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【摘要】每一批汽車在投入市場前,必須對(duì)所有車輛的動(dòng)力性能進(jìn)行檢測,這是對(duì)汽車用戶用車安全的負(fù)責(zé),也是制造商制造工作的職業(yè)道德。和汽車車檢系統(tǒng)一樣,目前針對(duì)汽車動(dòng)力性能的檢測,主要以計(jì)算機(jī)仿真模擬檢測方式最為先進(jìn)。本文以汽車動(dòng)力性能的概念介紹入手,解釋了汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測系統(tǒng)的工作原理,提出優(yōu)勢和展望。希望能對(duì)相關(guān)人員有所啟發(fā)。
【關(guān)鍵詞】汽車動(dòng)力學(xué);計(jì)算機(jī)仿真;研究
引言
汽車本身就是一種動(dòng)力工具。一輛汽車的好壞,更多取決于該車的動(dòng)力性。檢測汽車的動(dòng)力性,不可能將車開上公路檢測,同一批出廠的汽車數(shù)量也不允許使用這種檢測方式。早在20世紀(jì)50年代,西方先進(jìn)國家就發(fā)明了汽車動(dòng)力性能仿真檢測模型,70年代借助工程學(xué)的知識(shí),提出了系統(tǒng)的檢測方法論。但是傳統(tǒng)的檢測方法,必須要等到一批汽車生產(chǎn)出來后,才能選用實(shí)體樣本檢測。簡而言之,就是抽查。實(shí)際上還是采用使用汽車的檢測辦法,只不過檢測地點(diǎn)是在汽車建造工廠內(nèi)部而不是實(shí)際行駛公路。新型的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),并不需要等到汽車實(shí)體制造出來才能進(jìn)行檢測。因?yàn)橛?jì)算機(jī)檢測,是在建立了特定的檢測程序基礎(chǔ)上,通過錄入汽車各種組件的具體數(shù)值,在電腦上建立汽車模型。然后利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),讓一堆數(shù)據(jù)組成的虛擬的“數(shù)字車”,在同樣是電腦模擬出的虛擬行駛環(huán)境下,完成動(dòng)力系統(tǒng)的檢測,其實(shí)質(zhì)就是一種計(jì)算機(jī)模擬程序。檢測工作的重點(diǎn)是計(jì)算機(jī)虛擬檢測環(huán)境的建構(gòu)。
1汽車動(dòng)力性能的內(nèi)容
汽車動(dòng)能簡而言之就是汽車作為動(dòng)力工具的使用效果,也是判斷一輛汽車市值的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。汽車動(dòng)力性能組成內(nèi)容如下:1.1最高車速最高車速,是在水平地面行駛的狀態(tài)下,汽車能達(dá)到的行駛速度的最大值。該數(shù)值僅僅代表了汽車的行駛極限,并不能說明汽車本身的質(zhì)量好壞。因?yàn)槲覀儗?shí)際的生活場景,并不是電影《速度與激情》中描繪的頻頻飆車,汽車的最高車速一般是用不到的。1.2加速性能加速性能,一般按照歐美國家的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來檢測。汽車的加速性能,和汽車加速行駛的距離以及行駛耗時(shí)有關(guān),一般情況下,同樣的加速距離,所用時(shí)間越短,說明汽車的加速性能更好。但是因?yàn)閷?shí)際使用中汽車的加速情況復(fù)雜多變,所以汽車加速性能的檢測分為多種形式。油門全開時(shí)的加速情況以及油門半開狀態(tài)下的加速情況是不同的,并且汽車的行駛速度處于何種檔位也會(huì)對(duì)加速效果產(chǎn)生影響。1.3爬坡性能爬坡性能也是汽車動(dòng)能的檢測內(nèi)容之一。在汽車承載力處于飽和狀態(tài)的情況下,測試汽車能行駛過去的最大坡度。此時(shí)汽車的行駛速度一般以一檔為標(biāo)準(zhǔn)。和汽車的加速性能一樣,爬坡性能也和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量,汽車輪胎的摩擦度以及駕駛員自身的駕駛技術(shù)有關(guān),所以檢測程序較為復(fù)雜。上述三種性能是汽車動(dòng)力性能主要的檢測項(xiàng)目。但是檢測標(biāo)準(zhǔn)并不一定,隨汽車品牌、用途、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、汽車車身質(zhì)量變化而改變具體參考標(biāo)準(zhǔn)。例如軍用越野車,其對(duì)于爬坡性能的要求特別高,但是對(duì)于加速性能,就會(huì)相對(duì)低一點(diǎn)。利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)能夠在汽車模型設(shè)計(jì)出來之后就進(jìn)行檢測,檢測不合格可以繼續(xù)修改。避免了傳統(tǒng)檢測方式中,會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)了一批汽車但是由于檢測不合格造成資源浪費(fèi)的情況。
