導語：如何才能寫好一篇汽車動力學理論，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：發動機原理與汽車理論;教學方法;教學改革;3+2分段培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）43-0114-02

2012年，江蘇省教育廳實施現代職業教育體系建"設試點項目，我院交通運輸（汽車運用工程方向）與南京交通職業技術學院汽車運用技術專業對接，實施“3+2”分段培養，目前“3+2”分段培養班的第一批新生已進入我校開始本科段學習。在本科段教學培養方案中，《發動機原理與汽車理論》是我校交通運輸系重要的專業基礎課，教學內容涉及發動機原理和汽車理論兩個方面，是后續的汽車檢測與故障診斷、汽車試驗學等課程的學習基礎。由于本科段總學時所限，《發動機原理與汽車理論》課程課時僅設置32課時，因此如何最大限度地利用有限課時，在完成教學任務的基礎上有效提高教學質量變得尤為重要。首先，我們針對3+2學生的學習特點和需求發放了調查問卷，進行了不記名調查，收回的有效調查問卷約為發放問卷數量的70%。為了解學生學習狀態、興趣及需求，設計的調查問卷內容涉及課程內容設置、教師授課方式等多個問題。調查問卷統計結果顯示，學生比較重視發動機特性、混合氣形成與燃燒等章節，認為化油器原理及發動機換氣過程相對不太重要;部分學生希望教師授課中加入汽車新技術，增加課堂師生互動以及增加實踐的課時;部分學生希望優化課程安排。結合問卷調查結果，我們對課程特點現狀進行了如下分析并提出了相應的改進措施。

一、課程特點及其現狀

1.課程安排銜接還需完善。從3+2分段培養學生與普通本科學生的課程安排來看，基礎課中，3+2分段培養學生前3年與普通本科2年都有學習《高等數學》、《大學物理》、《液壓傳動》、《機械制圖》、《電工電子機械設計》等，但是諸如《線性代數》、《理論力學》、《材料力學》、《工程熱力學》等理論基礎課程，3+2分段培養學生在?？贫螞]有學習;專業課中，3+2分段培養學生在前3年的?？贫我呀涢_始學習《汽車發動機結構與原理》、《汽車底盤與原理》、《汽車電子》、《汽車故障分析與檢修》、《汽車保險》、《汽車銷售》、《發動機原理及汽車理論》。調查問卷顯示，3+2分段培養學生在《工程熱力學》知識的學習上還有所欠缺，特別是學到燃燒過程時，有關傳熱的內容，學生不易理解，不利于課程的講授;3+2分段培養學生對汽車構造學習較為深入，特別是實踐課較多，而普通本科側重于理論學習和分析能力的培養;通過3+2前3年與后2年課程安排對比，我們發現3+2學生理論基礎知識相對薄弱;主體專業課程相類似（《汽車保險》、《發動機原理及汽車理論》等課程前3年與后2年都有學習），但前3年授課偏重于實踐操作，對理論理解深度不夠。因此，課程教學內容設置與安排有待進一步整合優化。

2.課程總學時較少。交通運輸工程專業《發動機原理與汽車理論》為一門課程，總課時為32課時，但是該課程包含兩大部分發動機原理和汽車理論，其內容涵蓋范圍廣，知識點多。問卷調查中學生反映該課程較難，而要在32課時內講完整本書，又要考慮學生的接受能力也是每個專業授課教師不得不面對的重大難題。調查問卷顯示，學生對混合氣形成與燃燒、發動機特性等內容更有興趣，卻不想學發動機換氣過程類理論描述較多的內容，授課教師可結合教學大綱及學生興趣重點講解，培養學生對理論課程的學習興趣。

3.多媒體應用比重大。PPT能輔助授課教師節省大量板書時間，同時課件中的圖片、視頻等能生動形象地展示課堂內容，突破重難點，使學生更容易理解知識點。但是PPT所包含的信息量很大，課堂節奏要比板書授課快得多，同時利用PPT授課時，由于信息量大，教師與學生之間的互動交流會相應減少，學生注意力容易分散。調查問卷的結果統計中，我們也發現部分學生希望減少PPT的使用。因此，課程的課堂教授內容進一步優化、精簡，將是利用有限課時高效授課的重點之一。

4.實踐與理論結合不合理?！栋l動機原理與汽車理論》是一門專業基礎課程，實踐操作學習是課堂教學十分必要的補充。在調查問卷中，絕大多數的學生能夠認識到這門課程的重要性。3+2分段培養學生在以前學校的實踐操作較多，動手操作能力和對汽車構造的理解相對成熟。但在我校本科段學習的設置中，實踐環節集中在學年課程即將結束時統一進行，實踐環節進行時，學生一個學年學習的課程內容已經基本不記得多少，不利于學生對知識的消化和吸收，也使有些驗證性內容不能及時通過實驗證實，導致理論教學與實踐教學脫節，影響了教學目標的實現。

二、課程教學改革

1.合理安排課程與教材。3+2分段培養的前3年課程，以實踐操作能力培養為核心，專注于專業操作能力與崗位能力的對接;而后2年的課程體系總體上體現了“重理論輕實踐”的傳統觀念，更側重專業理論知識的學習和培養。因此，實現高職課程體系與應用型本科課程體系的銜接需要減少前3年與后2年課程安排內容上的重復，把握好課程之間的銜接?！栋l動機原理與汽車理論》課程內容廣泛，知識點多，汽車領域新技術更新迅速，因此在課程內容符合教學大綱的前提下，精簡課程重難點內容，充分利用課堂時間進行重點難點的教學和知識引導，并充分利用學生的課余時間，提高課外自學內容比例，緩解教學課時少與教學內容多的矛盾，同時也可以培養提高學生的自學能力。其次，建議3+2分段培養學生前3年的課程安排中增加數學、熱力學、材料力學的比重，在專業課方面減少重復的內容，增加學生想學的與職業相對接的專業課程（如在問卷中學生提及的《汽車CAD》、《汽車電器》等）。

2.適度利用多媒體進行輔助教學?，F代教學正趨向于現代化多媒體教學，但從教學的具體實踐來看，依賴多媒體，實際上對學生學習課程并沒有多大好處。PPT的應用加快了講課速度的同時也帶來了學生來不及理解和做筆記等問題。多媒體教學是輔助的，關鍵在于對課堂教學的組織，要將黑板板書與PPT的運用有機結合起來，在教學過程中要盡量地引導學生主動地學習，教師的講解代替不了學生主動地思考問題，而教師的作用在于因勢利導，在恰當的時候啟發、指點、引導，這樣才有利于創新型人才的培養，有利于我國向人力資源強國轉變。

3.實踐與理論教學結合。3+2分段培養學生在?？齐A段已經基本掌握了汽車結構類知識，學習《發動機原理與汽車理論》課程時，可適當穿行實踐教學環節，提高理論聯系實際的能力，能更好地實現學習效果，培養學生分析能力和探索創新意識。在理論類課程的教學中，只有加深學生對知識點的掌握，才能使學生對其結構、原理徹底了解和真正認識。采用這種“學生動靜結合”的授課方式，教學方式的動態化在減少教學課時數的情況下，也可以較大幅度地提高教學效率。

4.考核方式多元化。傳統考核通常是考試為主的評價方式，不利于調動學生平時的學習積極性。為了端正學生學習態度，提高學習的積極性，本課程考核采用過程化評價為主的考核方式。課程按照授課內容進度，每個教學主題結束時都布置開放性作業，除平時課程作業成績外布置一定數量思考題，讓學生以學習報告的形式匯報。同時，課外作業的內容因學生而異，做到每個學生都需要通過自己對題目相關信息進行搜集后，通過適當的分析和整理才能完成。這種差異化作業布置，有效降低了學生相互參考抄襲的程度。此外，在上課過程中加強與學生的互動，采取及時獲取學生對知識點掌握情況的考核方式。課程考試則主要針對基本的知識點是否全面掌握進行考察?？己朔绞蕉鄻踊欣诮虒W質量的提高，有利于學生復雜計算能力、實際操作能力和綜合能力的提高。

三、結束語

課程教學改革是學校適應現代教育發展的必經之路。《發動機原理與汽車理論》課程教學改革的核心應有利于學生就業以及科學研究，有利于培養學生獨立解決問題能力，有利于加強學生創新思維和實際創新能力。本文針對3+2分段培養學生的學習特點和需求，通過合理安排課程與教材、適度利用多媒體進行輔助教學以及增加實踐教學和考核多樣化，從而探索適應本課程特點的教學方法，將理論和實踐相結合，為培養適應時代潮流的高素質人才發揮應有的作用，加快我國向人力資源強國目標邁進的進程。

參考文獻：

[1]劉曉紅.高職本科“三二分段”培養模式下課程銜接策略研究[J].中國職業教育，2014，（35）：93-96.

