２０１０年第２９期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ｏ高校讲坛０ 科技信息 基于ＡＶＬ／Ｃｒｕｉｓｅ仿真平台的 汽车理论实验教学改革研究 隗寒冰李军 （重庆交通大学机电与汽车工程学院 中国 重庆【摘４０００７４） 要】立足现有汽车理论实验教学实验条件，结合汽车技术、计算机仿真技术的发展状况，针对汽车理论课程的教学实验特点，提出将 ＡＶＬ／Ｃｒｕｉｓｅ仿真平台导入到汽车理论实验教学中．探讨适应前当高校发展需求的汽车理论课程的建设和实验教学改革的措施。初步结果表 明，该仿真平台能较好的提高学生积极性，提高对汽车理论认识水平和理解深度，适合在本科实验教学中推广应用。 【关键词】汽车理论；实验教学；改革；ＡＬＶ／Ｃｒｕｉｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｃｕｒｒｉｃｕｌｉｌｉｎ Ｒｅｆｏｆｌｕ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＶＩ Ｃｒｕｉｓｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ＷＥ１Ｈａｎ－ｂｉｎｇＬＩ Ｊｕｎ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍｅｅｈａｔｒｏｎｉｃ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４０００７４，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ＡＶＬ／Ｃｒｕｉｓｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎｔｏ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ｌｅｓｓｏｎ．Ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｕｒｒｉｅｕｌｕｍ ｒｅｆｏｒｍ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｎｅｅｄｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｃａｎ ｂｅｔｔｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｔｕｄｅｎｔ’Ｓ ｍｏｔｉｖａｔｉｏｎ．ｒａｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ’ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｕｎｄｅｒｓｔｎｄｉａｎｇ ｄｅｐｔｈ．Ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅ ｐｅｒｉｏｄ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ；Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ；Ｃｕｒｒｉｅｕｌｕｍ ｒｅｆｏｒｍ；ＡＬＷＣｒｕｉｓｅ 辆传动系和发动机的开发过程中．用于计算和优化车辆的燃油经济 Ｏ引言 《汽车理论》涉及汽车基础力学理论分析、评价、试验等重要方面 的内容。为汽车设计提供理论依据。该课程是汽车、内燃机方向的本科 学生的专业核心课程之一。但是受实验设备、人员和实验场地的， 性、排放性和车辆的动力性（原地起步加速、超车加速）、变速箱速比、 制动性能以及为应力计算和传动系的振动生成载荷谱等等。这些内容 涉及到汽车构造、汽车理论等核心课程和重点内容，是本科学生必须 掌握的知识。