ADAMS/Car 与MATLAB联合仿真在《汽车理论》教学中的应用

张文灿

【摘 要】针对车辆工程专业课程《汽车理论》知识交叉性和理论性都非常强，导致学生学习积极性不高，教学效果差的问题，本文以汽车平顺性为例介绍了ADAMS/Car与MATLAB联合仿真在《汽车理论》教学中的应用，仿真软件的应用可以使力学分析直观化、晦涩难懂的数学推导和数学建模形象化、影响规律的图形化和生动化，大大增强学生对所学课程的感性认识，加强其对授课内容的理解，让学生更加容易接受和掌握抽象的理论知识。

【关键词】汽车理论；仿真分析；ADAMS/Car；MATLAB

1 《汽车理论》课程特点

《汽车理论》是车辆工程专业的核心课程之一，知识交叉性和理论性都非常强，在学习中需要掌握高等数学、工程力学、机械设计与原理、汽车构造与发动机原理等多理论知识，涉及的基础理论和专业知识非常宽广。因此，《汽车理论》课程学习对大部分学生来说感觉枯燥难学，在课堂上听不懂，学习主动性不高，甚至产生厌学、弃学等不良情绪，导致在教学中尽管对多种教学方法进行尝试和改进，但教学效果提升依然不明显，因此，有必要针对《汽车理论》教学中存在大量的数值计算、推演及数学模型理论的特点，采用更加可视化的教学方法，使晦涩难懂的理论知识变得直观易懂。

将《汽车理论》的理论知识与工程实践结合起来，通过让学生接触到实际的汽车产品，并对汽车各性能进行实验测试，测试不同因素对其性能的影响作用，无疑使学生加深对理论知识的理解。然而，在对汽车各性能进行测试的实验中，往往对设备仪器和测试条件有比较高的要求，尤其是汽车操纵稳定性以及平顺性的实验，普通高等本科学校很难具备相应的实验条件，且在路试中涉及到学生的安全问题，这就决定了不可能大规模的应用汽车实测实验来辅助理论教学。针对《汽车理论》存在大量力学建模、推演及数学模型的难点，一些数值仿真软件可以很好地解决这个问题，比如，MATLAB、ADMAS等软件在图形和计算上的优势使其成为解决车辆工程专业课程教学以及实验设备不足的有效工具。

2 ADAMS/Car与MATLAB简介

ADAMS/Car是MDI公司与奥迪、宝马等汽车巨头合作开发的整车设计模块，集成了汽车公司在汽车设计、开发方面的专家经验，能够帮助工程师研究不同试验工况下整车的动力学响应，并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数，从而减少对实车试验的依赖。MATLAB软件现已是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机软件之一，作为MATLAB的重要组成部分，Simulink具有相对独立的功能和使用方法，可以直观、方便地对系统进行动态仿真。

在《汽车理论》教学中使用ADAMS/Car与MATLA对课程中所涉及的内容进行仿真，可以使力学分析直观化、晦涩难懂的数学推导和数学建模形象化、影响规律的图形化和生动化，大大能增强学生对所学课程的感性认识，加强其对授课内容的理解，提高教学效率以及课堂的交互性和趣味性，使教学过程更加开放和生动，让学生更加容易接受和掌握抽象的理论知识。

3 ADAMS/Car与MATLAB联合仿真在教学中的应用实例

以《汽车理论》汽车平顺性为例，说明ADAMS/Car与MATLAB联合仿真在教学中的实现。如图1所示，在汽车平顺性研究中，涉及路面不平度、车速等输入；需要考虑整车的振动系统，如弹性元件、阻尼元件以及车身、车轮等质量；然后求解车身传至人体的加速度和悬架弹簧动挠度等；最后进行评价。

首先根据车身、底盘悬架系统等参数，在ADAMs/Car中建立汽车模型。目的是让学生直观了解路面激励、轮胎激励以及悬架阻尼等参数对汽车平顺性等影响，因此，在所建立的模型中设置路面激励、轮胎激励以及悬架阻尼力等输入以及汽车振动系统参数；同时设置相对运动速度和加速度等输出参数。然后利用ADMAS与MATLAB软件之间的接口，建立两者之间的数据通讯，将ADAMs/Car中建立汽车模型输入到MATLAB。最后通过在MATLAB改变路面不平度、车速等参数，实现汽车平顺性的性能仿真分析，并在ADAMS/view中观察汽车行驶的动态仿真结果。

图2给出了三种不同汽车阻尼力状态下汽车平顺性的仿真结果，从该结果学生可以清晰认识到在不同车辆行驶速度下阻力对汽车平顺性的影响规律，同时也对行驶速度与汽车平顺性之间的关系获得一个感性的认识。通过ADAMs/Car与MATLAB可以很方便的改变路面激励以及阻尼、质量等汽车本身的变量，从而通过仿真分析得到各变量与汽车平顺性之间的关系，不仅可以激发学生课堂等积极性，而且大大提高学生学习ADAMs/Car与MATLAB等工具软件的积极性。

4 结论

《汽车理论》是车辆工程专业的核心专业课程，教学内容偏向与理论推导，对力学分析、数学建模以及公式求解要求比较高，对大部分学生来说感觉较为枯燥难学，如何提高教学效果是授课老师必须面对的教学难题。在《汽车理论》授课中应用ADAMS/Car与MATLAB联合仿真，可以使力学分析直观化、晦涩难懂的数学推导和数学建模形象化、影响规律的图形化和生动化，对提高教学效率以及课堂的交互性和趣味性有非常大的帮助，同时通过仿真实验来代替实车试验，可以大大缓解汽车试验对设备和场地条件要求过来以及可能带来等安全等问题。（下转第129页）

（上接第91页）

【参考文献】

[1]宋晓琳.基于免疫算法的汽车主动悬架控制技术研究[D].湖南大学，2007.

[2]郝赫.多轴重型汽车刚弹耦合虚拟样机分析与匹配[D].吉林大学，2011.

[3]朱毅杰.重型卡车两种悬架模型的开发与仿真[D].吉林大学，2009.

[责任编辑：王楠]