汽车领域计算机仿真技术探讨

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汽车领域计算机仿真技术探讨:汽车领域计算机仿真技术研究

【摘要】随着控制理论、计算技术、计算机科学与技术的飞速发展,系统科学研究的深入,计算机仿真技术已经逐渐发展为一门新的学科。信息处理技术的突飞猛进,更使得仿真技术得到了迅速发展。计算机仿真技术是分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法。本文分析了轿车产品的特点，研究了计算机仿真技术在轿车全生命周期中不同阶段的应用现状，以及相关技术思想的发展。

【关键词】计算机；仿真技术；轿车；发展

1前言

计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点,已经成为对许多复杂系统进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础,以计算机和各种物理设施为设备工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。

2计算机仿真技术的发展

计算机仿真技术主要是随着计算机技术、计算技术、图形图像技术、复杂系统建模技术和专业建模技术的发展而发展的。从历史上看,计算机仿真大致经历了四个发展阶段:

2.1模型试验

最原始的仿真思想,其模型试验是基于物理模型进行的,缺乏柔性和精度。

2.2数字化仿真

采用计算机进行分析计算,但是计算结果表达局限于记录文件和图表上,缺乏直观形象。

2.3图像化仿真

大量采用丰富的图形图像技术来表达仿真结果,如三维图形。

2.4虚拟现实技术

不光采用三维图形技术表达计算结果,而且采用特殊装置,如戴上三维数据头盔,触摸仪器等,使人有身临其境的效果。

3计算机仿真技术的关键

目前,计算机仿真计算的关键技术主要包括:

3.1面向对象的仿真

(object-OrientedSimulation-OOS)其主要是将整个系统的功能设计和实现归属为对对象的操作及对象信息的彼此综合利用来实现,对象间信息的传送引起了系统的活动。

3.2分布交互仿真

(DistributedInteractiveSimulation-DIS)主要是通过计算机网络将分散在各地的仿真设备互连,构成时间与空间互相耦合的虚拟仿真环境。

3.3智能仿真

(IntelligenceSimulation-IS)主要是以知识为核心和人类思维行为作背景的智能技术,引入整个建模与仿真过程,构造各处基本知识的开发途径。是人工智能(如专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等)与仿真技术(如仿真模型、仿真算法、仿真语言、仿真软件等)的集成化。

3.4人机和谐仿真

主要包括可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真。[1]

4计算机仿真技术在汽车领域的应用

汽车产业是我国的支柱产业之一，具有极大的发展潜力。尤其是在轿车生产方面同其他发达国家相比还有很大差距，入世必然会对我国的民族轿车工业产生一定的冲击。为了抵御这种冲击，迫切要求我们认真分析世界轿车工业发展的新趋势，学习和借鉴其中的新思想和新技术，使我国的轿车产业能够顺利地同国际接轨，争取在未来的竞争中处于有利的位置。目前世界轿车工业的激烈竞争集中反映在降低生产成本上，即以价格优势去争夺市场。围绕着成本的降低，出现了许多新的发展趋势，如开发周期缩短化、生产管理精益化、目标成本控制化、零部件采购全球化等等。在这种情况下，传统的轿车设计开发过程显得周期过长、成本过高、而且效率低下，已经很难适应激烈的市场竞争的需要。为了解决这些问题，各种新的思想和技术纷纷出现，并被各大轿车生产厂家所采用，其中计算机仿真技术就是被广泛应用的技术之一。仿真技术是出自对系统研究的需要，用系统的模型对真实的或设计中的系统进行试验，以达到分析、研究和设计该系统的目的而计算机仿真就是利用现代计算机技术，对待分析的系统进行数字建模，并根据需要编制相应的程序对系统模型进行仿真分析的过程。计算机仿真技术为轿车产品的设计开发提供了强有力的工具和手段。通过将计算机仿真技术全面应用于轿车产品的设计开发过程，使得在设计阶段即可以对产品的全生命周期进行分析和测,[2]从而保证了产品的制造要求、使用要求、维护要求、销毁要求等。由于其先进性和革命性，计算机仿真技术已经得到汽车界的广泛重视。如福特公司第一辆样车定型之前，已经完成了全部仿真分析的95%以上，可以在工程开发阶段节省四千多万美元，在制造阶段节省超过十亿美元。通用公司由于在轿车设计开发过程中全面采用了计算机仿真技术，使得开发时间由原来的39个月减少到24个月奔驰汽车公司1998年之前已经完成了数字化轿车的设计，并实现了较强的虚拟显示技术，可以在设计阶段对轿车的总体性能匹配和车身系统布置设计等进行仿真分析、评价和改进。