[2]趙國柱，姚靜.“發動機構造與原理”課程實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2009，4（28）：137-139.

[3]武和泉.李岳林.發動機原理課程教學改革的探索與實踐[J].中國科教創新導刊，2011，（16）：62-63.

Engine Theory and Teaching Reform of Automobile Theory

ZHANG Ying，SUN Ning，ZUO Fu-shan，ZHANG Yong-hui，LIU Yan

（School of Automobile and Traffic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing，Jiangsu 210037，China）

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關鍵詞：動力學；交通風險；危險源；靜摩擦力；質心運動

中圖分類號：U452

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374（2012）19-0021-02

人類發展的歷史，實質上是人類征服自然、改造自然，不斷積累、不斷進步的過程，在這個漫長的過程中，人類一直在與危險進行抗爭，從最初的生存競爭，到后來規避各種各樣的傷害，可以說，風險無處不在。那么，如何提高生存能力、防范風險自然就成為一個永恒的話題。

不斷地積累、總結形成的各種安全理論，是防范系統性風險的有效手段，但是由于受個體差異、環境多樣化等因素的影響，業已形成的安全理論有時會讓人覺得很遙遠，因此，加強個體風險意識，提高風險識別、防范能力對于降低傷害同樣重要，畢竟幾乎每起傷害都與“人”這一特殊個體

有關。

運動是絕對的，相對運動也是最普遍的，而由于相對運動造成的傷害也是最多的，因此，文章重點從動力學角度來分析交通風險危害的原因，以期對人們識別及防范風險有所借鑒。

1　危險源分類

危險源是指可能造成人員傷害、職業病、財產損失、作業環境破壞的根源或狀態。危險因素是指能造成人的傷亡和物的突發性損壞或影響人的身體健康，導致疾病，對身體造成慢性損壞的因素。

安全科學理論根據危險源在事故發生發展過程中的作用，把危險源劃分為兩大類。

根據能量意外釋放理論，能量或危險物質的意外釋放是傷亡事故發生的物理本質。于是把生產過程中存在的，可能發生意外釋放的能量或危險物質稱作第一類危險源。為了防止第一類危險源導致事故，必須采取措施約束、限制能量或危險物質，控制危險源。

正常情況下，生產過程中的能量或危險物質受到約束或限制，不會發生意外釋放，即不會發生事故。但是，一旦這些約束或限制措施受到破壞或失效（故障），則將發生事故。導致能量或危險物質約束或限制措施破壞或失效的各種因素稱作第二類危險源。第二類危險源主要包括物的故障、人的失誤和環境因素。

危險源是一種客觀存在，之所以確定為危險源，是因為它可能對其影響范圍內的人造成傷害，那么，識別出危險源，了解其造成危害的原因和規律，對于防范風險、降低傷害至關重要。

在交通風險中，車輛是最大的危險源，它可能對駕乘人員本身、行人及其他車輛造成重大傷害。

2　常見交通風險的動力學原理

任何交通風險都有其力學本質，下面利用動力學原理對幾種常見交通風險進行分析。

對于一輛行駛的汽車本身，可以將其作為一個質點系，由質心運動定理可知，其內力不影響質心的運動。汽車發動機中氣體的壓力是內力，雖然這個力是汽車行駛的原動力，但是它不能使汽車的質心運動，汽車質心的運動還需要依靠一個外力的作用。事實上，汽車發動機中的氣體壓力推動汽缸內的活塞，經過傳動機構，將力矩傳給主動輪。如果車輪與地面的接觸面摩擦系數足夠大，那么地面對車輪作用的靜摩擦力就是使汽車的質心改變運動狀態的外力（FA）；如果地面光滑，靜摩擦力克服不了汽車前進的阻力（FB），那么車輪將原處不動，汽車不能前進。當然，靜摩擦力（FA）的大小與汽車發動機自身的輸出力矩有關。當靜摩擦力（FA）的方向發生變化時，汽車質心的運動方向也會隨之變化，這也是汽車轉向的力學原理。

了解了汽車運動的原理，那么就可以通過分析靜摩擦力這一外力來控制交通安全風險。汽車行進路線上的一切可能影響靜摩擦力變化的因素，都可能成為影響汽車安全行駛的外因：（1）雨天行駛，濕滑的路面會降低車輪與地面的靜摩擦力（FA），同時也會降低緊急制動時的靜摩擦阻力（FB），延長制動時間；（2）當汽車因正常行進路線上的異常或因急打方向造成爆胎，該輪胎與地面接觸面的靜摩擦力因正壓力和摩擦系數均瞬間降低，致使各驅動輪因靜摩擦力（FA）不平衡而產生平面轉動力矩，當這個力矩足夠大時，會導致汽車在路面上水平轉動，橫向移動時，車輪與地面靜摩擦力（FA）瞬間快速增大，由于靜摩擦力（FA）作用點不在汽車質心上，因而形成轉動力矩，當這個力矩足夠大時，汽車就容易發生側翻，造成重大事故；（3）汽車高速行駛時，遇前方有緊急情況，駕駛人員一般都會采取緊急制動，此時車輪與地面的靜摩擦合力（FA－FB）方向與汽車運動方面相反，使汽車慣性前進狀態發生改變，在汽車自重不變，摩擦系數基本不變的情況下，如果車速過快，制動時間就會延長，很容易直接造成碰撞事故；（4）當車輛轉彎時，會產生離心作用，離心力的大小與車輛行駛速度、總質量和轉彎半徑有關，車輛總質量越大、行駛速度越快、轉彎半徑越小，離心力越大。車輛轉彎的同時，地面對車輛產生一個向心摩擦力。當向心力小于離心力時，車輛將產生側滑，嚴重時會側翻。

通過上述動力學分析，可以解釋交通安全管理的幾點經驗：（1）雨雪天要降低車速；（2）注意觀察行進路線的路況及行人，遇異常提前采取措施，避免猛打方向；（3）爆胎時，盡量保持方向平穩；（4）降低車速，保持車距（制動距離）；（5）轉彎時盡量降低減速，盡量加大轉彎半徑。

以上是用動力學原理對交通風險進行的分析，由于交通事故原因多種多樣，因此，文章只是將汽車作為一個沒有缺陷的質點系進行理想化分析，即排除其他一切異常因素，單從理論力學角度對主要交通風險成因進行動力學分析，以便使駕乘、行人和安全管理人員對交通風險有一個更深入的了解，做到“知其然，知其所以然”，提高風險意識，并正確駕駛，有效防范交通風險。當然，其他風險也同樣可以采取類似方法進行原理性分析研究，篇幅有限，不再一一贅述。

