改进汽车理论教学方法的思考

体会悬架刚度、阻尼、动行程等关键参数的改变对车身、车轮等部件的振动位移、振动加速度的时频响应特性的影响，并可以针对不同的振动控制目标提出不同的参数优化方案。

在教学过程，可以采用案例研讨、以小组为单位的课程设计作业、课程设计作业答辩等方式灵活进行。由于本章内容理论体系较复杂，故可以在期末的笔试中略微减小本章的权重，而将本章内容的考核重点放在平时的课程作业答辩环节。

6.第七章。一般来说，本章不是本门课程的教学重点。采用常规的教学方法即可进行授课。当然，在涉及到牵引通过性计算和汽车越过台阶、壕沟能力的分析计算时，可以引入MSC ADAMS软件从可视化动力学仿真的角度来让学生验证教材上相关理论的正确性。这样，学生就会对教材上理论分析的结果有一个感性化认识，这又反过来促进了他们进一步探求教材上理论分析的更深层理论假设出发点以及细究逻辑推理演绎过程的兴趣。

在教学过程，可以采用案例研讨、以小组为单位的课程设计作业、课程设计作业答辩等方式灵活进行。由于本章内容理论体系较复杂，故可以在期末的笔试中略微减小本章的权重，而将本章内容的考核重点放在平时的课程作业答辩环节。

二、动力学仿真技术在汽车理论教学过程中的应用

以上分析了在传统的理论教学过程中如何进行教学改进与优化。在理论教学的同时，实验教学不可或缺。实验教学存在具体形象、生动有趣、学生认知积极性高等优点，这有助于夯实学生的理论认知水平。

就目前各大学的平均实验条件而言，汽车理论实验的内容一般集中在动力性、制动性和平顺性这三大块上[6]。由于操稳性涉及综合性能要求最高的整车系统，而燃油经济性要求各种复杂的实车行驶工况，所以实验开设的难度比较大。同时，由于现在学生人数很多，实验场地又相对有限，所以实验教学方式也出现了局部与传统课堂教学方式趋同的趋势。具体而言，教师现场讲解学生认识了解的时间增加了，而学生亲自动手做实验的时间减少了。

为了在有限的实验条件下使学生直观形象地领会汽车动力性、经济性、制动性、操稳性、平顺性等经典工程实例的理论精髓，需要把动力学仿真技术引入到实验教学环节中来。这就要求学生先期掌握基本的仿真技术，同时也要求教师先期完成各类性能经典工程实例的仿真平台构建与程序调试工作。

1.第一章。汽车的驱动动力学方程本质上讲是基于牛顿第二定律的线性微分方程，非常便于利用MATLAB/Simulink的基本编程功能来对行驶过程进行模拟。只要将相应的作用在汽车上的各类驱动力和行驶阻力进行函数编译形成计算子模块后，再利用Simulink强大的可视化编程功能，非常便于学生直观理解汽车的驱动力——行驶阻力平衡机理与方程式。在此基础上，学生通过软件操作，即可验证教材上的案例分析结果，从而形象直观地加深他们对理论的理解深度，灵活掌握汽车动力性三大指标的工程设计与评价意义。在完成仿真计算分析的过程中，在编译作为仿真基本单元的各类驱动力与行驶阻力函数模块时，学生可以进一步复习各种力的计算方法，并深入领会各类驱动力和阻力的生成机理及物理含义。

2.第二章和第三章。本章的燃油经济性分析与混合动力汽车部分宜大规模采用仿真教学。教学过程中，建议以汽车的档位设计与燃油经济性动力性的综合优化匹配设计为核心教学目标，开展教学任务设计与执行工作。教学软件可以采用ADVISOR或AVL/Cruise。由于这些软件能对模型和源代码进行开放式设计，具有优秀的模块化的展示与人机界面交互式仿真设计操作功能，再加之能与其他多种软件进行联合仿真，仿真结果直观可信度高，所以利用该软件即可快速完成不同车型动力总成的传动比等参数设计并直接在各类典型循环工况（NEDC、UDDS、1015、ECE-EUDC）下进行快速仿真测试检验这些参数设计对燃油经济性和动力性的改善效果。对于混合动力汽车部分，由于绝大部分学生之前没有任何工程实践经验，而教材的论述又过于理论化，所以在教学过程中可以利用上述软件给学生讲解车身、车轮、电机、传动系、动力电池、发动机模型的基本仿真原理并引导学生按教材的内容搭建串联式、并联式和混联式的动力性与经济性仿真模型。完成模型构建后，可以再结合模型给学生讲解不同构型的模式切换过程及仿真方法，最后可通过布置仿真作业让学生理解不同构型的模式切换控制在动力性和燃油经济性方面有哪些具体的性能表现差异。

