AI +汽车技术应用-典型应用场景案例 课件 学习情景1AI+汽车基础案例

编著者：王芃郭玉静韩颖丁继斌庞宏磊邱亚宇胡瀛洲出版社：机械工业出版社AI+汽车技术应用理论与实践案例解析目录AI+汽车基础案例AI+电动汽车(EV)案例AI+ADAS案例AI+汽车检测与诊断案例AI+汽车综合应用案例任务1车辆行驶阻力AI实现任务2车辆1/4动力学模型AI实现课程介绍紧跟前沿趋势适应“AI+汽车”发展浪潮，呈现最具代表性的应用场景与实现路径。18个实战案例剖析真实项目，将抽象算法与工程实践结合，展现技术落地完整过程。注重实战应用规避复杂公式与编程，通过图解和工具实战，帮助读者快速理解核心逻辑。AI驱动·智驾未来从入门到精通，开启你的智能汽车技术之旅。AI在汽车领域的应用概述智能驾驶(ADAS/自动驾驶)环境感知、决策规划、控制执行。新能源汽车(EV)电池管理、电机控制、充电优化。汽车诊断与维护故障预测、智能诊断、远程监控。智能座舱与车联网语音交互、个性化推荐、OTA升级。任务1：车辆行驶阻力AI实现任务目标理解汽车行驶过程中需克服的四类阻力（滚动、加速、坡道和空气阻力），并通过AI工具进行仿真实现。主要内容行驶阻力理论基础基于DeepSeek的AI仿真实现仿真结果分析阻力类型物理本质存在条件典型占比滚动阻力轮胎弹性迟滞损失任何工况低速：60%-80%空气阻力流体动力学压力差任何工况高速：≥70%坡道阻力重力沿坡道分力坡道行驶视坡度而定加速阻力质量惯性效应变速工况加速时占主导地位表1-1汽车行驶阻力分类与特性滚动阻力定义滚动阻力主要源于轮胎在接触区域的弹性变形，当轮胎滚动时，接触区域的橡胶分子经历周期性的压缩与伸展。产生原因接触区非对称变形，压缩能量大于恢复能量。能量损失转化为与行驶方向相反的阻力。轮胎与路面、轮胎内部摩擦也贡献部分阻力。影响因素路面、车速、胎压、载荷、温度加速阻力定义加速阻力是车辆加速时必须克服的惯性阻力，符合牛顿第二定律，即物体保持其运动状态的特性。产生原因需克服平移质量和旋转部件的转动惯性，通过旋转质量换算系数δ进行等效。影响因素车辆质量、旋转质量系数、加速度。坡道阻力定义计算公式Fi=G×sinα(α为坡道倾角)当α<15°时,Fi≈G×i(i为坡度)影响因素车辆重量(G)、坡度(i)汽车坡道行驶受力分析坡道阻力是车辆在坡道上行驶时必须克服的重力分力，其大小取决于车辆重量和坡度大小。空气阻力定义空气阻力是车辆行驶时与空气相互作用产生的阻力，由多个部分组成，其大小主要与车速的平方成正比。组成部分压力阻力(55%~65%)诱导阻力(15%~20%)干扰阻力(10%~15%)摩擦阻力(5%~10%)计算公式Fw=½×Cd×A×ρ×v²影响因素:Cd(风阻系数),A(迎风面积),ρ(空气密度),v(车速)汽车空气动力学示意图AI仿真实现-滚动阻力仿真参数滚动阻力系数f=0.018法向载荷G=1500kg车速v=30km/h(匀速行驶)AI指令一辆轿车质量为1500kg，滚动阻力系数为0.018。车速v=30km/h；匀速行驶。作为一个汽车理论方面的专家，请生成沥青、混凝土和砂石路面的车速、轮胎气压、载荷以及温度与滚动阻力系数的关系曲线，以html格式输出。仿真结果-滚动阻力图1-1车速与滚动阻力系数的关系曲线图1-2轮胎气压与滚动阻力系数的关系曲线图1-3载荷与滚动阻力系数的关系曲线图1-4温度与滚动阻力系数的关系曲线仿真结果分析-滚动阻力路面类型影响沥青路面<混凝土路面<砂石路面车速影响低速平缓，高速时急剧上升轮胎气压影响气压不足会显著增加滚动阻力载荷影响载荷增加导致阻力增大，影响相对线性温度影响低温时橡胶变硬，轮胎变形能耗增加高温时橡胶软化，滚动阻力降低。