參考文獻

[1]　哈爾濱工業大學理論力學教研室．理論力學（第4版）

[M]．北京：高等教育出版社，1982．

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目前我國汽車銷量位居全球第一，汽車產業已然成為國民經濟的支柱產業，并且仍在高速發展。日益激烈的市場競爭要求企業在能夠在最短的時間內以較低的開發費用設計出性能優良的汽車產品，這對國內汽車企業的設計方法和設計手段提出了新的要求。傳統設計方法采用“經驗設計－試制－反復試驗和修改－定型”的設計流程早已不適應當前市場，而多剛體動力學仿真技術的應用則可以滿足各車企對高效和低成本的要求。其大致過程是在樣車（物理樣機）設計出來之前，即可對其性能進行預測，以進行可行性研究和優化設計。本文針對汽車設計中多剛體動力學仿真技術的應用進行探討，共分為五部分。第一部分簡單介紹多剛體動力學仿真技術在汽車設計中的應用情況；第二部分介紹了利用ADAMS軟件進行動力學仿真的過程；第三、第四部分圍繞汽車多剛體動力學模型的建立、模型驗證進行深入討論；第五部分對多剛體動力學仿真在汽車領域的進一步完善進提出了合理化建議。

關鍵詞：

多剛體動力學；虛擬設計；仿真試驗

1多剛體動力學仿真技術的介紹

多剛體動力學并不等同于多體系動力學，二者是包含與被包含的關系，多體系動力學包括剛體與柔體兩部分。多剛體系統通常由多個剛性物體組合在一起。多剛體動力學的發展源于經典力學與計算機的結合，在發展過程中再融合汽車設計等學科，使其在汽車設計中發揮重要作用。動力學系統仿真的重點是虛擬樣機技術，虛擬樣機設計是根據各種設定參數及附加條件構一種計算機模型來模擬真實樣機測試幾何、動力或功能方面的特征，然后再根據測試結果將虛擬樣機進行改善。傳統產品的開發流程從概念設計到產品定型需要經過詳細設計、制造物理樣機、物理樣機測試等多個過程。物理樣機測試發現問題后又要修改設計，重新制造樣機，再重新進行測試，如此多次循環之后才能將產品定型。而虛擬樣機技術中的樣機測試避免了制造物理樣機的過程，從測試到發現問題，修改設計等完全可以在計算機上進行，從而簡化了開發過程，大幅縮短了周期減少了開發成本。多剛體動力學仿真即是針對多剛體動力學系統通過構建虛擬樣機模型來測試設計產品，并根據測試結果進行優化完善。其在汽車設計領域的廣泛應用，極大地促進了汽車工業的發展。多體動力學仿真軟件ADAMS曾經為“美國福特汽車公司”節省了10億美元的開發制造成本。這很好地解釋了多剛體動力學仿真為何在汽車領域被廣泛應用。

2利用ADAMS軟件實現多剛體動力學仿真過程

多剛體動力學仿真需要使用一些專業軟件，在汽車領域最著名的仿真軟件是由美國MSC公司開發的ADAMS軟件，本文以該款軟件為例，介紹多剛體動力學仿真的實施過程。利用ADAMS軟件來進行多剛體動力學仿真一般要依次經過一下步驟：建模、測試、驗證、完善模型、反復仿真、優化、自動化。“建模”即在建好的幾何模型上根據需要加以約束條件，完成虛擬樣機模型。“測試”是對建好的模型上進行運動學仿真，得到力與速度方面的信息。“驗證”是通過對比分析數據來確定模型是否需要改進。“完善模型”是指在模型中定義某些參數，使模型更接近真實情況。“反復仿真”使模型參數化，定義相關變量。“優化設計”對設計產品設置人為控制參數，進行優化分析，尋求最佳設計方案。“自動化”可以設置一些重復性工作的自動進行，提高工作效率。

3對整車虛擬樣機模型建立的探討

建立整車虛擬樣機模型時，研究對象是汽車整體而不是某一部分零件或系統，建模時要考慮車身、懸掛系統、轉向系統、輪胎與制動系統等子系統模型的有機結合。這里只探討多剛體理論的應用，除了連接襯套等部分，將其余部分可以抽象為理想剛體，忽略各構件的形變且不考慮輪胎等柔體系統。對整車建模主要反映的是汽車操縱的平穩性與平順性兩個方面的問題。汽車操縱穩定性是指在駕駛員的正常操作下,當汽車受到外界條件變化干擾時,汽車保持穩定性的能力。汽車平順性是指汽車所運載的人或物，在坑洼等不良路面上減少因振動而受到損壞的能力。汽車整體動力學模型是在ADAMS/CAR中建立起來的，在實際模型的建立過程中，影響模型分析精度的主要因素是參數的精度與數量。從理論上講，所考慮的影響模型計算精度的因素越多，模型越接近于真實情況。雖然接近程度增加了，但同時模型復雜度和仿真計算的初始參數也增加很多。而有些初始參數不易獲得或者缺少準確數據，這樣又會造成仿真計算結果精度的降低。所以建模過程中應該在滿足研究要求的情況下將模型進行合理簡化。

4對模型驗證的探討

整車虛擬樣車模型建立之后，將所得數據與實車進行對照，通過對比分析仿真模型計算結果與實車數值，來證實仿真模型。且在仿真過程中，以實車試驗數據作為仿真輸入，來增強仿真結果與實車的可比性，從而有效驗證模型的精確度等相關問題。模型驗證有角脈沖輸入試驗驗證、蛇形試驗驗證、轉向角輕便性試驗驗證、轉彎制動試驗。轉向角脈沖輸入試驗驗證的是汽車瞬態響應特性，具體做法是保持汽車油門開度不變，使汽車按最大速度的70%直線行駛，給轉向盤轉角輸入一個三角脈沖后迅速恢復原狀并保持不動，記錄車身的橫擺角速度等晃動狀態。蛇形試驗是用來驗證汽車行駛穩定性和乘坐舒適性。轉向輕便性試驗與轉彎制動試驗驗證的都是轉向系統的工作情況。將模型驗證的結果與實車實驗數據相比，虛擬樣機的試驗結果與實車相似程度足以滿足研發要求。從模型試驗的過程和結果可以發現，在模型試驗時使用與樣機類似車型的已有試驗數據作為仿真輸入，可以大大增強仿真結果與實車試驗的可比性，而據此所構建的多剛體模型能夠更有效地反映所設計汽車的動力學特性。

5多剛體動力學仿真技術在汽車設計領域中的進一步完善

從上世紀70年代至今，多體仿真技術一直在發展完善，汽車的動力模型由簡單變復雜，自由度由少到多，仿真技術從計算機模擬到數字仿真，使多剛體動力學仿真能夠更進一步地服務于汽車行業。目前，在汽車動力學研究中對柔體系統仿真較少，隨著計算機技術的發展，多剛體動力學仿真將逐步大量融入柔體系統的動力學研究。剛體動力學的仿真再加上對關鍵部件柔性特征以及結構柔性對車輛動態性能影響的考慮，將大大增加模型的通用性與真實性。對于模型參數，車輛模型的參數化程度將進一步提高，使之能夠成為該類汽車的一個通用“整車動力學仿真平臺”，有助于快速高效地分析不同參數的同類型車輛的重要動力學性能。對汽車整車性能分析（如操縱穩定性、平順性分析）時，將進一步考慮結構變形剛度影響，而不是簡單地進行結構剛性簡化，此外還要進行整車非線性系統分析，以達到動態參數設計的目標，進一步提高模型的精度。進行動力學仿真時還將逐步考慮人員對車輛控制的影響，建立和完善車輛的動力學建模及仿真輸入的駕駛員模型，建立“人－車－環境”閉環控制系統。