2仿真軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前國內(nèi)的計(jì)算機(jī)檢測汽車動(dòng)力性能的仿真系統(tǒng),主要借助M語言和Simulink模塊建立。利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,加入一定的檢測程序代碼,設(shè)計(jì)出實(shí)用的仿真系統(tǒng)。
2.1檢測系統(tǒng)內(nèi)容
仿真系統(tǒng)包括四部分。①輸入汽車各種參數(shù),從而建立一個(gè)仿真的電子汽車模型的部分。②計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)設(shè)定的具體的檢測標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值,檢測單元包括最高車速,加速項(xiàng)目以及爬坡性能三個(gè)單元,根據(jù)不同的車型不同的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn),這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值會(huì)做相應(yīng)改變。③汽車行駛環(huán)境的模擬部分,包括發(fā)動(dòng),加速,爬坡三種具體的行駛動(dòng)態(tài)的承載環(huán)境,這種環(huán)境能夠代表汽車在具體行駛中會(huì)遇到的實(shí)地環(huán)境,即“虛擬行駛環(huán)境”。④針對(duì)模擬汽車在模擬環(huán)境中行駛狀態(tài)的分析部分,這個(gè)部分借助于強(qiáng)大的算法結(jié)構(gòu),是計(jì)算機(jī)仿真檢測系統(tǒng)最主要設(shè)計(jì)復(fù)雜度最高的部分。
2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和要求
仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則有以下幾點(diǎn)。①高度還原汽車實(shí)地行駛環(huán)境,“虛擬環(huán)境”之所以具有真實(shí)行駛環(huán)境的代表性,就是因?yàn)槠渑c真實(shí)的行駛環(huán)境在坡度、風(fēng)速、地表等方面相差無幾,是對(duì)真實(shí)環(huán)境“鏡子”式的反映。②在具體單元中,應(yīng)當(dāng)涵蓋多種行駛可能,例如,實(shí)際使用中汽車的加速情況復(fù)雜多變,油門全開時(shí)的加速情況以及油門半開狀態(tài)下的加速情況是不同的,并且汽車的行駛速度處于何種檔位也會(huì)對(duì)加速效果產(chǎn)生影響。所以汽車加速性能檢測單元,應(yīng)當(dāng)具體細(xì)分為不同的加速情況。將行駛中可能出現(xiàn)的各種情況,全面反映到計(jì)算機(jī)仿真模型系統(tǒng)中,才能使檢測結(jié)果更加接近實(shí)地操作結(jié)果,更具說服力。③檢測人員,必須具備良好的職業(yè)道德,能夠認(rèn)真細(xì)致地完成檢測工作。目前的汽車行業(yè)發(fā)展的如火如荼,一批汽車的生產(chǎn)量會(huì)多達(dá)萬輛,如果生產(chǎn)前的檢測結(jié)果有失誤,那么造成的資源浪費(fèi)會(huì)是傳統(tǒng)檢測失誤的數(shù)萬倍。并且動(dòng)力性能不過關(guān)的汽車流入市場后,產(chǎn)生的危害是不可估計(jì)的。汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測系統(tǒng),雖然比傳統(tǒng)的檢測技術(shù)先進(jìn),但是也背負(fù)了更多的風(fēng)險(xiǎn)和責(zé)任。
3汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測的優(yōu)勢