AI仿真实现-加速阻力仿真参数旋转质量换算系数δ=1.10加速度a=0.8m/s²车辆质量m=1200kg初速度v=30km/hAI指令一辆轿车旋转质量换算系数δ=1.10，加速度a=0.8m/s²，车辆质量m=1200kg，初速度v=30km/h；混凝土路面。作为一个汽车理论方面的专家，请生成车辆加速度、车辆质量、旋转质量系数、不同挡位与行驶阻力的关系的曲线，以html格式输出。仿真结果–加速阻力图1-5加速度与行驶阻力关系图1-6车辆质量与行驶阻力关系图1-7旋转质量系数与行驶阻力关系图1-8不同挡位与行驶阻力关系仿真结果分析–加速阻力加速度与行驶阻力关系：行驶阻力随加速度线性增加；车辆质量与行驶阻力关系：行驶阻力与车辆质量成正比；旋转质量系数与行驶阻力关系：旋转质量系数δ反映了旋转部件对加速阻力的影响。不同挡位与行驶阻力关系：低挡位(如1挡)由于传动比较大，发动机转速高，旋转部件影响大，导致行驶阻力较大；高挡位(如5挡)传动比小，旋转部件影响减小，行驶阻力降低。AI仿真实现-坡道阻力仿真参数车辆质量m=1500kg行驶车速v=15km/h坡度条件：小、中、大坡度行驶状态：上坡、匀速路面类型：混凝土路面AI指令作为一个汽车理论方面的专家，请生成坡度-坡道阻力，车辆总重-坡道阻力关系曲线。质量m=1500kg，车速v=15km/h；混凝土路面，上坡，匀速行驶。坡度：小坡度，中坡度，大坡度的以html格式输出。仿真结果–坡道阻力图1-9坡度-坡道阻力关系曲线图1-10车辆总重-坡道阻力关系曲线仿真结果分析–坡道阻力坡度与坡道阻力的关系：坡道阻力与坡度百分比呈线性正比关系；车辆总重与坡道阻力的关系：坡道阻力与车辆质量呈线性正比关系；在相同坡度下，质量增加25%，坡道阻力也相应增加25%；坡度分类影响：小坡度(0-5%)坡道阻力0-735N，中坡度(5%～10%)坡道阻力735-1470N，大坡度(>10%)坡道阻力>1470N；实际驾驶影响：大坡度下，发动机需要显著增加输出功率以维持匀速；对于1500kg车辆在15km/h速度下，10%坡度需要额外约5.9kW功率克服坡道阻力。AI仿真实现-空气阻力仿真参数车速v：0km/h至120km/h空气阻力系数Cd：0.27,0.35,0.75迎风面积A：2.1m²,2.3m²,2.9m²AI指令汽车车速v从0km/h提高到120km/h。作为一个汽车理论方面的专家，请在同一坐标系生成迎风面积-空气阻力关系曲线。以html格式输出。仿真结果–空气阻力图1-11不同Cd的车速-空气阻力关系曲线仿真结果分析-空气阻力车速影响空气阻力与车速平方成正比，高速时阻力急剧增加。迎风面积影响迎风面积越大，空气阻力越大，直接影响能耗。阻力系数影响Cd值对阻力影响显著，流线型设计能有效降低Cd值。实际意义解释跑车比SUV更节能，以及减小迎风面积的重要性。跑车与SUV风阻对比示意图驱动力-行驶阻力平衡仿真参数滚动阻力系数f=0.015旋转质量换算系数δ=1.10加速度a=0.7m/s²车辆质量m=1500kg风阻系数Cd=0.27AI指令作为一个汽车理论方面的专家，请生成1到5挡的驱动力-行驶阻力曲线。以html格式输出。滚动阻力系数f=0.015，δ=1.10，加速度a=