6結語

隨著計算機性能的提高以及各種軟件技術和數學算法的進步，虛擬設計技術（VirtualDesign）也得到了快速發展并逐漸成熟，已被用于各種不同行業。其中，虛擬設計技術中的多體動力學仿真技術已經被廣泛應用到工程機械、國防工業、汽車工業等領域。尤其是在汽車制造業，多體動力學仿真技術的應用，使汽車的設計開發與傳統設計流程相比，設計經費與周期等都得到大幅下降。本文根據實際的多剛體動力學仿真經驗，提出的一些關于ADAMS軟件仿真過程中“整車虛擬樣機模型建立”、“模型驗證”相關問題的探討，以及針對汽車設計工作中多剛體動力學仿真技術的進一步完善所提出的合理化建議，將促進該技術更好的服務于汽車領域。

作者：李璐伶 單位：揚州盛達特種車有限公司

參考文獻

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[關鍵詞]鋰電池pack；結構；仿真；FEA

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）06-0106-01

1 仿真在電池系統中的作用與意義

結構仿真即有限元分析（Finite Element Analysis，FEA），它利用數學近似的方法對系統對象進行模擬，其做法是將結構劃分成有限個相互連通的子區域，即單元，用有限數量的單元去逼近真實的系統，將復雜系統簡化后求出近似解，因而這種近似解能滿足工程應用的需求。

電池系統Pack作為電動汽車的“心臟”，須保證其在設計壽命周期內既能提供持久穩定的動力，又不能存在安全隱患，要在低成本和短時間內確保電池系統機械結構性能滿足要求，就要采用結構仿真，仿真分析大致可以歸結為以下幾點：第一，對結構進行拓補優化，指出哪里需要布置材料，哪里不需要布置材料，確保概念設計的初期使設計朝著正確的方向推進；第二，能及時地發現結構存在的強度和剛度問題，并給出優化的方向；第三，能夠確保認證測試一次性通過，縮短開發時間和節約開發成本。

2.基礎知識和常用仿真工具介紹

2.1 仿真工程師必備的知識

在電池系統設計中，要靈活有效地運用結構仿真技術，結構仿真人員至少應具備以下三個方面的技能和經驗：

1）堅實的理論基礎，包括力學理論和有限元理論。

2）必要的程序使用經驗，對常用的商業有限元分析程序能夠熟練應用。

3）豐富的工程實踐經驗。對于不同的問題能夠進行簡化，并能夠反映實際問題，結合自己累積的工程經驗對分析的問題給出判斷和方案。

2.2 熱流體仿真軟件介紹

目前主要的有限元軟件有很多種，在汽車行業比較常用的仿真軟件有ANSYS系列產品，Hyper Works系列產品，MSC系列產品、Abaqus軟件等。

3.電池系統仿真分析的基本理論

3.1 靜力學分析

靜力學分析是電池系統仿真分析中使用頻繁的手段，主要用于求解與時間無關或時間作用效果可以忽略不計的載荷響應（如集中力、強制位移、重力加速度、溫度等）。

在靜載作用下，結構的受力狀態可以描述為以下公式：

式中，K為結構的剛度矩陣；U為位移矩陣向量；P為作用在結構上的載荷向量。

此方程實際上是外力和內力的平衡方程。

一般在評價電池系統結構和剛度時會采用靜載荷分析，主要要求在1g和3g加速度工況下，電池系統的最大變形量分別不能超過1mm和3mm。

3.2 模態分析

模態分析是研究電池系統結構最常用的方法。模態是電池系統的固有振動特性，電池系統結構在特定頻率下的變形形式即為振型，該特定頻率是電池系統結構的固有頻率。對電池系統結構進行模態分析，就能夠知道每個軸向對應的共振主頻，就可以與振動功率譜密度（PSD）曲線對比，從而大致判斷結構在該振動PSD下振動相應是否會導致結構發生疲勞失效。

模態分析實際上就是解自振動結構的平衡方程，求特征值。具體的方程式如下：

（K-λM）X=0

式中，K為結構剛度矩陣；M為質量矩陣；λ是特征值矩陣。實際中模態分析通常不考慮阻尼效應。求解特征值問題可以得到n個特征值λi，向量X是與特征值對應的特征向量，這些特征值向量構成一個線性空間的一組正交基，一個有限元模型的任意變形都可以由這組基的線性疊加來表達。得到λi后可以根據下式求得自然頻率fi：

模態分析的主要作用：獲得電池系統結構的共振主頻及陣型，用于振動測量和結構動力學分析，可以基于模態試驗的結果來修正仿真模型，使簡化模型與實際系統更為接近，也可基于模態分析結果來指導測試傳感器的布置，其他后m的動力學分析都可以在模態分析結構的基礎上進行。

模態分析對于電池系統來說尤為重要，電池系統的振動性能在很大程度上會影響整車的NVH和疲勞性能。因此電池系統在設計時需要避開路譜載荷里面的共振頻率點，盡可能提高電池系統的一階固有頻率和一階共振頻率。GM對電池系統的第一階頻率要求大于30Hz，而基于GMW16390的臺架試驗，要求一階共振頻率大于35Hz。

3.3 隨機振動分析

當結構受到不確定性的連續載荷激勵時，其振動規律不能用確定性函數來表示，只能用概率和統計的方法來描述，這種振動被稱為隨機振動。

汽車行駛時，路面的凹凸不平造成電池系統經歷這種隨機振動的載荷工況，通過采集路譜信息只能得到時間歷程的樣本函數，需將其轉化成和概率有關的函數，如功率譜密度（PSD）函數。

PSD是電池系統結構在路譜載荷激勵下響應的統計結果，其PSD的形式一般是加速度功率譜密度。本文所述的路面激勵隨機振動都服從正態分布，數學上，PSD的關系曲線下的面積就是方差，即響應標準偏差的平方值。

（1）隨機振動激勵分布規律

汽車在路面行駛所受到的路面載荷激假設服從高斯正態分布，高σ激勵發生的概率很低，基于這個特點，在實際計算中一般取3σ為計算的上限。

高斯正態分布具有一個重要屬性：如果高斯正態分析激勵作用在線性系統上，則輸出的激勵仍然服從另外一個高斯正態分布，因此隨機振動計算出來的應力、位移、速度、加速度都是統計值。

（2）隨機振動的基本理論

設平穩隨機過程X（t）的自相關函數為Rxx（τ），其傅里葉變換存在，記為

式3-3經過傅里葉變換，考慮兩平穩隨機過程X（t）和Y（t），定義出互功率譜密度，再經過逆傅里葉變換，最終推導出響應X（t）的均方根可表示為式3-4：

頻率響應問題可通過直接法或者模態疊加法來求解?？偟淖V密度響應是所有單獨載荷工況和交叉載荷工況引起的功率譜密度之和。

（3）結構動力學分析

結構動力學分析是在時域內計算結構在隨時間變化的載荷作用下的動力響應。非線性顯示動力學分析通常采用中心差分算法。這種算法具有二階精度，在求解有限元控制方程時，只需要在各個時刻點上直接進行計算，不需要在時間步長內迭代，將總的計算時間分成若干步，這樣可得到一個求各個離散時間點處解的積分遞推公式。

4 結論

本文從電池pack設計結構仿真入手、對結構仿真的基礎知識和常用結構仿真工具進行了介紹，并深入分析了結構仿真的基礎理論，為Pack的結構仿真設計分析提供了一種思路和方法，對于電池pack的結構仿真設計具有參考意義。

