李剛 石晶 劉樹偉 秦玉英 陳雙

摘 要：本文針對(duì)《汽車?yán)碚摗氛n程實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件缺乏、學(xué)生缺少實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)問(wèn)題，進(jìn)行了基于駕駛模擬器的《汽車?yán)碚摗氛n程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法探索。分析了汽車?yán)碚撜n程的特點(diǎn)、目前汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，介紹了基于駕駛模擬器進(jìn)行汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，給出了基于駕駛模擬器的汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行了相應(yīng)分析。分析表明基于駕駛模擬器的汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)可有效解決目前實(shí)驗(yàn)條件不足問(wèn)題，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升創(chuàng)新實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：汽車?yán)碚?；?shí)驗(yàn)教學(xué)；駕駛模擬器；教學(xué)改革

1 汽車?yán)碚撜n程特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

《汽車?yán)碚摗氛n程是汽車類專業(yè)的核心主干課程，內(nèi)容包括基本力學(xué)理論分析、評(píng)估、測(cè)試等方面，理論課程的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)計(jì)算和分析工作，學(xué)生多感覺(jué)難度比較大。

本課程為《汽車設(shè)計(jì)》課程提供理論依據(jù)，是車輛工程專業(yè)學(xué)生考研進(jìn)修、工作進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的重要基礎(chǔ)。

教學(xué)理論認(rèn)為，學(xué)生只有通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，才能對(duì)所學(xué)課程建立較深層次的認(rèn)識(shí)、理解，最終實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，促進(jìn)理論研究，提高教學(xué)質(zhì)量的汽車?yán)碚撁媾R的一項(xiàng)重要任務(wù)。

2 駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)介紹

車輛駕駛模擬器主要由實(shí)車駕駛艙，各種傳感器、投影儀、圓形屏幕，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和仿真軟件組成。我校目前駕駛模擬器采用的仿真軟件是車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件CarSim軟件和Matlab/Simulink軟件，實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)為dSpace公司的1103產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)人員首先在計(jì)算機(jī)上通過(guò)CarSim仿真軟件選擇車型或者根據(jù)實(shí)際情況修改車型參數(shù)，然后設(shè)定仿真實(shí)驗(yàn)工況，將CarSim與Matlab/Simulink聯(lián)合仿真程序編譯下載到dSpace1103控制器里面。應(yīng)用dSpace公司的Controldesk軟件編寫監(jiān)控界面，實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)需要實(shí)時(shí)顯示和保存所需數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)駕駛員在駕駛艙內(nèi)根據(jù)環(huán)形屏幕顯示的實(shí)驗(yàn)工況場(chǎng)景，操縱方向盤控制汽車轉(zhuǎn)向，踩加速、制動(dòng)踏板控制車速。駕駛模擬器同時(shí)配備音響設(shè)備，實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)車輛行駛狀態(tài)發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)工作聲音、制動(dòng)過(guò)程輪胎與地面摩擦等聲音，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M過(guò)程顯得更加逼真直觀。

對(duì)于汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)要求可以在駕駛模擬器上選取相應(yīng)車型或者通過(guò)修改參數(shù)得到相應(yīng)車型，設(shè)置相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)仿真車輛模型相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3 駕駛模擬器在《汽車?yán)碚摗穼?shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用

3.1 改革的基本出發(fā)點(diǎn)

基于駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，《汽車?yán)碚摗穼?shí)驗(yàn)可以在原來(lái)的單一實(shí)車實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增加駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)，使受實(shí)驗(yàn)條件限制的實(shí)車實(shí)驗(yàn)如汽車急加速實(shí)驗(yàn)、高速制動(dòng)實(shí)驗(yàn)、操縱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)可通過(guò)駕駛模擬器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。駕駛模擬器汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)是對(duì)原有的單一實(shí)車實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革，同時(shí)利用駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)可為學(xué)生提供一個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

3.2 改革方案

駕駛模擬器在《汽車?yán)碚摗穼?shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用方案可包括以下三個(gè)方面。