4.1计算机仿真技术在轿车方案阶段的应用

方案阶段的主要任务是根据市场的发展和客户的需求等信息进行需求定义，包括参考样车选型、系统功能定义、技术经济评价等等。在方案阶段实际系统并不存在，设计人员根据不同的功能模型建立系统的动态模型，以便于比较不同方案的优劣。尽管此时模型的粒度较粗，但仍可为设计人员提供不同方案下的比较分析结果，并为进一步的设计提供决策依据。例如，轿车的技术经济评价就是在方案阶段，对轿车产品的技术质量信息、成本信息以及竞争对手信息进行建模，并在此基础上运用合适的理论方法综合处理这些模型，从而产生出可以对设计、管理与决策提供依据的综合知识。

4.2计算机仿真技术在轿车设计阶段的应用

在轿车的设计阶段，各种CAD/DAE工具已经得到广泛的应用，具有比较完善的数字化基础。因此这个阶段的仿真活动是同这些计算机辅助工具紧密结合的，甚至可以直接将CAD产品模型作为仿真模型输入，即由CAD软件来完成仿真建模工作，实现了部分的信息集成。这种信息集成是以一些图形信息交互标准为基础的，常用的格式有IGES、STEP等。但在实际使用时，由于各种软件对这些标准支持程度的差别，某些情况下CAD模型直接导入到仿真软件中会产生部分信息丢失现象，需要进行必要的修补工作后才能进行仿真分析。随着信息集成技术的发展，这些问题将会得到很好的解决。[3]

4.3计算机仿真技术在轿车制造阶段的应用

这里的制造主要是从技术角度出发，对产品的制造工艺的进行数值模拟与优化，对制造装备的进行数值模拟与改进。典型的如轿车车身覆盖件冲压成型工艺的数值模拟、模具型面抛光仿真等等。以轿车车身覆盖件冲压成型工艺为例，轿车中金属冲压件占到总重量的3/4，整个轿车的开发周期中，近40%的时间用于车身的设计和定型。采用传统的试错方法来解决冲压成型中的工艺问题已经无法满足现代轿车生产的需要。[4]在计算机仿真技术的支持下，通过在计算机上建立数字化模型，用有限元方法进行成型模拟，可以全面了解板料在成型过程中的应力、应变及厚度分布，预测成型缺陷，从而给设计人员提供进行工艺分析和模具设计的科学依据。通常所用的仿真/分析软件有CATIA、ANSYS、ADAMS、SIMPACK等。在西方发达国家，板料冲压成型的数值模拟技术已经称为缩短模具产品研制周期、提高产品质量、降低生产成本的必不可少的手段和工具。

4.4计算机仿真技术在轿车生产线阶段的应用

计算机仿真技术在轿车生产线阶段的主要应用包括确定生产管理控制策略、车间层的设计和调度、库存的规划管理等。其中用于生产管理控制策略的仿真包括确定有关参数以及用于不同控制策略之间的比较；用于车间设计和调度的仿真主要用于对各种可能方案进行分析评价，进而选择出最优方案；用于库存管理的仿真主要目的为确定订货策略、确定订货点和订货批量、确定仓库的分布、以及确定安全库存水平等等。[5]

4.5计算机仿真技术在轿车销售阶段的应用

在轿车的销售阶段，可以根据收集到的客户和对手的信息，通过计算机仿真手段来分析和比较各种方案，进而调整市场价格、制订销售策略等等。[6]

4.6计算机仿真技术在轿车使用阶段的应用

轿车的使用阶段，可以通过计算机仿真技术对用户进行驾驶培训、维修培训等。同生产设计阶段的仿真相比，这种面向用户的仿真大量应用了虚拟现实技术，由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，使参与者产生沉浸感。通过这个虚拟环境，人们可以进行观察、感知和决策等活动。[7]

4.7计算机仿真技术在轿车回收阶段的应用

在回收阶段，计算机仿真技术可以用于对产品拆卸分解过程提供决策支持。严格的说，产品的可拆卸性应该是在设计阶段就予以考虑的因素。产品材料的使用和产品结构的合理性，直接影响废旧产品的可拆卸和回收价值。利用计算机仿真技术对产品回拆卸序列的分析和优化，可以对现有产品给出最大回收价值的拆卸方案。