參考文獻

篇5

【關鍵詞】外商投資 企業種群 合法性

外商進入中國市場的容易與否，以及日后經營的成功與否，除了與本身自身的競爭力，企業文化價值有關，還必須考慮東道國的經濟、文化、政治因素，另外，還有所在區域人民的認同感。從組織生態學的理論出發，這是外商爭取其合法性的過程。外商一旦成功獲取其合法性，便可以依法設立及正常經營。在此，本文結合組織生態學中合法性的定義及特點提出影響外商進入合法性的因素：一是外商直接投資的數量和質量；二是本地公眾的認同感。

中國于2010年12月開始對在華外商投資企業、外國企業及外籍個人征收城市維護建設稅和教育費附加。這意味著中國境內所有內外資企業統一了全部稅制，外資享受“超國民待遇”的時代正式終結，一視同仁的市場環境將讓內外資企業在同一平臺上展開公平競爭。因此，如何保持外商直接投資的合法性，或者說如何避免外企在華失去合法地位，將是今后的外企經營戰略的調整的著重點。

一 外商直接投資的影響因素及其戰略選擇

1.外商直接投資的數量和質量；

中國吸引外商直接投資的方式主要有三種：中外合資企業、中外合作企業和外商獨資企業。其中，中外合資方式因其不但能夠推動國內企業的技術進步，通過技術外溢等途徑達到帶動國內同行業企業的技術升級的目的，而且還可為企業技術改造提供新的資金來源，同時還可以培養人才等種種原因在早期得到了較為普遍的應用。

2.外商獲取合法性在數量上的策略

Suchman 提到，“合法性是一種認知及假設，其認為及假設企業的行為在某個規范，信念，以及認知的社會構架系統下是理想的，合理的，或者合適的”（1995）。所以外商直接投資必須考慮其合法性。外商直接投資在數量上可以體現為以下兩點：投資額的數量和網點鋪設的數量。根據生態學中種群密度理論，種群密度與組織設立率呈倒U型關系。在各大型超市興起之前，超市行業合法性大于競爭性，隨著超市的進一步增多，當地的配套設施及鼓勵政策為個體營造更好的設立條件和機會，超市數量進一步加強。但如果數量繼續發展，就是說具有生態位相近的個體數量繼續增加，它們對于有限資源的爭奪必定加強，例如，在超市行業，當各家超市在某地區的密度不大時，合法性效應大于競爭性效應，各家企業占領某地區一個地段，這樣，它們之間不會有明顯的資源爭奪，當超市的數量到達一定程度，競爭程度加強，合法性減弱，新個體進入市場變得困難。

3.外商獲取合法性在質量上的策略

最新的統計數據顯示，外商對華投資累計設立企業近69萬家，實際使用外資超過1萬億美元，中國連續17年位居發展中國家之首位。過去近30年，在華外資獲取了巨額利潤。在當前全球需求結構發生重大變化的情況下，中國市場將是世界市場擴容的主要增長空間。例如，廣州開發區汽車產業（貿易）基地規劃面積約20平方千米，計劃總投資55億元。為廣州三大汽車產業基地之一，是廣州東部汽車及零部件生產和出口的重要載體?；刂饕烧嚻髽I、零部件企業與汽車配件用品全球采購港組成，現有汽車整車生產和配套企業超過118家，總投資額超過19億美元。外商企業在華直接辦廠，不單可以通過其先進技術帶來規模效應，并且還能夠加速周邊配套產業的建立，帶動同行業不同層次的企業種群發展，降低流通成本，實現共贏。

4.本地公眾的認同感

外商除了在自身生產經營管理上作改進，還應重視所在地區公眾對企業的看法，這對爭取合法性大有裨益，而普遍社會學中的認同感來自于公平感。因此，構建企業制度公平，用工公平，肩負起企業必要的社會責任，對企業來說十分必要。寶潔公司攜手中國青少年發展基金會支持希望工程始于1996年，15年來，寶潔和中國青基會及其地方實施機構緊密合作，共同為農村貧困地區基礎教育事業添磚加瓦。截至2011年3月，寶潔已累計向希望工程捐款6100萬元人民幣，其中包括寶潔全球公益基金捐贈的1226萬元。

二 結語

基于組織生態學種群動力學理論，本文基于影響合法性的因素（一是外商直接投資的數量和質量；二是本地公眾的認同感），通過案例試說明外商在華投資獲取其合法性的策略，即提高外商直接投資的數量與質量，并且關心公眾的認同感，從而獲得良好的外部環境，使其獲得長期的合法性地位。

參考文獻

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[4]阮建青等.危機與制造業產業集群的質量升級―基于浙江產業集群的研究[J].管理世界，2010（2）

篇6

[關鍵詞]：變速器 虛擬樣機 仿真分析

1Pro/E軟件模型的建立

ADAMS環境下需要借助外界CAD軟件建立變速箱模型，本文采用Pro/Engineer軟件對建立的變速箱模型進行結構分析。

應用Pro/E軟件建立與實物相對應的變速箱三維實體模型，在利用多體動力學仿真軟件ADAMS與Pro/E之間接口MECHANISM/Pro將所建立的三維實體模型傳送到ADAMS/View模塊中。根據各子系統工作原理在MSC.ADAMS平臺上施加合理的約束，并建立各子系統虛擬樣機，保證傳動系統虛擬樣機與真實樣機的工作原理相一致。

Pro/Engineer是建立在統一基層上的數據庫上，不像一些傳統的 CAD/CAM系統建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作。換句話說，在整個設計過程的任何一處發生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環節上，以確保所有的零件和各個環節保持相關性和協調性。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數據結構與工程設計的完整的結合，使得一件產品的設計結合起來。

2虛擬樣機模型的建立

變速器位于傳動部分中央，由箱體、主動軸總成（包括一級錐齒輪傳動）、中間軸總成（包括中間軸和各級變速齒輪的主動齒輪）、主軸總成（包括主軸和各級變速齒輪的被動齒輪）、倒擋軸總成和換擋機構組成。由于變速箱子系統具有6個擋位，一擋、二擋、三擋、四擋、五擋及倒擋，因此本文根據變速箱的工作原理建立了與6個擋位對應的虛擬樣機，建立變速箱子系統各擋位相對應的虛擬樣機。這樣對變速箱進行研究時就更具有針對性，根據不同工況采用不同的虛擬樣機。利用ADAMS進行組裝，并根據各個部件之間的運動約束關系，在剛體上添加不同的約束和相互的接觸力作用，得到了變速箱的虛擬樣機模型。針對建立好的虛擬樣機在ADAMS平臺上進行樣機的校核驗證。

3ADAMS中虛擬樣機模型的仿真

ADAMS軟件是美國學者蔡斯（Chace）等人利用多剛體動力學理論，選取系統內每個剛體的質心在慣性參考系中的三個直角坐標和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標編制的計算程序。ADAMS軟件中應用了吉爾（Gear）等解決剛性積分問題的算法，并采用稀疏矩陣技術提高了計算效率。

ADAMS軟件采用模擬樣機技術，將多體動力學的建模方法與大位移、非線性分析求解功能相結合，并提供與其它 CAE軟件如控制分析軟件 Matrix，有限元分析軟件 NASTRAN等的集成模塊擴展設計手段。用戶利用ADAMS軟件可以建立和測試虛擬樣機，實現在計算機上仿真分析復雜機械系統的運動性能。目前ADAMS軟件在汽車、航天等領域得到廣泛的應用。

ADAMS使用交互式圖形環境和部件庫、約束庫、力庫，用堆積木式的方法建立三維機械系統參數化模型，并通過對其運動性能的仿真分析和比較來研究“虛擬樣機”可供選擇的設計方案。ADAMS仿真可用于估計機械系統性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的載荷輸入。利用 ADAMS軟件，用戶可以快速、方便地創建完全參數化的機械系統幾何模型。該模型可以是在 ADAMS軟件中直接建造的簡化幾何模型，也可以是從其它CAD軟件中傳過來的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力/力矩和運動激勵；最后執行一組與實際狀況十分接近的運動仿真測試，得到實際機械系統工作過程的運動仿真。