3.2.1 指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握仿真軟件和駕駛模擬器的使用

指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件CarSim的學(xué)習(xí)、編程軟件Matlab/Simulink的學(xué)習(xí)和駕駛模擬器的操作學(xué)習(xí)。汽車仿真軟件中，CarSim軟件作為車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)商業(yè)化軟件相對(duì)于其他軟件具有使用方便、易于理解、難度適中、仿真速度快的優(yōu)勢(shì)。CarSim軟件能夠與Matlab進(jìn)行聯(lián)合仿真，而Matlab軟件是目前最常用的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析處理軟件。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)《汽車?yán)碚摗坊纠碚摶A(chǔ)之上，能夠應(yīng)用CarSim軟件確定車型、設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行仿真分析、提取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠應(yīng)用Matlab軟件對(duì)所提取數(shù)據(jù)按照處理方法進(jìn)行編程、繪圖與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體要求，要求學(xué)生能夠很好使用駕駛模實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工況設(shè)計(jì)、駕駛操作和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的提取、分析。通過(guò)CarSim仿真實(shí)驗(yàn)、Matlab仿真實(shí)驗(yàn)、CarSim與Matlab聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)使學(xué)生深入理解與掌握汽車?yán)碚撝R(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和《汽車?yán)碚摗氛n程的教學(xué)質(zhì)量。

3.2.2 增加駕駛模擬器《汽車?yán)碚摗凡倏v穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

目前我?！镀?yán)碚摗穼?shí)驗(yàn)主要包括電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)車試驗(yàn)2學(xué)時(shí)，剎車實(shí)車實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)，舒適實(shí)車實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。車輛操縱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)和一些極端條件下（如低粘附道路嚴(yán)重加速實(shí)驗(yàn)中，低粘附道路高速制動(dòng)實(shí)驗(yàn)和緊急雙線），由于受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和人員限制，不能真實(shí)車輛實(shí)驗(yàn)，因此可增加駕駛模擬器汽車操縱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)，極限工況實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。

3.2.3探索性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

打開一個(gè)駕駛模擬器測(cè)試臺(tái)上，學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題理論或研究汽車性能分析、探索性的控制問(wèn)題可以通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。探索性實(shí)驗(yàn)包括一般問(wèn)題的分析實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)兩部分。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思考和討論，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力，擴(kuò)大開放的學(xué)習(xí)過(guò)程。

3.3 初步實(shí)踐效果

抽取部分學(xué)生在駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了汽車?yán)碚撓嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)，一些學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行。實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)積極性高、思維活躍，對(duì)原本感到枯燥的汽車?yán)碚撝R(shí)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，并進(jìn)行了多個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)研究，其中一名同學(xué)的基于駕駛模擬器的汽車性能分析畢業(yè)論文還被學(xué)術(shù)期刊錄用。

4 結(jié)論

基于駕駛模擬器的《汽車?yán)碚摗穼?shí)驗(yàn)教學(xué)改革，可有效解決目前汽車?yán)碚搶?shí)車實(shí)驗(yàn)少、汽車?yán)碚搶?shí)踐教學(xué)缺乏、汽車?yán)碚摻虒W(xué)過(guò)于抽象導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)汽車?yán)碚撆d趣不足等教學(xué)問(wèn)題，能夠很好提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)提供了一個(gè)良好的教學(xué)平臺(tái)，在提高汽車?yán)碚摻虒W(xué)質(zhì)量方面可發(fā)揮重要作用。

【基金項(xiàng)目：遼寧省普通高等學(xué)校本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（UPRP20140726）；遼寧工業(yè)大學(xué)2014年教改項(xiàng)項(xiàng)目（2014008）】

參考文獻(xiàn)

[1] 魯力群.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的汽車?yán)碚撜n程改革及實(shí)踐[J].大學(xué)教育，2013（16）.

[2] 隗寒冰，李軍.基于AVL/Cruise仿真平臺(tái)的汽車?yán)碚搶?shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].科技信息，2010（29）.

[3] 黃兵鋒.MATLAB軟件在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2010（08）.

[4] 楊雪松.MATLAB/Simulink&Simdriveline在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中的應(yīng)用[J].科協(xié)論壇（下半月）.2010（03）.

[5] 李晶，任祖平.現(xiàn)代汽車教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007（06）.