作者：孙斌 单位：沈阳理工大学汽车与交通学院

汽车领域计算机仿真技术探讨:汽车催化器设计中计算机仿真技术的应用

[摘要]

随着汽车发动机及排放技术的发展，催化器的设计也对工程师提出了越来越高的要求，本文主要介绍了计算机仿真技术，特别是CAE和CFD技术在汽车催化转化器设计中的应用。CAE以及CFD技术的应用，大幅缩短了汽车催化器设计的周期，且降低了设计成本，使催化器产品的可靠性得到显著提升。相关的分析工作表明催化器支架设计前，应首先对整体结构的模态进行评价，根据振动形式的分布来确定支架的布置方向；流场的合理性对产品的性能产生重要影响，载体前端部分要尽量避免过小的转弯半径导致的紊流现象。

[关键词]CAE；模态；刚度；冲压工艺

1前言

近年来，随着汽车产业的高速发展，汽车已经走进众多的家庭，正逐步从奢侈品变为城市生活的必需品。汽车产业的发展带给人们出行便捷的同时，也带来了日益严重的环境问题，对人体健康造成了损害[1]。因此尾气排放成为了评价整车性能的重要标准。国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的制定和执行，愈发体现出了催化器对整车性能的重要性，随着发动机技术的不断发展，对催化器的设计也提出了更高的要求，紧耦合式歧管、涡轮增压技术都使催化器的结构朝着异形化的方向发展，催化转化器在设计中不但要满足高温、强震动下的刚度要求，更要实现最优化的内部流场结构。

2模态分析对结构设计的影响

作为汽车发动机排气系统的重要组成部分，催化器决定了汽车排放性能的优劣。随着汽车排放标准的不断提升，催化器的位置也越发靠近发动机热端，目前常见的排放系统，常常将催化器布置在发动机排气歧管或是涡轮增压器的出口位置，这也使得催化器处于高温、强振的工作环境中。为了满足排气系统的使用寿命的要求，在催化器的设计阶段，就必须考虑结构的强度、刚度和耐久性能，而这其中，催化器的模态对催化器的性能至关重要，目前的四缸发动机设计准则中，一般要求催化器在高温下的一阶模态达到210Hz[2]。

2.1边界条件的设定

2.1.1温度边界条件催化器是一种典型的流固耦合模型，尾气的高温对催化器的性能有很大的影响，根据材料力学性能的试验数据，800℃时的不锈钢材料性能大约只有常温下材料性能的1/6，因此进行模态分析时必须要考虑温度场带来的影响。由于发生化学反应，使得载体区域壁面温度较高，约为800~900℃，非载体区域的壁面温度在400~500℃之间。

2.1.2材料属性的定义在模态计算时，需要定义的材料属性有弹性模量、泊松比以及材料的密度，这其中弹性模量随温度的升高会产生明显的下降。通过实验手段测得不锈钢材料弹性模量随温度的变化关系，根据实验数据曲线拟合成二次多项式：将此公式作为模态分析时弹性模量的输入。材料的密度随温度的变化并不明显，因此按照常温下的材料密度值进行设定，泊松比一般取在0.2~0.3之间。对于排气管内的气体，假设其为理想气体，是单向的牛顿流体，在进行计算时，设定其可压缩性对计算结果会产生明显影响，马赫数MH=V/a，V为当地速度，a为当地音速；当MH＜0.3时，为不可压缩，当MH≥0.7时肯定为可压缩流体，如果用不可压缩法计算，结果就会有明显的差别[3]。

2.2计算结果

2.2.1初始设计结构在初始设计中，考虑到发动机安装空间的情况，将催化器支架设计成为图1中右侧的结构，该支架与中间段轴线呈倾斜布置，该方案的一阶模态160Hz，没有达到催化器的设计要求。而在后续的台架试验中，催化器的确在在中间段位置出现了多次断裂。说明该设计方案的确不能满足刚度要求。改进方法主要针对催化器支架进行，通过对支架的位置、走向进行优化及整体刚度的调整[4]。

