李廣龍　魏政君　上官文斌

摘 要：為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的車輛工程專業(yè)人才，探索開(kāi)展學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)。針對(duì)汽車平順性實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)，基于四分之一汽車懸架模型，以學(xué)生自主設(shè)計(jì)制作平順性模擬試驗(yàn)臺(tái)為例開(kāi)展實(shí)施。教師引導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生自主規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制作等進(jìn)行系統(tǒng)性地訓(xùn)練，促使學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新技能，鍛煉創(chuàng)新思維，有效地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力 自主實(shí)驗(yàn) 汽車平順性

Exploration and Practice of Students' Independent Innovation Experiment

Li Guanglong Wei Zhengjun Shangguan Wenbin

Abstract：In order to cultivate innovative talents in vehicle engineering， experimental teaching of independent innovation of students is explored and carried out. Aiming at the difficulty of automobile ride comfort experiment teaching， based on the one-quarter automobile suspension model， the students' independent design and manufacture of ride comfort simulation test bed is taken as an example. The teacher guides and assists students to carry out their own independent planning， design， production and so on. Through systematic training of project style， students are encouraged to acquire knowledge actively， stimulate innovation consciousness， improve innovation skills， exercise innovative thinking， and effectively cultivate their practical and innovative abilities.

Key words：innovation ability， independent experiment， car ride comfort

1 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要手段，儀器設(shè)備是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要工具。設(shè)計(jì)可行性的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主研發(fā)制作設(shè)備，轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)角色，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)變成主動(dòng)、探究、參悟的實(shí)踐過(guò)程，由知識(shí)的被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的應(yīng)用者、創(chuàng)新者，有利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-3]。

汽車平順性研究是汽車研究領(lǐng)域的重點(diǎn)[4，5]，是車輛工程專業(yè)本科教學(xué)中的關(guān)鍵內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。以學(xué)生自主設(shè)計(jì)制作平順性試驗(yàn)臺(tái)為例，通過(guò)學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使理論與實(shí)際緊密結(jié)合起來(lái)，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，克服教學(xué)難點(diǎn)，不僅能夠提升學(xué)生獲取知識(shí)廣度與深度，也系統(tǒng)性地鍛煉了學(xué)生的科研能力與創(chuàng)新能力[6]。

2 自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的重要性

（1）針對(duì)性強(qiáng)。自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，可以根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，知識(shí)水平，認(rèn)知層次等，有針對(duì)性的擬定課題，鍛煉學(xué)生，彌補(bǔ)不足。在我校車輛工程本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，平順性實(shí)驗(yàn)是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)制作平順性模擬試驗(yàn)臺(tái)，有利于深刻理解汽車?yán)碚?、汽車?gòu)造等專業(yè)知識(shí)。制作成果也更能直觀地展示平順性的概念原理。

（2）鍛煉性強(qiáng)。在自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)執(zhí)行過(guò)程中，大大激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、創(chuàng)新欲望，鞏固學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，并把課堂學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，從而培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力。教師在指導(dǎo)過(guò)程中，情同導(dǎo)師，為學(xué)生提供更多交流、實(shí)驗(yàn)空間、培育指導(dǎo)、資源服務(wù)等，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、技能、理念，也能反向收益，鍛煉了自己。

（3）啟發(fā)性強(qiáng)。由于自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)具有更強(qiáng)的探索性與不確定性，隨著實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的深入，學(xué)生的創(chuàng)新性指導(dǎo)老師也不能臆測(cè)，老師與學(xué)生都能深受啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)新的學(xué)術(shù)問(wèn)題[7，8]。

（4）“性價(jià)比”高。自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)制作成果相比市場(chǎng)設(shè)備，成本低、功能更合適、操作簡(jiǎn)便。鍛煉了學(xué)生的同時(shí)，也改善了教學(xué)條件，增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高了實(shí)驗(yàn)室共享與開(kāi)放利用[9]。

3 自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

3.1 總體規(guī)劃

平順性試驗(yàn)臺(tái)總體要求，通過(guò)輸入?yún)?shù)，控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下平板作為系統(tǒng)輸入，模擬路面常見(jiàn)激勵(lì)，模擬汽車在不同路面激勵(lì)下，簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的響應(yīng)情況。試驗(yàn)臺(tái)有助于學(xué)生更充分地理解汽車平順性的基本概念，車身加速度、懸架動(dòng)行程和輪胎動(dòng)載荷的幅頻特性以及各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響。具體的研究思路如圖1所示。