本文以6擋變速箱虛擬樣機為例，利用ADAMS提供的模型校核驗證工具，對所建立變速箱子系統進行模型驗證，其驗證結果為：6擋變速箱子系統在給定速度下運行時，是按照給定的速度行駛，所建立模型沒有多余約束，模型驗證成功。同樣，對其余5個擋位的虛擬樣機子系統模型進行驗證，保證所建立的虛擬樣機不存在多余約束，說明模型驗證成功。

由于變速箱子系統的結構比較復雜，在整個傳動系統中占有重要地位，因此對建立的變速箱虛擬樣機進行仿真分析。通過對仿真分析的結果的分析，可以得出以下的結論：變速箱系統6擋位虛擬樣機可以完成初速度給定情況下的穩態動力學仿真試驗，并且根據6擋位虛擬樣機所得到的擋位傳動比，與設計的傳動比之間相比誤差很小，因此可以確定所建立變速箱系統五擋位虛擬樣機模型是精確合理的，可以代表其傳動系統物理樣機并進行仿真試驗。

4結果分析

應用變速箱各子系統相對應的三維實體模型，利用接口技術基于ADAMS仿真平臺軟件建立了與實物樣機相對應的虛擬樣機，并對各子系統虛擬樣機模型進行了樣機驗證校核，以保證所建立的虛擬樣機的合理性。通過對所建立好的變速箱各擋位虛擬樣機在給定初始條件作用下進行動力學仿真，通過仿真分析，表明仿真結果與試驗結果有良好的一致性。初步驗證了變速箱虛擬樣機與真實變速箱實驗的一致性，可以用本文所建立的變速箱虛擬樣機來代替實物樣機對其進行試驗。為進行磨損失效周期確定、疲勞壽命預測及動態結構優化等方面研究奠定了基礎，為下一步對傳動系統進行系統性能分析和虛擬試驗研究打下堅實可信的基礎。

5結論

應用ADAMS，進行建模、仿真分析，對比仿真結果和試驗結果，驗證了模型的可靠性，為今后對變速箱故障進行疲勞壽命及結構優化分析提供載荷數據。通過虛擬樣機在進行動力學仿真時的6擋位虛擬樣機所得到的擋位傳動比，與設計傳動比之間相比，其誤差很小，因此可以用本文所建立的變速箱虛擬樣機來代替實物樣機對其進行試驗。

參考文獻：

[1]陳立平，張云清，任衛群.機械系統動力學分析及 ADAMS應用教程.北京：清華大學出版社，2005.21～24.

[2]陳立平，張云清，任衛群.機械系統動力學分析及 ADAMS應用教程.北京：清華大學出版社，2005.76.

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[6]李軍，刑俊文，覃文潔.ADAMS實例教程.北京：北京理工大學出版社，2002.

篇7

（一）在建筑材料方面的應用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。

將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應用

過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。

量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應用

（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。

量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。

（二）在鋰離子電池研究中的應用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。

三、在生物大分子體系研究中的應用

生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。

參考文獻：

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[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1

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[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,2003,26(1):1

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[11]麻明友,何則強,熊利芝等.量子化學原理在鋰離子電池研究中的應用.吉首大學學報,2006,27(3):97.

篇8

【關鍵詞】汽車倒車；模糊控制；仿真系統；MFC

利用模糊控制集合理論，把人的控制策略的自然語言轉化計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，不僅能實現控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構造數學模型的被控對象進行有效地控制.本文利用VC++編寫模糊控制器并通過MFC編寫仿真界面。實驗表明通過模糊控制汽車的行駛方向，能夠順利到達最終地點，并且軌跡平滑，路徑合理。

1.模糊控制器基本結構分析

模糊邏輯控制，是一種基于模糊數學理論的新型控制方法。

（1）模糊化接口：測量輸入變量（設定輸入）和受控系統的輸出變量，并把它們映射到一個合適的相應論域的量程，然后把精確地輸入數據被變換為適當的語言值或模糊集合的標識符。

（2）知識庫：涉及應用領域和控制目標的相關知識，它由數據庫和語言（模糊）控制規則庫組成。數據庫為語言控制規則的論域離散化和隸屬函數提供必要的定義，語言控制規則標記控制目標和領域專家的控制策略。

（3）推理機：是模糊控制系統的核心，根據模糊輸入和模糊控制規則，模糊推理求解模糊關系方程，獲得模糊輸出。

（4）模糊判決接口：起到模糊控制的推斷作用，并產生一個精確的或非模糊的控制作用。

2.汽車倒車模糊控制器構建

（1）根據經驗產生模糊控制策略。

當距離比較遠的時候，應當努力調整小車的正向（朝前輪的軸向方向），使之與終點到連線的方向一致（即減小α的值），同時應當減小汽車實際的正向與最終要求正向（90°）的夾角β。

當距離比較近的時候，應當努力減小汽車與終點水平位置的偏差，同是減小汽車實際的正向與最終要求正向（90°）的夾角β。

（2）模糊控制專家經驗簡化如下：

當距離近時：；當距離遠時：。

由于θ的計算比較復雜，我們可以將θ的計算過程放在模糊推理系統之外完成。先計算出θ1（對應遠距離）和θ2（對應近距離），再將θ1和θ2根據遠近的模糊感念來進行模糊綜合。對于距離D，我們通過汽車的坐標計算出來：D=（X2+Y2）1/2。

（3）建立T-S模型的模糊推理系統。

3.汽車仿真系統構建

3.1 仿真模型構建

在實際的倒車中，當我們把汽車倒入車庫時，首先要估計一下車位的位置和車的相對位置（如左前方，距離遠近等），然后分析判斷，確定一個行駛的方向進行倒車。當確認汽車完全進入車庫后，倒車結束。代替人控制，模糊控制汽車倒車的工作流程如圖1所示。

由此得出建立汽車仿真模型需要幾個模塊：模糊控制模塊、汽車模塊、動畫顯示模塊等。

3.2 汽車模型

根據汽車的動力學方程構造汽車的模型：

其中：v為卡車的速度，l為卡車的長度。

4.系統的仿真及性能分析

在這里可以看到汽車在各個位置開始倒車時的運動軌跡及能否順利到達車庫。仿真圖形如圖2、圖3、圖4所示。

通過仿真實驗可以發現，汽車距離遠、近都可以順利地到達車庫。模糊控制汽車倒車具有汽車行駛軌跡呈光滑的弧線、控制良好的效果。這說明模糊控制汽車倒車是可行的，成功地解決了倒車后視不良的問題，相對于人控有著很大的優越性。

參考文獻

[1]吳小莉，林哲輝.MATLAB輔助模糊系統設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.

[2]楊智，楊李成.在MATLAB語言中間實現C語言鏈接[J].甘肅工業大學學報，1998（12）：56-60.

[3]D.Nyuyen and B.Widrow The Truck Back-Upper An Example of Self-Learning in Neural Network.Proc.Int.Joint.Conf.Neural Networks.June，1989：357-363.