2.2.2改进方案将支架设计成了对称的“双L”型结构，并且支架的布置方向与中间段轴线垂直。该支架作用下的整体模态达到300Hz，满足设计要求，并且支架没有增加安装孔位，便于装配。该方案在台架试验中也取得了良好的效果，200小时振动耐久试验以及250h热冲击试验均达到了满意的效果；另外，良好的装配工艺性，也在后续的量产中收获了不错的效果，装配效果更加稳定。

2.3模态计算与支架设计

通过多个类似催化器支架的设计，得到这样的设计经验：支架的走向对整体结构的模态有明显的影响。产品振动的角度和中间段轴线基本垂直，这恰好与改进方案中的支架走向一致；而初始设计方案中的支架走向与催化器主体结构的振动方向存在一定的角度，从而影响了支架的效果，使刚度无法满足要求。因此，我们在催化器支架的设计初期，首先要关注主体结构的振动形式，并根据振动的方向来设计支架走向，保证催化器支架能最大限度的提升整体结构的刚度。

3CFD分析对催化器流道设计的影响

催化转化器的内部流场结构会对排气性能产生很大影响，在设计时需要充分考虑流场对气流走向、压力损失、流速均匀、载体前端流场偏心等参数的影响。在早期的排气系统设计中，设计师更多通过经验来判断流场的结构是否合理；而随着CFD技术的不断发展，人们已经能通过计算机仿真来真实的模拟流场内部的气流情况。图2是某涡轮增压发动机催化器的设计方案，由于装车环境的限制，流场在前锥出现较大拐角。通过CFD分析，我们得到了图2所示的流场分布结果。能够看出，流场在载体及后锥等部分气流速度分布规则、流场均匀，而在前锥位置，由于过大的拐角，导致气流在拐弯后的锥形区域形成涡流。载体前部涡流会影响流入载体截面气流的均匀性，影响催化转化效果；另外，严重的涡流可能会加快衬垫的吹蚀，造成载体堵塞等严重失效。因此，我们对催化器前锥进行了优化，我们发现，气流在拐弯后没有足够的直线管道来帮助气流方向恢复稳定，因此优化时应该考虑在拐弯后增加适当的直线管路；另外，气流在拐弯内侧部分气流速度最大，并在该处形成离心现象，导致后方气流整体向下偏移，影响载体截面气流的偏心率，所以增大拐弯半径，降低气流的离心现象，也会对整体气流有优化作用；最后我们发现，过大的锥形区域也给涡流的产生提供的空间，设计时合理的减小该锥形空间，能够减小涡流产生的规模，提高整体流场的稳定性。根据该思路，对催化器前端的结构进行了优化，综合考虑各个因素后，将载体向后平移了15mm，这样就为催化器前端创造了更大的空间，考虑到尽量减小锥形区域，因此设计成图3所示相对扁平的锥体结构，再配合一根弧度更大的弯管，完成了优化后的方案。优化后的流场在催化器前端的流动更加平稳，由于弯管的弧度增大，气流在拐弯前后的分布更加均匀，锥形空间的减小也大大限制了涡流区域的影响，通过进一步计算，该方案气流在载体截面的均匀度为0.98、偏心率为0.1，应该说流场的分布情况满足了设计要求。

4结论

1）在催化器支架设计时，应充分考虑整体结构在发动机上的布置形式、布置方向及其随发动机工作时的主要振动方向，催化器的主要振动方向是其刚度的薄弱方向；

2）催化器支架设计前，应首先对整体结构的模态进行评价，通过CAE手段得到其整体结构在各阶固有频率（主要是一阶固有频率）下的振动形式，根据振动形式的分布，来确定支架的布置方向；

3）流场的合理性对产品的性能产生重要影响，载体前端部分要尽量避免过小的转弯半径，小半径弯管不但工艺实现比较复杂，对流场的均匀性也带来不利影响；另外，在角度突变的区域应该避免出现较大锥形空间出现。