图ｌ为该仿真平台的基本模块，包括发动机、变速器、传 使得本校的汽车动力性、经济性、操作稳定性和平顺性实验只能由实 动轴、轮胎、主减速器、后处理系统等，图２为特定循环工况下发动机 验老师做示范性的讲解，学生没有机会动手操作仪器采集数据以及对 工作点分布及燃油经济型分析。从中可以看出，该平台结构清晰、简 数据进行后期的处理，导致学生上完实验课后仍然对专业课程不能建 单，逻辑清楚，容易理解和记忆。 立深层次的认识和理解。 另一方面，燃料电池汽车（ＥＣＶ）、纯电动汽车（ＥＶ）、混合动力汽车 ｆＨＥＶ）等新型动力传动系统在全球变暖、石油枯竭、环境恶化等时代背 景下已经得到飞速发展。其结构形式、工作原理、设计理论和实验方法 与传统以内燃机为动力的汽车相比都有很大的不同。但是，我们目前 无论是课堂教学还是实验教学对ＦＣＶ、ＥＶ、ＨＥＶ知识面都涉及得非常 少，深度也不够。 为了改善教学效果．本研究将整车动力学仿真软件ＡＶＵＣｒｕｉｓｅ 引入实验教学活动中，通过搭建整车动力传动系统模型（包括ＦＣＶ／ ＥＶ／ＨＥＶ），建立能量管理和换挡的基本控制策略，进行动力性、经济 性、操作稳定性仿真实验，将传统汽车与混合动力汽车实验结果进行 比较，在巩固汽车理论知识得同时也能加深对新型动力系统结构及其 优缺点的理解。 １ “汽车理论”课程特点分析 “汽车理论”是一门理论性很强的课程，涉及到不少公式及其分析 推导过程，理解掌握一些基础重要公式，如动力性、燃油经济性、制动 效能、操作稳定性等，是学生学习该课程后应该掌握的基本技能。传统 的黑板推演过程更能展现思维的发展轨迹，洞察思考的来龙去脉，有 利于发展学生的逻辑思维和抽象思维能力．发展空间想象力和捕捉创 造的灵感。对于需要较强的形象思维或较难理解的内容，采用计算机 仿真平台中的动画和视频辅助教学，可提高教学效果，对于基本概念、 黼鬻羹 图１ 车辆总成动力学模型 ｌ棚一 磷 § ， ● 、、ｉ～基本原理．受力分析图、曲线图、数据表等对过程的依赖性不强的知识 内容采用多媒体中的文字和图表教学手段可提高教学效率，而对于像 公式的分析推导一类对过程的依赖性很强的教学内容采用传统的板 书教学方式更能收到好的教学效果。因此，在教学过程中，可根据具体 § ＼ 孽 ≤ 一／ 一，一一 ，， ｊ 的教学内容，选择恰当的教学手段，使传统教学手段与现代教学手段 优势互补才能获得良好的教学效果。 － 蕲 霉：：： ר 一 一～ ｓ— 一…｝ 一 ２ ＡＶＵＣｒｕｉｓｅ仿真平台在汽车理论实验教学中的应用 ＣＲＵＩＳＥ能够模拟车辆的动力性、燃油经济性和排放性能。其模块 一一｝一 一…化建模理念使得用户可以方便地建立各种不同结构形式的车辆模型， 并采用完善的求解器保证计算的快速性。ＣＲＵＩＳＥ的典型应用是在车 图２结果报告生成一发动机工作点分布 １６８ 科技信息 ０高校讲￣２ ０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１０年第２９期 相比于其它汽车动力学仿真平台，Ｃｒｕｉｓｅ更加易于学习掌握和使 用，难度较小，适合本科阶段学习。在“汽车理论”的课堂教学中，直接 利用软件建模来表达复杂汽车结构、理论设计和汽车动力学模型。特 别是对于燃油经济性这一章节的万有特性曲线、部分负荷特性以及 混合动力汽车各种传动形式和控制策略能够让学生更深入的理 解掌握。并且通过实时改变参数得到不同的结果来方便地了解各参数 的影响规律，这不仅使原本比较枯燥的理论教学变得形象、生动和直 观，提高了学生的学习兴趣，激发了学生的研究热情，而且使学生结合 ・希篁 －晃蹒谭 苇希望 专业知识的学习学会软件的使用方法，拓广了学生的技能。增强了学 生处理实际问题的能力。 表１ ２００９、２０１０年部分本科毕业设计题目及成绩 图４ 结果表明，该仿真平台难度适中．能够显著提高学生对汽车理论 的理解和掌握，激发对先进传动、控制、仿真技术的兴趣，极大促进了 学生学习的积极性。 ３结论 结合当前汽车技术的发展现状．