浅谈ADAMS软件在汽车理论教改中的应用

【摘 要】本文根据汽车理论课程理论性强的特点,对ADAMS软件在汽车理论课程教学改革中的应用进行了探讨,提出虚拟试验的教学方法,使学生在虚拟试验教学中理解和掌握相关知识,从而变枯燥的理论灌输为灵活学习和运用,这对学生适应汽车行业迅速发展的需求具有重要意义。

【关键词】汽车理论 教学改革 虚拟试验教学

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2010)08-0009-02

【Abstract】According to the high theoretical characteristics of automobile theory, the application of ADAMS on automobile theory course teaching reform is discussed. The teaching method of virtual test is proposed. It helps students understand and mater the related knowledge during virtual test teaching and translates insipid theory inculcation into flexible learning and application. It is of great significance for students to adapt to the rapid development of automobile industry.

【Key words】Automobile theory Teaching reform Virtual test teaching

一 绪论

传统的教学系统是由教师、学生和教材这三个要素构成的。在传统教学模式下,学生只能被动地接受老师的理论灌输,缺少学习的主动性,因此,理论课程的学习是非常抽象和枯燥的过程。而现代教学系统的出现,增加了教学媒体这个要素,从系统论的观点考虑,几个要素就不是简单地、孤立地拼凑在一起,而是彼此相互联系、相互作用而形成的有机整体。随着多媒体技术的普遍应用,使计算机技术得到了充分的发挥。很多与车辆相关的仿真软件通过多媒体技术可以直观地展示给学生,从而为仿真教学奠定了硬件和软件基础,所以,仿真教学是现代教学体系发展的结果。仿真教学的出现更加体现了现代教学相对于传统教学的优点,仿真教学的出现可以有效地提高理论课程教学的直观性和生动性。汽车理论课程是车辆工程专业主要理论课程,本文对该课程的教学方法进行了新的探讨。

1.高等课程教学中存在的主要矛盾

目前,高等学校的课程教学应该和当前的行业发展现状相一致,这样才能培养出适合时代发展需要的人才。而仿真技术作为现代车辆行业发展的一种必然需求,越来越多的仿真软件在与车辆相关的企业得到广泛的应用,从而使得汽车的设计速度越来越快,分析精度越来越高,产品开发周期越来越短。这些先进的设计分析手段,大大减轻了设计人员的理论公式推导和计算工作量。作为高等学校的教材总是落后于行业发展的速度,这种矛盾必须通过教学改革来解决。

针对汽车行业发展的特点,本文提出,在汽车理论教学过程中,进行虚拟试验的教学方法。这种教学方法将以前学生被动的灌输式教育过程变为主动、灵活地理解、掌握和运用知识的过程。这样不仅调动了学生的学习兴趣,也提高了学生的设计、分析和运用的能力,从而更好地与目前汽车行业的发展相接轨。

2.汽车理论教改的主要手段

在车辆行业众多仿真分析设计软件中,与汽车理论课程最相关的软件是ADAMS软件,该软件是MSC公司开发的机械系统动力学仿真分析软件,它是当今世界最流行的、被广泛应用的一种虚拟样机技术。目前,该软件在各大小汽车生产厂被广泛地采用,利用该软件进行新产品的性能分析,已经成为了汽车研发过程中非常重要的一个环节。

二 汽车理论课程的虚拟试验教学

资金、实验设备短缺、实践教学不足等一系列问题是摆在教学实验单位面前的难题。而现代教学手段提供的虚拟试验教学正是解决该难题的一种有效手段,下面根据汽车理论课程的特点,对其虚拟仿真教学的具体方法进行探讨。

汽车理论课程的教学内容主要包括:动力性、制动性能、操纵稳定性、平顺性等。这些部分是最抽象、最难掌握的内容,如果只是通过讲解,学生是很难接受的,但借助MSC.ADAMS软件的各功能模块,对相应内容进行虚拟仿真演示和分析,可以大大提高学生的理解和接受程度,并开拓学生的知识面。针对AD汽车理论课程这几部分内容,分别介绍ADAMS软件的各种功能在其虚拟试验教学中的应用。

1.汽车动力性能

MD ADAMS/Car Package包括一系列的汽车仿真专用模块,用于快速建立功能化数字样车,并对其多种性能指标进行仿真评价。用MD ADAMS/Car Package建立的功能化数字样车可包括以下子系统:底盘(传动系、制动系、转向系、悬架)、轮胎和路面、动力总成、车身、控制系统等。