作者：董晓菲 单位：天津卡达克汽车高新技术公司

汽车领域计算机仿真技术探讨:汽车理论教学中计算机仿真技术的应用

1课程教学方法探讨

汽车理论是一门涉及内容较多、理论性很强、综合多个学科的专业课程，不同于其他汽车专业课程那么形象直观，学生普遍反映难以掌握。根据课程教学内容及其特点，选择适用的教学方法是提高教学效果的关键。对于基本概念、工作原理、受力分析图、曲线图、数据表以及一些结论性的知识点，可以采用多媒体中的文字、图表和动画等方法展示，既可达到直观明了的效果，又可提高教学效率。涉及公式推导和受力分析内容的，宜采用传统的黑板板书教学方式。因为传统的黑板推演过程更能容易引导学生进行逻辑思维和抽象思维，对得到的结论印象也会更加深刻。对于比较复杂、抽象的教学内容，可以应用计算机仿真平台通过动画视频，以及现场调取模型进行分析等方式辅助教学，将其形象化以提高学生的感性认识，避免了让教师空洞地陈述、学生想象地去理解的局面，从而提高教学效果。对于汽车性能实验，特别是汽车的操纵稳定性和平顺性实验，由于实验条件的限制多数无法开展。而通过应用计算机仿真技术可以设计与实施一些虚拟仿真实验，从而弥补了实验教学内容的不足。汽车理论课程除理论教学和实验教学内容之外，一般还附带课后作业、课外大作业、课堂演讲以及后续汽车理论课程设计等环节，由于课后题目一致、项目任务单一、可用的计算工具也比较局限(常用Excel或Matlab)，往往造成大量抄袭，不利于学生能力的培养与公正的评价。可以考虑以项目为驱动将多种计算机仿真技术融入实践教学环节，以加深学生对理论知识的理解，并激发学习和研究的兴趣。在教学过程中，需要根据具体的教学内容选择恰当的教学手段，结合传统教学方法与现代教学方法，使其发挥各自优势才能获得更好的教学效果。

2计算机仿真技术应用方法探讨

在汽车理论教学中，合理应用计算机仿真技术将对课程的教学和学生的学习效果、对后续课程设计与毕业设计，以及对学生工程软件应用能力的培养带来很大的帮助。下面将从如下几点探讨其应用方法：

2.1建立汽车性能仿真分析辅助教学模型库

首先应根据汽车理论教材，结合学生的具体理解情况，合理选择应用点，对某些重点、难点以及不易讲述的地方，考虑能否应用计算机仿真技术进行辅助教学。应用计算机仿真软件建立汽车性能仿真分析实例库与模型库，在课程教学中可以随时调用视频录像与仿真模型，将汽车的一些结构运动、参数调整、性能分析、曲线变化等复杂问题在课堂中进行动态仿真演示。这样老师就可以方便地进行讲解，并给学生提供了直观、形象的过程与结论，学生理解起来会更容易。同时在教学过程中，向学生展示计算机仿真技术在汽车领域的应用，还可激发学生利用相关软件对理论知识进行学习和应用，为后续课外实践、课程设计、毕业设计等环节打下基础。由于课程所涉及的应用点可能较多，所以模型库建设之初，工作量较大，不过这对学校精品课程建设和直接改善课程教学效果来说是十分必要且一劳永逸的。

2.2各种仿真软件在专业教学中的优势

根据不同计算机仿真软件的专业优势，合理应用于汽车理论教学中，使复杂问题的分析变得直观、清晰，并能激发学生的学习兴趣。Matlab软件是进行汽车性能计算的常用工具，具有强大的数值计算和图形功能，可以方便地完成各种汽车性能的计算；同时，利用Matlab的数值计算函数和Simulink模块，可以对汽车理论中复杂的过程进行仿真分析和求解。这些计算和分析的结果都可以通过Matlab提供的可视化手段呈现给学生，有助于清晰地阐释抽象的概念。[4]车辆性能仿真软件CRUISE是一款专门为汽车传动系统匹配而设计的整车性能仿真软件。模块化的建模方式将整车分为发动机、离合器、变速箱、主减速器等汽车模块，同时设有循环行驶工况、爬坡性能分析、稳态行驶性能分析等计算任务，可方便地进行传统汽车、新能源汽车整车动力性、经济性计算与动力装置参数的匹配分析。与Matlab软件不同的是，该软件建模方便，不同的模块参数和计算任务可以详细、方便地进行设置，更加接近汽车实际模型，计算结果也更加精确。该软件在汽车动力传动系统仿真方面具有其他仿真软件无法比拟的专业性和灵活性，在国内外汽车行业应用十分广泛。ADAMS是一款在汽车行业应用较为广泛的机械系统多体动力学仿真软件，其中ADAMS/CAR模块为一款整车设计软件包，它能够快速建造高精度的整车虚拟样机模型，通过高速动画，直观地再现各种虚拟实验工况下整车的动力学响应，大大减少了对物理样机的依赖。在汽车理论教学中，可通过ADAMS/CAR在虚拟环境中实现悬架、转向系统的运动分析，同时还可进行汽车操纵稳定性和平顺性等相关的仿真实验，解决了由于客观条件限制不能进行的实验教学环节。另外，在汽车仿真技术研究领域还有ADVISOR，CarSim/TruckSim等工程软件，凭借自身的优势和特点，应用也较为广泛。2.3计算机仿真技术在项目驱动实践教学模式中的作用目前多数汽车理论教学进行的课后作业、课外大作业和汽车理论课程设计，以Matlab软件应用较为广泛。通过Matlab软件进行编程计算可对汽车的多项性能进行分析，但是应用Matlab使学生过多偏重于公式计算与编程，具有一定的局限性。而且，单一的课题任务往往伴随大量的抄袭，不利于学生独立解决问题与公正的评价。以多类课题项目为驱动将不同计算机仿真软件应用于汽车理论各个实践教学环节，可解决上述问题。[5]实施过程中，需要构建多个贴合汽车实际使用性能的课题项目，并以同类型仿真软件的应用进行分组学习和指导，使学生在项目学习及完成过程中加深对理论知识的理解及实际应用，激发学生实际分析问题、解决问题的能力。