针对汽车理论课程理论实验教学 特点，提出将ＡＶＬ／Ｃｒｕｉｓｅ仿真平台引入到实验教学中。初步结果表 明，通过指导学生建立整车动力学仿真模型，进行虚拟仿真实验，能够 克服实验人员、场地设备等条件的，加深学生对汽车理论课程中 的动力性、经济性、操纵稳定性和平顺性等实验的理解水平，提高学习 积极性。该和仿真平台难度适中，适合本科教学。 【参考文献】 ［１］张学手，王锁萍．全面改革实验教学培养学生创新能力『Ｊ】．实验室研究与探 本课题组在指导２００９年和２０１０年本科毕业设计中．已经尝试将 索，２００５，２４（１）：４—６． 廖连莹．“汽车构造”课程实践教学的改革与实践叨．常州工学院学报，２００７，２０ ＡＶＬ／Ｃｒｕｉｓｅ仿真平台引入到本科毕业设计中。表格１为毕业设计题目 ［２］及学生获得的成绩情况，图３、４为学生对该仿真平台难易程度的理解 和评价。 （４１． ［３］Ｌｈｏｍｍｅ，Ｗ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｍａｘｉｍｉｚｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ ａ Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ．ＥＰＥ ＪＯＵＲＮＡＬ，２００９．１９（３）：５—１４． ［４］曹德欣．“计算方法”课程的建设和改革ｌ Ｊ１．高等工程教育研究，１９９２，（２）． ［５］丁卫东．汽车电子控制技术类课程的建设与改革ＩＪ１．武汉科技大学学报：社会 科学版，２００２，４（３）． ［责任编辑：张慧］ 图３ （上接第１２５页）３．２全部采用高质量物理发泡同轴电缆，确保接头 差、先易后难、先密后疏的原则．设计出城区数字化整转系统切换设备 牢固可靠： 配置图。具体切换措施如下： ３＿３光接收机、户外电缆和放大器均要牢靠接地．遥测接地电阻≤ ５．１ 在县机房配置一套纯数字系统．包括１５５０ｎｍ数字光接收机１ ４ｎ： 台，１５５０ｎｍ纯数字光发射机１台，１５５０ｎｍ光纤放大器２台（２２ｄＢ），光 ３．４光缆、电缆挂钩间距为２５～３０ｅｒａ，弯曲度≥９Ｏ。，线缆高度≥５ｍ，与 分路器若干，这样则可满足城网新增光点的需要和各光点的数字信号 电力线交越要有防护措施： 的切换。 ３．５暂时不使用的分支分配器端口和电缆端口用匹配负载匹配，减 ５．２首先对条件较好的新建小区进行数字化平移，当本小区大部分 少反射和环境噪声侵入。 用户领到数字机顶盒后，就可用纯数字光信号替换模拟光信号，实现 整转目标。 ４建立网络技术档案 ５＿３新建小区平移后，老城区光缆改造增加光分路器，将原光点覆盖 做为平移过程中对 为了便于以后的网络运营维护和成本的核算．需要建立一套详细 范围分割成几个小区，利用主芯光纤和备芯光纤．数字信号传输切换之用，逐步有序地完成城区数字化平移工作，淘汰 的网络改造技术档案，电子档案和文字档案双备份。 ４．１根据城区规划图分层绘制光缆、电缆干线支线路由图，标明各段 １３１０ｎｍ光发射机。线缆的距离、芯数和型号： ６结束语 ４．２按照光点的先后开通顺序．标明所有光节点的序号和光功率．便 于快速查询； 城区网络改造是提升有线电视网络运行质量、拓宽网络资源的重 ４．３ 以片区为单位绘制详细的分配网改造设计施工验收图．标注图 大举措，是一项系统工程，因此在网络改造中需要精心组织、严密布 中所有网络传输器材的详细参数和所用材料清单： 署、科学规划、认真实施．通过网络改造使城网的运行质量、网络管理、 ４．４片区网络技术档案一式三份，一份存档，两份留工程部使用，既 安全可靠性得到明显的提升，打造一个高质量的可持续发展的广电运 方便维修人员及时查询参考，又可把维修改动数据即时记录在案。 营网络，为下一步有线数字电视整体平移做好充分准备。 ５模数混传与纯数模式切换的措施 为保证有线电视数字化平移工作顺利进行。我们要按照先好后 ［责任编辑：王静］ １６９