理論分析階段考察學(xué)生專業(yè)知識(shí)的掌握情況，也促使學(xué)生對(duì)以往理論知識(shí)的消化理解，對(duì)未知知識(shí)的學(xué)習(xí)吸收。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段由教師組織學(xué)生分工合作，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，大膽創(chuàng)新設(shè)計(jì)，一方面可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)制作能力，另一方面也激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力?？刂圃O(shè)計(jì)階段，為實(shí)現(xiàn)要求功能，可以充分發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉其整合軟件硬件、調(diào)試設(shè)備的能力。結(jié)題考核方式以過(guò)程性評(píng)估為主，體現(xiàn)學(xué)生自主探索精神和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視。

3.2 理論分析

基于四分之一汽車懸架模型設(shè)計(jì)汽車平順性模擬試驗(yàn)臺(tái)，可等效為二自由度彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)[10]，如圖2所示。路面的激勵(lì)位移為xi，xu和xs分別為二自由度系統(tǒng)處在平衡位置時(shí)簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量的位移。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作方案往往不是唯一，平順性試驗(yàn)臺(tái)可以采用單柱式結(jié)構(gòu)，或三柱式，四柱式等。本設(shè)計(jì)采用四柱式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，移動(dòng)靈活，安裝及拆卸方便，能很好地反映基于1/4汽車的2自由度模型特性。如圖3所示為結(jié)構(gòu)示意圖，主要組成部件包括：三塊平板（上平板、中平板、下平板）質(zhì)量塊，懸架彈簧、輪胎彈簧、傳感器、伺服電機(jī)等。上平板質(zhì)量、中平板質(zhì)量、下平板質(zhì)量，分別代表簧載質(zhì)量，非簧載質(zhì)量和路面。每塊板都可以沿著豎直安裝的導(dǎo)向軸上下運(yùn)動(dòng)。其中上平板模擬簧載質(zhì)量，通過(guò)彈簧和摩擦阻尼結(jié)構(gòu)與中平板相連。中平板模擬非簧載質(zhì)量，通過(guò)彈簧與下平板相連。下平板模擬路面位移激勵(lì)，由控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入源。

3.4 控制設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用PLC控制。通過(guò)三菱PLC輸出的脈沖信號(hào)，控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速按照正弦信號(hào)規(guī)律變化，利用絲桿導(dǎo)軌裝置將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為垂直方向的直線運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)二自由度懸架系統(tǒng)的來(lái)自“路面”的正弦激勵(lì)、階躍激勵(lì)、脈沖激勵(lì)等輸入。階躍激勵(lì)和脈沖激勵(lì)也可以視為頻率無(wú)限大的半正弦信號(hào)或四分之一正弦信號(hào)，通過(guò)合理設(shè)置正弦信號(hào)的頻率，可以實(shí)現(xiàn)階躍和脈沖激勵(lì)。

3.5 結(jié)題驗(yàn)證考核

設(shè)計(jì)方案、計(jì)算分析、實(shí)驗(yàn)心得，測(cè)試驗(yàn)證等，分步評(píng)定。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)考核中加大自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的權(quán)重，保證實(shí)驗(yàn)課程完整的同時(shí)，也可盡可能杜絕報(bào)告雷同現(xiàn)象。本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生分成三組完成試驗(yàn)臺(tái)，其結(jié)構(gòu)類似，但細(xì)節(jié)不同，控制方式也不同。由于涉及結(jié)構(gòu)控制等多方面，完成這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)切實(shí)提高了學(xué)生的知識(shí)水平、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語(yǔ)

學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，在本科教學(xué)培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的“三創(chuàng)型”人才方面，扮演著越來(lái)越重要的作用。學(xué)生在自主設(shè)計(jì)制作汽車平順性模擬試驗(yàn)臺(tái)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用已有的知識(shí)去探索未知的知識(shí)，在形成概念、獲得知識(shí)、掌握技能的同時(shí)，學(xué)會(huì)觀察、試驗(yàn)、假說(shuō)、演繹、分析、綜合、類比等科學(xué)研究的基本方法，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到提高。學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)對(duì)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，豐富教學(xué)手段和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放利用等方面都具有積極作用。

基金項(xiàng)目：2018年度廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2018049）

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