3计算机仿真技术应用实例

3.1Matlab软件应用实例

汽车的动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。其中，在绘制一下曲线图，如驱动力-行驶阻力平衡图时，以往的教学方法基本是课堂讲授曲线的作图方法，给一个课本已经绘制好的某车型的曲线，然后由曲线分析汽车各档的驱动力的变化。可根据发动机转矩拟合公式、驱动力计算公式、行驶阻力计算公式及车速计算公式，

3.2CRUISE软件应用实例

利用CRUISE软件模块库，可快速搭建传统汽车及新能源汽车动力传动系统仿真模型，通过设置计算任务，对整车动力性、经济性等进行仿真计算。同时，软件自身也提供了多种汽车模型模板，便于初学者进行学习。图3为软件自身提供的传统后轮驱动汽车(FR)动力传动系统仿真模型，通过设置计算任务，可得到丰富的有关汽车动力性、经济性的文本和图表结果分析文件。为设置UDC循环工况后，计算得到的发动机工作点分布示意图，可对发动机与整车动力装置参数进行匹配分析提供依据。

3.3ADAMS软件应用实例

在汽车理论教学中，可通过ADAMS/CAR在虚拟环境中实现汽车操纵稳定性和平顺性等相关的仿真实验，解决实际实验条件限制带来的问题。在ADAMS/CAR中用户可以通过模板自行创建模型，也可调用共享数据库中的系统或整车模型进行仿真分析。以汽车操纵稳定性中的单移线实验为例，对某车整车操纵稳定性进行了虚拟仿真。可根据标准设置实验条件，通过仿真计算，将实验结果以动画、曲线图等方式展现。ADAMS/CAR所提供的仿真实验平台，可使学生方便地进行各种有关操纵稳定性、制动性、平顺性虚拟实验，弥补了实验教学内容的不足。

4结束语

将计算机仿真技术应用到汽车理论教学，可以使教学质量得到明显提高。形象、生动的仿真模型分析与演示，既便于老师的讲述，又使学生对理论知识有了深刻的理解，克服了客观实际条件对理论教学的制约，同时也能培养学生对相关软件学习的兴趣与应用能力。当然充分利用多种计算机仿真工程软件的优势来辅助教学，还需要大量的准备工作，但考虑到对教学效果的提高改善与学生理论知识的学习，这将是十分必要。

作者：周红妮 王保华 冯樱 单位：湖北汽车工业学院汽车工程学院

汽车领域计算机仿真技术探讨:汽车实训教学下计算机仿真技术应用

1需求分析

1.1现阶段维修汽车维修实训教学成本分析

1）实训室成本

现代“理论-实践一体化”汽车维修类专业教学的关键就是将实训室变成教室，而能真实模拟汽车维修企业的实训室由以下几个部分组成，首先是场地，其次是场地装修。对于有些汽车总成或部件，需要对其进行切割改装，这类教学用部件由于额外的改装费用比购买这些总成部件的费用更为昂贵。另外还需要为展示这些教学设备购置如支架，电子操作平台等。除了上述设备外，还需要购置用于检测、拆装和维修的配套工具。主要的检测工具是与车型相匹配的车用检测仪，主要的维修、拆装工具是原厂工具和通用工具。一套完整的检测、维修专用工具价格都在数十万元左右。