篇9

復雜的“表面”

物質的兩相之間密切接觸的過渡區稱為界面，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。在相界面上所發生的一切物理化學現象統稱為界面現象或表面現象，而研究在表面上所發生化學反應過程的科學稱為表面化學。

表面并不簡單，實際上，發生在固體表面的反應非常難以研究。對于相對簡單的氣相反應體系，往往只涉及到反應分子之間的碰撞和相互作用。但是，在對固體表面發生的化學反應進行描述時，人們還必須同時對反應分子與固體表面的相互作用，以及固體表面結構的影響進行深入了解。

早在19世紀末，以朗繆爾為代表的物理化學家已經充分認識到固體表面的結構對諸如吸附、催化和電化學反應過程的重要影響，并陸續提出了一些重要的理論和假設。但是，由于表面研究的特殊性和復雜性，在精確的實驗和系統的理論方面一直沒有出現重大突破。

20世紀60年代，由半導體工業發展出的真空技術促成了現代表面化學的誕生。埃特爾是最早洞察到真空技術巨大潛力的科學家之一。由于物質表面的化學活性很強，在普通狀態中很難研究某個獨特的變化。借助超高真空實驗設備，就可以觀察金屬表面原子和分子是如何運作的。而在此之前，對于表面化學的認識僅停留在分子層次以上。

自上世紀60年代以來，埃特爾逐步建立了研究固體表面化學過程的方法學，通過利用多種研究技術的組合，在原子分子層次提供了一個表面化學反應的完整圖像，為固體表面化學研究奠定了科學基礎。他發展的方法學不僅應用于化學過程的研究，對相應工業過程也具有重要的指導意義，如化工催化劑的研發、半導體元件的加工、金屬表面的防腐、燃料電池的研究等等。

科學界公認，合成氨反應過程的催化機理的認識和表面非線性反應動力學理論的建立是埃特爾教授對固體表面化學過程研究的兩個最典型的重要貢獻。

合成氨機理的研究

哈伯－博施(Haber－Bosch)合成氨過程是最重要的多相催化反應之一，在這個過程中，空氣中的氮氣被分離并轉化為生產化肥所需要的氨。上世紀初，合成氨催化劑的發現不僅啟動了現代化學工業，也宣告了現代農業的到來。德國科學家弗里茨?哈伯由于發明了合成氨的鐵基催化劑而獲得了1918年諾貝爾化學獎?？?博施由于開發合成氨高壓催化工藝而分享1931年諾貝爾化學獎。

由于哈伯－博施合成氨反應的重要性，其反應機理被廣泛研究。這個過程是以精細的鐵粉作為催化劑，讓氮氣與氫氣同時被吸附到鐵粉表面，然后進行反應生成氨。那么，在這一反應過程中，哪個步驟是速控步，也就是對提高整個過程的速度起到至關重要作用的那一步?還有，氮分子是以分子還是原子的形式與氫反應?50年來科學研究給出的最肯定的結論是合成氨反應的速控步是氮氣的化學吸附，而表面吸附氮物種是氮分子還是氮原子則沒有定論。

埃特爾設計了一個理想系統：在真空中鋪上一層清潔和光滑的鐵粉，再控制性地輸入不同的氣體。他發現，當氮氣分子到達鐵粉表面時，它首先是以分子的形式吸附，完全吸附后，氮分子中兩個氮原子之間的鍵斷裂，以氮原子的形式與鐵離子吸附。埃特爾使用不同的方法測量分子在鐵表面停留的時間，發現氮分子分裂成氮原子這一過程是催化反應的速控步，氮原子一旦分裂出來就立刻與周圍的氫原子結合生成氨。如果要提高整個反應的速度，就必須加快氮氣分裂成氮原子的速度。

為了搞清氮是以分子還是原子的形式與氫反應，埃特爾在增加氫氣的同時測量了鐵粉表面氮原子的濃度，發現氮增加得越多，鐵表面氮原子的濃度就越低，這表明氮是以原子而不是分子的形式與氫反應。

測量鐵表面氮原子的濃度并不是一件容易的事。埃特爾用光譜分析方法來區分氮原子和氮分子，同時，他又用另一種方法來測量氮的濃度，即研究鐵粉表面的形狀，因為當氮吸附在鐵粉表面時，表面的形狀會有微小變化，他用電子轟擊鐵粉表面，電子不同的散射模式揭示了表面的不同。

之所以要同時使用不同的方法，是因為研究這種類型的表面，極有可能眼見非實，因為系統中任何微小的雜質都會立即吸附到表面。所以，這種表面必須用盡可能多的不同方法來研究，以確保所獲得的圖像沒有因污染而扭曲。

埃特爾利用多種現代表面科學研究技術系統研究了哈伯－博施合成氨過程的模型催化體系，并利用多種譜學技術鑒定了反應過程中全部的反應中間物種，并給出了反應的勢能圖。埃特爾同時發現高壓反應條件下的變化關系與低壓反應條件下模型催化體系測得的變化關系一致，從而證實了在這個催化反應體系中，模型催化體系表面化學研究結果可以推廣到工業催化體系。埃特爾教授對哈伯－博施合成氨反應機理的研究，已經成為如何合理利用多種現代表面科學研究手段的組合來研究并理解復雜催化反應相關的表面化學過程的教科書般的典范。

非線性反應動力學的研究

埃特爾還對鉑等貴金屬催化荊在一氧化碳氧化反應中的作用進行了深入的研究，這是發生在凈化汽車尾氣的催化轉化器中的一個重要反應。通過對這個催化反應的模型體系的研究，開創了固體表面化學之非線性反應動力學研究領域。

早在1982年，埃特爾的研究小組便報道了鉑單晶表面催化的一氧化碳氧化反應表現出非線性反應動力學行為，即二氧化碳的生成速率隨反應時間發生振蕩。這在當時是表現非線性反應動力學的唯一實際催化反應。在隨后的一系列開創性的工作中，埃特爾研究了一氧化碳氧化反應速率與鉑表面反應物種濃度、鉑單晶表面結構之間的關系，提出了鉑單晶表面催化一氧化碳氧化反應非線性反應動力學的微觀模型：反應過程中，取決于一氧化碳表面濃度；鉑單晶表面存在兩種表面結構，兩者對一氧化碳氧化反應的催化活性相差較大，從而表現出反應速率的振蕩；在振蕩反應體系中，體系變量還依賴于其在體系內的空間位置，因此振蕩反應會表現出時空斑圖。為觀察鉑單晶表面上的時空斑圖，埃特爾研究組發展了光發射電子顯微鏡(PEEM)，能夠原位動態

觀察表面吸附物種的濃度變化。觀察到振蕩反應過程中吸附一氧化碳物種和吸附氧物種在鉑單晶表面形成的豐富的時空斑圖，從螺旋波到混沌。這些研究結果無論是從深度，還是廣度都極大加深了我們對固體表面反應動力學的理解。

埃特爾的研究是完全基礎性的研究，但他對表面分子反應動力學過程的研究，對以固體催化劑為基礎的多相催化過程的研究，基本上是化學領域最具有支撐作用的核心技術。目前，現代大型化工生產過程中，催化過程達80％以上，并已滲透到精細化學品的合成、藥物中間體的合成及環境保護等領域。新催化劑的開發已由技藝水平向分子設計方向發展。新催化劑和新催化工藝的出現，已成為現代化學工業發展的增長點。除了在化工領域已取得的實際應用之外，埃特爾的研究還對包括煤炭、天然氣以及太陽能等新能源在內的能源利用有著深遠的影響，并推動表面化學向納米科學、生物科學等諸多學科滲透。

表面科學在中國的發展

催化和表面化學研究在中國的開展，可以追溯到上世紀30年代。1933年，張大煜先生在獲得了德國德累斯頓工業大學博士學位以后，便回國開創和發展膠體化學和表面化學的研究。從50年代初期開始，他致力于工業上廣泛使用的催化劑擔體研究，結合水煤氣合成石油的鈷催化劑和合成氨催化劑的催化性能研究，逐步建立了物理吸附、化學吸附等一系列研究方法，提出了表面鍵理論的設想，并以此為指導，研制成功了合成氨新流程3個催化劑，在當時達到了國際先進水平。