借助数字样车,通过MD ADAMS/Car提供的加速试验功能可以进行样车的动力性虚拟试验,通过试验对样车的动力性评价指标进行分析,仿真分析结果将以动画和数据曲线的形式给出来,可以完全再现真实样车动力性试验的过程。通过对虚拟仿真加速试验结果的分析,对汽车动力性涉及的概念、评价指标和影响因素进行解释和介绍,如涉及到的动力性评价指标:加速时间、最高车速和最大爬坡度等,在提取仿真结果的过程中,将这些评价指标的含义介绍给学生,从而使学生在运用中理解、掌握知识,并且了解了汽车动力性的评价方法和过程,为指导以后工作奠定了坚实的基础。另外,在介绍汽车行驶驱动力和路面摩擦系数与附着力之间的关系时,可以通过ADAMS/Tire和ADAMS/Engine模块,分析解释各个概念及其存在的关系,并动态演示。

2.汽车的制动性能

汽车的制动性能主要通过试验来评价,通过测试汽车的制动距离、制动减速度、制动时间等参数以及车辆在转弯或变更车道时制动方向稳定性来给出评价结果。

在介绍这部分内容时,如果能够借助ADAMS建立的数字样机,通过相应的制动虚拟试验将有关车辆制动性能的基本概念介绍给学生,就可以避免只介绍基本概念造成的枯燥氛围,从而使学生在应用中理解和掌握相关概念和知识,将死概念变成活知识。

图1所示为利用ADAMS软件建立的数字车的三维路面转弯制动虚拟试验。通过虚拟制动试验,将制动距离、制动时间、制动减速、制动跑偏等基本概念介绍给学生。并通过虚拟试验将制动器制动力、地面制动力和附着力的关系;路面摩擦系数、垂直载荷和前后轴制动力分配比例等的影响进行动态演示,增强学生的形象理解和记忆。

3.汽车的操纵稳定性

汽车的操纵稳定被称为“高速车辆的生命线”,随着现代汽车行驶速度的不断提高,操纵稳定性的教学应该更加受到重视。它的基本概念多、理论性强、涉及内容复杂。操纵稳定性的评价试验项目多,因此,这部分内容更难理解和掌握。

在ADAMS/Car中包括各种操纵稳定性虚拟仿真工况,如方向盘角阶跃、斜坡和脉冲输入、蛇行穿越试验、转向轻便性试验和稳态回转试验等全部试验工况,非常便于对数字样车进行操纵稳定性分析评价。结合各种试验工况,对相关的基本概念和评价指标进行讲解,针对各种影响因素:轮胎、悬架、轴荷、质心位置和转动惯量等对操纵稳定性的分析评价,可以通过ADAMS/Car的参数化模型的优势,进行定性和定量分析,从而帮助学生理解理论公式的含义、重要性和指导意义。

4.汽车的平顺性

在MD ADAMS/Car Ride中定量的平顺性指标测试,方便车辆平顺性能的定量化以及评估振动对乘员的冲击。MD ADAMS/Car Ride模块为MD ADAMS/Car的即插即用模块,使用该模块,可快速完成悬架或整车的装配模型,然后利用该模块提供的舒适性分析试验台,可以快速地模拟悬架或整车在粗糙路面上或在实际的振动试验台上所进行的各种振动性能试验,支持各种激励信号,包括实测的位移或载荷的时间历程信号,可以同时考虑轮胎对整车振动性能的影响。借助MD ADAMS/Vibration模块还可以在频域进行分析。

图2所示为利用MD Adams/Car Ride在设计过程中,对车辆的舒适性进行整车虚拟路试的分析。MD ADAMS/Car Ride是进行车辆舒适性分析所需要的工具,包括元件、模型以及事件的定义,以建立在频域内进行分析的模型,测试并进行后处理。在测试数据的后处理过程中,对涉及平顺性的两种评价方法进行介绍,并进行相应数据处理,对比两种方法的评价结果,从而引出人体对振动反应的三个界限等概念。这样就能够让学生全面理解和掌握汽车平顺性评价的方法。关于汽车振动系统的振动问题,借助MD ADAMS/Vibration模块还可以在频域分析各种影响因素对振动的影响,因此,振动方程的介绍可以简化,重点介绍各种影响因素的规律,以指导仿真和设计。

图3是MD ADAMS/Car悬架设计模块建立的悬架性能分析台架。利用虚拟试验台可以进行各种标准悬架试验,例如:单轮跳动试验、双轮跳动试验和转向运动试验。使用MD ADAMS/Car,能够知道悬架是如何控制车轮的运动以及从车轮传递到底盘的载荷。悬架设计模块中,包括悬架分析中一些标准的分析流程,以预测侧倾角、垂向载荷、静载荷、转向特性以及车轮的包络空间等等。

三 总结

本文针对汽车专业教学中存在的问题提出了虚拟试验教学的方法,借助汽车理论课程进行了深入剖析和探讨。希望能够对其他课程的教学起到抛砖引玉的作用。科技的不断发展,要求专业课老师要不断更新自身的知识,要与时俱进,不断将最新的科技知识融入到课堂中来,这样我们培养出来的学生才能真正适应时代发展的要求。

参考文献

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〔责任编辑:李锦雯〕