2）教学材料成本（日常使用）

教学材料成本主要由油耗和易耗品组成。在油价日益上涨的情况下，成本上升也逐步显现。带有紧固部件的相关配件，如：汽油滤清器、机油滤清器在日常教学中因反复拆装，而导致的损耗也是非常大的。

3）师资成本

在理论教学过程中，一名教师可以完成一个班级的理论讲授。而在进入到实训环节后，往往会将学生分为若干小组，每个小组配备一名专业教师，同时授课，师资成本则相应提高。

1.2传统实训教学中的主要问题在现阶段传统汽车实训教学手段下或多或少都存在以下一些问题：

1）实训设备损耗大，投入成本大

从实训教学的角度来看，学生要掌握汽车维修某一项技能，都要经历“初步认知—基本完成—熟练操作—灵活运用”四个阶段。其中，学生毕业后在生产岗位上经过一定时间的维修经验积累才能达到第四阶段，本文对此暂不做讨论。从上述的成本分析来看，由于维修工艺不熟悉、工具使用不恰当、误操作等原因，使学生在第一、二阶段中必须经过反复多次实际操作才能达到第三阶段水平，因此一、二阶段中所投入的成本是最高的。

2）实训教学安全性不足

由于汽车大多部件为金属材料，且可进行高速的机械运动，加上学生对知识探求而产生的好奇心理，容易导致盲目操作而发生教学事故。另外，由于实训设备有限、学生人数众多，造成教师在教学过程中不能全面管理而产生疏忽导致事故发生。

1.3应用计算机仿真技术优势

随着计算机技术及多媒体技术的发展，计算机辅助教学可以充分发挥其优势，实现资源的优化配置。相关职业院校近年来已经在计算机多媒体教学上取得了一定的成果。各院校大多具备有一定规模的多媒体教学设施，教师可以在教学中使用专业相关的多媒体课件，学生乐于接受多媒体教学这一手段。但是大多数的多媒体教学课件，仅能在教学中起到演示作用，缺乏与学生的互动功能，仅能理解为对传统板书的影像演示。利用计算机仿真手段，制作类似于3D游戏的系统操作界面，使用人机交互的方式，将汽车，如发动机，各个部件的拆卸，检修，装配，调整等实验结合在一起，通过计算机进行虚拟操作。学生通过该平台可模拟汽车发动机拆装检修、整车排故等操作，同时可配备了大量的教学资源以供学生在拆装过程中随时查阅，从而更好的掌握实际操作的要领及操作步骤。由计算机仿真技术开发的模拟系统，可具有较好的扩展性，根据不同的需求，进行相应的修改即。如根据车型更新、等级工考核、企业员工培训等方面的变化进行适时调整。从而为解决教育投入不足，而引起的学生人数与实训设备台套数不匹配等问题提供具有可行性的解决途径。

2可行性分析

2.1计算机仿真实训系统涉众及用户类型分析

1）涉众分析：

该平台的涉众主要包括对应部门管理者，使用的教师及学生。

2）用户分析：

该平台用户类型主要包括学生及教师，用户说明及职责等见表2简述。

2.2系统开发简述

利用AS3作为开发工具，以SWF动画文件的呈现系统界面，稳定性较高。在系统中涉及的零件及工具模型可使用3DMAX三维建模完成，导入flash库中作为元件，立体感强，外形逼真。在开发过程中，类文件独立，分别与源文件绑定，完成相应功能。源代码及源文件建档清晰易查。在系统升级时，类文件以及部分源文件可以继续使用（场景、元件等），进而降低了维护成本。在硬件方面，用户单机版对用户机要求不高，普通的计算机都能够满足需求。

3小结

在汽车实训教学初期，利用计算机仿真模拟系统来部分替代实物实训操作作为辅助教学手段，不仅可行而且具有显著优势。仿真系统可以降低教学成本，提高学习效率，今后也将是大势所趋。随着计算机技术的不断发展，建模成本及开发成本有望进一步降低，且更具有互动性和真实感的模拟系统将会不断的推陈出新,并投入到实际应用中去。

作者：奚德琳 单位：上海市交通学校信息中心