郑宏达

摘 要 本文系统阐释了汽车结构设计中开展动力学仿真技术运用的具体情况及其发展前景。其中涵盖充气式轮胎结构动力学，驾车者—汽车回路结构动力学（内含悬移架、转路、制导体系的完整控制）及汽车运行中的空气作用动力学等多项内容。

关键词 汽车结构设计 汽车结构动力学 电脑模拟 技术分析

中图分类号：U462 文献标识码：A

0引言

电脑数字模拟是利用电脑程序化技术，依托数字模型对具体的汽车结构系统展开实验型研究的基本方法，其能够把分析的操作手段用在模拟型实验过程：完整利用现有的基础物理学理论，构建出待研究体系的数字化结构模型；选取和具体的物理结构体系的实验相类似的基础型探讨手法，在电脑程序中展开仿真形态的实验过程。当今时期伴随着讯息传播技术、电脑程序技术、系统化结构理论、光纤通讯技术、影像视频技术的深度开发和广泛应用，电脑模拟技术的进步和完善也与日俱增，且逐步普及到社会发展中的各个行业之中，凸显出其独特的高效、快捷性能。

1充气型轮胎结构动力学理论

橡胶轮胎是属于汽车结构中的一个关键性组件，它的性能状况不但密切关联着汽车本身的操作平稳性、安全性，同时也给汽车本身控制体系的设计确定出关键性的依据。轮胎结构力学特征涵盖静态化特征及动态化特征。动态化特征由其运动形态去观察，应区别为稳态化特征及非稳态化特征；由轮胎力学存在状况去观察，应将其区分成侧偏化特征、侧倾化特征、纵滑型特征、垂直型振动特征、包容性特征等多项内容。充气型轮胎结构动力学经历长期的研究过程，其已变成了汽车结构动力学体系中的特种学科，依照经典型力学理论及其实验方法，已构建出了一个全套化的模型来对其展开仿真式研究。

电脑模拟技术的问世给轮胎结构动力学研究构建了新的方式方法。比如利用有限元方法编制轮胎结构模型，首先把轮胎立体轮廓的各层截面划分成无数个局部性的单元，且输进所用的结构材料特征和胎压技术指标，再运用非线型有限元程序软件构建轮胎的有限元结构模型。须对模型实施准静态式的径向刚度指标分析、稳静态侧部刚度指标分析、一米式自由下落仿真实验，以及侧向偏刚度仿真。此类汽车结构模型能应用到汽车动力学性能分析及整车现场“模拟试验场”（VlG）仿真，选取很少的轮胎功能结构技术指标，可获取到轮胎负载及负载转移的基本特征。

依托人工神经型网络（ANN）技术理论，能编制出三层BP型网络结构模式，以各类相异的侧向偏角、外向倾角及垂直负载下的侧应力或回正型力矩的实验测定数值作为模拟训练样本并展开学习过程，由此构建轮胎具备侧偏特征的结构模型。神经型网络模型是由特属轮胎的实验测得数值来确定，所以其精准度很高，加之其模型构建过程比较简化，无需关注模型本身的内部结构情况，仅需把它当作黑箱从外部输进或进行输出就能够快捷地构建对应模型。除此之外还包括模态式分析方法、模糊型分析方法、灰色系统式分析方法等多类方法。

2駕车司机—汽车回路体系动力学

回路体系动力学，依照其系统状态可化分成线性功能区、非线性功能区、临界指标区及恢复功能区等四类区域。线性功能区是研究回路系统处于稳定状态时其特征对主体安全性（也叫操作稳固性）的关联作用，也就是汽车精准配合操作输进及拒绝外界干扰的能力。非线性功能区是研究回路体系处于非稳定状态时的结构变化特征，需要轮胎本身具备优质的附着性能，也就是说在非线性变化的极限功能状况下不致于整体丧失管控效能。临界功能区是研究回路体系处于极限状态下的性能特征，需要其拥有把汽车结构状态讯息快速通报给驾车司机的特异功能。

回路体系的性能状态分析，应选取基于多类体系的动力学（MBS）技术理论的研究手段，利用电脑模拟程序软件构建出涵盖轮胎结构模型的总装体系仿真结构模型；其与驾驶司机操作模型合并即可构建出驾车司机一汽车回路体系统结构模型。驾车司机专属模型，重点包括隶属于古老管控技术理论的最佳编制模型，认为驾车司机目测预瞄前部路况，从而让行进曲率获取最佳效果，能操作出最恰当的方向盘转角。近阶段开发出了利用其他手段构建驾驶员操作模型，比较典型的有最先进的人工型神经网络式驾车司机操作模型。在回路体系模型状况上，能展开方向盘角阶跃式输进、角型脉冲输进、正弦波输进、力型脉冲输进等的稳定态、瞬时态协作特征的研究分析，及模拟式移线、双向移线、蛇行、定半径回周、双扭线等跟随一定路径的响应特性研究。

3汽车空气动力学

研究汽车行驶过程中所受到周围气流对其作用的各种力和力矩的特性，及这些特性对汽车性能的影响，主要研究围绕汽车外部的空气流态和进人汽车内部的空气流态。汽车行驶中受到的气动力有迎面阻力、升力、侧向力及这些力形成的俯仰力矩、侧倾力矩和横摆力矩，其大小大致与空气对汽车的相对速度的平方成正比，因此随着车速日益提高，气动作用力对性能的影响也愈加显著。传统的空气动力学研究方法为试验方法，包括室内的风洞实验及室外实验等，需耗费较高成本。

基于计算流体动力学（CFD）理论，在汽车外形三维CAD模型基础上建立三维CFD模型，运用计算机仿真软件可进行汽车空气动力学的仿真研究。

4结语

国内目前对仿真技术的研究正迅速发展。中国计算机用户协会仿真机分会于1997年10月在昆明召开了“面向二十一世纪系统仿真技术”交流会，1998年7月在北京召开了分会成立巧周年庆祝会，中国系统仿真学会也于1997年1月底在张家界召开了年会，交流国内仿真领域理论及应用的成果。

参考文献

[1] 林柏忠，杨得军，郭学立，管欣，郭孔辉.具有模块化结构的汽车动力学仿真模型的初步研究[J].汽车工程，2003（04）.

[2] 张威，张景海，隗海林，贾洪飞.汽车动力学仿真模型的发展[J].汽车技术，2003（02）.

[3] 袁清珂，董增前，周一鸣.汽车动力学性能的计算机仿真[J].汽车工程.1995（03）.

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