(1)計(jì)算機(jī)新型的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),并不需要等到汽車實(shí)體制造出來才能進(jìn)行檢測,這是計(jì)算機(jī)仿真檢測系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車動(dòng)力性能檢測方式的最大區(qū)別也是最大優(yōu)勢。對(duì)汽車模型的檢測,由于借助了強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)檢測算法,檢測人員只需要在檢測程序中輸入汽車各部分組件的具體數(shù)值即可,計(jì)算機(jī)能自動(dòng)計(jì)算出該款汽車在不同路況下的動(dòng)力性能的表現(xiàn)。省去了傳統(tǒng)檢測中人力手動(dòng)模擬各種路況的麻煩,節(jié)約了檢測時(shí)間的同時(shí),也避免了傳統(tǒng)檢測有可能出現(xiàn)的人身安全問題。(2)節(jié)約汽車制造資源。傳統(tǒng)的檢測方法,必須要等到一批汽車生產(chǎn)出來后,才能選用實(shí)體樣本檢測。生產(chǎn)汽車檢測樣本肯定不會(huì)只生產(chǎn)一輛,如果實(shí)體汽車檢測樣本合格,那么等待這批汽車樣品的只能是廢物回收的命運(yùn)。汽車組件可以被回收,但是生產(chǎn)汽車檢測樣品所花費(fèi)的人力物力財(cái)力,卻是白白浪費(fèi)。(3)在電子信息技術(shù)發(fā)展的大社會(huì)背景下,人力必然要被機(jī)器取代。信息化、智能化是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展不可更改的方向。建立汽車動(dòng)能計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng),只是機(jī)器取代人力的滾滾浪潮中一朵小小的浪花。
4對(duì)汽車動(dòng)能計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)未來發(fā)展的展望
計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的實(shí)質(zhì),依然是借助于龐大的計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的一種特殊程序,難以全面再現(xiàn)實(shí)際生活中的汽車行駛過程,所以并不能百分百代表汽車實(shí)際使用過程中的動(dòng)力性能。筆者對(duì)此提出幾點(diǎn)展望,希望能對(duì)該系統(tǒng)開發(fā)人員有所啟發(fā)。(1)完善現(xiàn)有的仿真系統(tǒng),加入更多的模擬行駛場景,并在具體場景中對(duì)坡度,馬力、地表形態(tài)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能、燃油效率等具體指標(biāo)拆分組合,建立強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。(2)將動(dòng)能仿真系統(tǒng)和汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合,在每一輛汽車的制造中,就加入計(jì)算機(jī)動(dòng)能仿真系統(tǒng)。設(shè)想一個(gè)場景,野外行駛中,駕駛?cè)瞬淮_定汽車能否順利通過眼前的高坡,在冒險(xiǎn)和人身安全之間猶豫時(shí),可以啟動(dòng)計(jì)算機(jī)動(dòng)能仿真系統(tǒng),在汽車顯示儀上實(shí)時(shí)模擬出爬坡的場景。從而使司機(jī)對(duì)接下來的具體行駛情況有所了解,提前做好應(yīng)對(duì)措施。
5結(jié)束語
目前我國并沒有成熟的自我研發(fā)的汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測系統(tǒng)。希望中國該行業(yè)的技術(shù)人員能夠?qū)W習(xí)西方先進(jìn)技術(shù),嚴(yán)格按照汽車動(dòng)力性能檢測要求,研發(fā)出中國的更安全的汽車動(dòng)能計(jì)算機(jī)仿真檢測系統(tǒng)。
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作者:鄭文超 單位:襄陽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院