0.7m/s²，车辆质量m=1500kg，车速v从0km/h加速到100km/h，小坡度，Cd=0.27。仿真结果–行驶阻力图1-12不同挡位的车速-驱动力关系曲线图1-13车速-行驶阻力关系曲线仿真结果分析–行驶阻力核心分析驱动力特征:低挡大驱动力，高挡高车速。行驶阻力:滚动、空气、加速阻力构成。换挡策略:理想换挡点为相邻挡位驱动力曲线交点。最高车速:由最高挡驱动力与总阻力曲线交点决定。任务一总结与展望总结学习了AI在汽车领域的四大应用方向。掌握了汽车行驶阻力的理论基础和AI仿真方法。通过案例分析，深入理解了各阻力的影响因素。未来展望AI技术将在汽车领域得到更广泛、更深入的应用。持续关注AI工具发展，提升自身实践能力。任务2：车辆1/4动力学模型AI实现一、应用场景

汽车是一个复杂的振动系统，需根据需求进行化。可把汽车车身简化为一个刚体（含驾驶座椅和驾驶人），把车身与车轮之间的部分简化为含弹簧和阻尼元件的减震系统，把车轮简化为质量-弹簧-阻尼系统，如果仅考察单个悬架系统，就把汽车简化成了如图2-1所示的1/4动力学模型。图2-1车辆1/4振动模型二、核心理论——动力学微分方程非簧载质量（车轮）的动力学方程m₁ẍ₁+c₁(ẋ₁-ẋ₀)+c₂(ẋ₁-ẋ₂)+k₁(x₁-x₀)+k₂(x₁-x₂)=0描述车轮在路面激励、轮胎力和悬架力作用下的运动状态。簧载质量（车身）的动力学方程m₂ẍ₂+c₂(ẋ₂-ẋ₁)+k₂(x₂-x₁)=0描述车身在悬架传递的力作用下的运动状态。关键力的计算车轮动载荷FₜFₜ=k₁(x₁-x₀)+c₁(ẋ₁-ẋ₀)影响车辆抓地力，是评价操控性的重要指标。簧载质量振动输入FₙFₙ=k₂(x₁-x₂)+c₂(ẋ₁-ẋ₂)影响乘员舒适性，是评价平顺性的重要指标。三、AI实现——仿真场景参数设置车辆1/4动力学模型参数序号参数参数值单位1非簧载质量\(m_1\)45kg2簧载质量\(m_2\)200kg3轮胎刚度\(k_1\)190000N/m4悬架刚度\(k_2\)18000N/m5轮胎阻尼\(c_1\)400N•s/m6悬架阻尼\(c_2\)1600,4600,7800N•s/m7激励类型随机路面输入-仿真变量与激励源悬架阻尼\(c_2\)研究不同阻尼对系统响应的影响，设置低、中、高三个典型值。随机路面输入激励源设定为随机路面输入，以模拟车辆在真实道路上的行驶工况。所有参数均基于典型乘用车配置，旨在确保仿真结果的真实性与参考价值。三、AI实现——仿真提示词设计1.DeepSeek仿真提示词汽车悬架阻尼分别为1600N.s/m，4600N.s/m，7800N.s/m，轮胎刚度190000N/m，轮胎阻尼400N.s/m，悬架刚度18000N/m，弹簧上质量200kg，非簧载质量45kg，随机输入。在同一坐标系画出振动位移、速度、加速度曲线和频率-幅值曲线。以html格式输出。2.提示词设计逻辑明确模型参数清晰列出所有已知的质量、刚度、阻尼等参数。定义变量与激励明确研究变量（如悬架阻尼）和系统输入条件。指定输出要求清晰说明所需结果、格式及可视化方式。AI智能仿真核心四、仿真结果——位移与速度响应1.随机输入下的位移响应（图2-2不同悬架阻尼的车身位移响应曲线）2.随机输入下的速度响应（图2-3不同悬架阻尼的车身速度响应曲线）四、仿真结果——加速度与幅频响应3.随机输入下的加速度响应（图2-4不同悬架阻尼的车身加速度响应曲线）4.随机输入下的幅-频响应（图2-5不同悬架阻尼的频率-幅值响应曲线）四、仿真结果分析与总结阻尼类型响应特征性能表现低阻尼(1600N·s/m)振动幅值大，衰减慢舒适性差，但轮胎接地性好，有利于操控。中阻尼(4600N·s/m)振动幅值适中，衰减均衡，共振峰抑制最好在舒适性和操控性之间取得了最佳平衡。高阻尼(7800N·s/m)振动幅值小，但高频振动传递多车身姿态稳定，操控性强，但滤振效果变差。核心结论阻尼是关键：悬架阻尼是调节车辆平顺性与操控