在表面化學研究方面特別值得一提還有郭燮賢和鄧景發兩位院士的工作。前者在基礎研究方面先后提出了表面“空位”對吸附和催化反應作用的概念；氫和一氧化碳活化吸附方面的“易位吸附”和“協同機理”的新概念等；后者自行設計、組裝了多種近代能譜儀，在國內較早建成了一個從分子水平研究表面吸附和催化過程的表面催化實驗室，系統開展了銀系列催化劑的基礎理論研究。

作為表面科學和技術研究領域的杰出代表，埃特爾教授也為中國表面化學和催化研究發展做出了重要的貢獻。他分別從1997年和2000年開始擔任中科院大連化學物理研究所《催化學報》顧問和催化基礎國家重點實驗室國際顧問，先后在他的研究室長期工作的中國學者超過了10位。其中大連化物所的包信和研究員從1989至1995年一直在埃特爾教授的指導下研究高壓條件下氧與銀表面的相互作用以及甲醇催化選擇氧化機理。

由于年事已高，埃特爾很遺憾自己不能將模型催化的研究拓展到納米和生物領域。當包信和提出回國后希望拓展模型催化劑的基礎研究，進一步將催化表面化學的研究與納米技術相結合，從納米尺度上深入理解催化反應過程時，埃特爾表示極大支持，并將他們自行研制的一臺光發射電子顯微鏡(PEEM)贈送給包信和。他還積極推動大連化物所與弗里茨一哈伯研究所共同成立了中科院和馬普學會“催化納米技術”伙伴小組，并親自擔任專家組組長，利用表面科學的表征、制備手段，研究催化反應的納米作用基礎。

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格哈德?埃特爾小傳

篇10

無機及分析化學不是無機化學、分析化學兩門課程的疊加，教學內容豐富，概念和理論知識較多，各章節之間的獨立性較強。因此合理安排教學內容，幫助學生轉變學習方法及思維方式無疑是大一第一學期開設這門課的關鍵。在內容的安排上，前兩章首先回顧高中的一些化學基礎知識，并介紹了誤差及數據處理，稀溶液的依數性和膠體溶液。然后，第三和四章主要介紹化學熱力學、化學動力學及化學平衡，讓學生掌握反應三要素:反應方向即吉布斯函數變，反應快慢即反應速率常數，反應限度即反應平衡常數。第五章主要介紹物質的結構，離子鍵及共價鍵理論和晶體結構。第六、七、八和九章分別介紹酸堿平衡、溶解沉淀平衡、氧化還原平衡和配位平衡及其對應滴定分析法，讓學生掌握測試固體或溶液中某種元素含量的分析測定方法。最后，第十、十一和十二章主要介紹一些簡單儀器分析法及原理，例如:第十章吸光光度法，不僅要介紹該方法的原理朗伯－比爾定律，還要介紹目視比色法、示差法和標準曲線法三種常用的吸光光度法分析法。內容上總體上是先講理論原理，再介紹知識點，將理論原理融入生產實踐中，使學生較快地掌握化學理論，再通過課堂上的一些練習題，使學生加深教學內容的記憶，知識更加系統。這樣不僅可以將無機和分析化學知識點有機的融合，還可以將理論應用到生活實踐中。在一學年的學習中，總共80學時，第一學期學習前六章共計48課時，第二學期學習后六章共計32課時。在教學過程中，應該精選教學內容，使學生掌握化學基礎理論知識并具備較寬的知識面，為后續課程學習打下了扎實的基礎。與此同時，教師要熟悉該課程的教材，根據學生的專業，合理制定教學大綱和教學培養方案，精煉教材的內容，對于中學已經學過的化學知識或者與專業聯系較少的理論知識可以簡略講解。比如:第四章的化學反應速率和反應平衡，化學反應速率的定義，影響化學反應速率的因素以及化學平衡的移動;第八章氧化還原反應的定義，配平，得失電子，氧化劑和還原劑等概念知識。這些知識點中學都已經涉及過，教師在授課時只要簡單介紹即可。對于能源化學工程專業而言，水煤漿的開發和利用是近年來的一個熱點，也是煤炭清潔利用的重點。因此，對于第二章分散系的內容應該詳細講授，再介紹水煤漿分散系。

2激發學生興趣

興趣是最好的老師，要學好無機及分析化學，首先要激發學生的興趣。第一，在無機及分析化學這門課的緒論課上，主要介紹化學的作用及學習方法。第二，闡明化學與人類生活之間密切聯系，激發學生的學習。第三，無機及分析化學是化學、化工類相關專業的基礎課，其作用無論是對以后的專業課學習還是將來從事工作都具有重要的意義。第四，在平時的課堂教學中，可以多講一些貼近生活的例子，激發學生學習的興趣。例如，在介紹影響化學反應速率的因素時，舉例說明，夏天食物容易變質，我們可以將食物放進冰箱中保存，以防止變質。這是通過降低溫度，達到降低食物變質的速率。汽車尾氣CO和NO是嚴重的環境污染物，從熱力學的角度講，CO+NON2+CO2可以發生，但是遺憾的是，在通常狀況下，該反應進行的非常之慢，以致不能有效地去除車道內的CO和NO。因此，有必要對化學反應的速率問題進行研究，必須考慮外界因素對反應速率的影響，由此可引出本節課要學習的內容。第五，在教學過程中，穿插介紹一些與知識點相關的科技發展新動態及前沿知識，以此調動學生學習的積極性。

3綜合利用各種教學方法

現階段的教學方法多種多樣，而在實際教學中，各種教學方式應該相互結合、取長補短。根據我校無機及分析化學教學團隊多年來教學中的經驗，可以概括為以下幾點:第一，增加課堂討論。針對一些在學習過程中遇到的問題，教師應該指導學生搜集資料，進行課堂討論。在討論的過程中培養學生分析和解決問題的能力;第二，讓學生走上講臺。讓學生走上講臺不僅可以體驗教師備課的準備過程，還可以鍛煉學生的能力;第三，運用多媒體教學，可以使微觀概念及理論形象化。例如，在物質結構基礎這一章，學生一般較難理解，如果用多媒體課件和化學軟件以動畫的形式去展現，課程內容會更加形象、生動。這樣的教學不僅有利于學生理解、記憶，還可以活躍課堂氣氛。第四，對于公式推導，應該板書推理過程引導學生理解。在教學中應避免盲目使用多媒體教學，要將多媒體與其他教學手段結合起來，才會使學生理解公式的推導過程，并能較好的應用公式。

4培養學生能力

為了調動能源化學工程專業學生對無機及分析化學基礎課程的興趣，可以積極組織各類化學競賽活動。我省有各類化學競賽，例如:化學視頻大賽，化學實驗競賽和趣味化學競賽等。近年來，教育部門堅持開展國家級、省部級大學生創新實驗項目，有望培養大學生的創新能力，推動全民創新。此外，為了鼓勵和培養大學生創新激情及能力，我們學校也開展了大學生創新實驗項目。該項目均是由學生親自撰寫項目申請書，申請答辯ppt，中期考核表，結題報告和結題答辯ppt等資料。這不僅培養了學生創新能力，還為學生日后工作和學習培養科學合理的方法和實踐能力提供了基礎。

5適應專業要求

能源化學工程專業的技術性和實踐性較強，在無機及分析化學的教學中，要把握專業的特殊要求，認真學習我校能源化學工程專業人才培養方案，深入研究教學大綱，充分了解無機及分析化學在整個專業課程體系中的作用，明確教學過程中的內容和重難點。例如，化學熱力學和化學動力學章節的內容應該詳細講解。這部分內容對于能源化學工程專業的學生而言，可以更好地理解能源轉化及利用過程中的一般規律，為高效、低碳環保使用能源奠定基礎。

6結論