3.第四章和第五章。由于讨论制动方向稳定性与二自由度汽车操稳动力学特性时都是建立的简明易懂的常微分方程模型，所以它们的分析都可以利用MATLAB/Simulink的可视化编程与仿真功能来实现。由于在第一章的学习过程中学生已经能针对系统受力编写函数子模块，加之动力学方程简明易懂能直接用Statespace模块表达，所以学生可课后自行完成上述性能的分析工作。基于汽车二自由度操稳动力学模型的稳态响应与瞬态响应的仿真分析结果可直接和教材上的结果进行对比，一来起到检查模型正确性的作用，二来使学生能够更扎实地领会操稳性分析的理论基础。对于ABS的仿真教学，由于其模型是非线性的，所以建模难度稍大，不过也没有本质区别。由于教材上提供了完整的动力学模型，故只要教会学生利用m文件编译出ABS的非线性动力学模型并将其作为和Statespace子模块具有相同功用的模块嵌入Simulink仿真文件的动力学部分模拟部分即可。

对于更复杂的实车操稳性试验，如蛇形试验、转向盘角阶跃输入试验、转向盘角脉冲试验、转向回正性能试验、转向轻便性试验、稳态回转试验6个国标试验，如利用MATLAB/Simulink软件进行建模仿真和结果分析，对来说本科生难度会比较大。故在此可将MSC/ADAMS或CarSim软件引入仿真教学中。由于国标中的参数是公开的，所以学生可以将国标规定的车辆动力学与试验路况关键参数直接输入软件相应菜单栏进行可视化仿真，并在仿真结束后采集数据分析时域和频域的动力学响应特性，继而对操稳性进行评价。

4.第六章。本章仿真教学的意义在于使学生能将教材上的悬架振动动力学理论转化为形象直观的仿真模型来深化对悬架振动动力学的理解。由于悬架之间的本质差异体现在刚度、阻尼等关键结构参数的设计要求上，所以如果本章内容直接进行实验教学，那么需要在实验现场装配各类不同刚度阻尼的悬架系统，以使学生能通过对不同参数悬架的一系列试验结果来分析悬架参数对振动时频响应特性的影响灵敏度，并和教材上理论分析的结果进行对比。显而易见，这导致了实验成本高、实验耗时长等诸多问题。如果将实验教学的大部分内容改为由仿真来完成，那么显而易见的好处是一来学生通过仿真建模深化了对悬架振动动力学理论的认识；二来由于仿真时调整设置参数非常容易，那么相应的教学耗时与教学成本均会大幅下降，而教学效果起码和实验教学相同。

由于教材中阐述的悬架动力学模型是线性的，所以学生根据前面学习的基础，可以自己在MATLAB/Simulink中搭建1/4和1/2汽车的悬架振动动力学模型并进行仿真，继而获取悬架关键部件的振动时域频域响应特性。由于仿真时所设置的刚度、阻尼等关键参数来自教材，那么将通过仿真得到的时域频域响应特性动力学特性与教材上给出的特性进行对比，学生便能检验自己建模的正确性并找出建模中的问题所在，从而使学生更扎实地掌握授课内容。

5.第七章。由于本章不是课程的教学重难点所在，且本章的难点轮-地动力学理论需要学生在研究生阶段进行系统深入掌握，所以在学时安排上建议以理论教学为主。如果学生对相应的仿真内容感兴趣，可以参见我国各著名高校在月球车、装甲车、坦克等高技术特种车辆领域的通过性仿真研究论文，从中学习通过性仿真建模的理论基础、工具、参数设置方法等技术细节，为将来的工作和深造奠定基本的理论基础。

三、改进后的学时安排与考核方法

前面论述了传统教学方法的改进和仿真教学的实施重点。由于教学改进的目的是贯彻扎实理论素养+工程实践创新导向的卓越工程师培养方针，那么，相应的学时安排和考核方法也必须进行改进，以确保教学过程的高效进行和教学质量的真实可信。

在学时安排上，对于前述传统教学优化的部分，由于只是围绕重难点对授课内容进行系统协调整合，所以这部分改进不影响原有的学时安排计划。对于仿真教学部分需要增加学时并进行重新分配。需要注意的是，虽然后面提到的考核方式中增加了平时作业答辩和仿真论文作业答辩两大环节，但是这两个环节不占用学时，由教研组在实施过程中另选时间进行。

改进后的学时安排如表1所示。

在考核方法的改进上，除了原有的出勤、平时教材作业、期末笔试考核外，需要增加教材作业答辩考核、仿真论文作业答辩考核这两个环节。答辩考核属于师生双向互动教学相长的一个环节，它能有效防止学生相互抄袭，督促学生重视平时学习的过程，防止期末抱佛脚而导致的专业知识掌握不扎实等一系列目前教学中存在的问题，从而最大限度保证平时教学质量与学生工程实践创新能力的培养质量。

四、结语

探讨了汽车理论传统教学方式的改进与优化思路，论述了将动力学仿真技术引入教学的可行性与执行措施。为了落实这些教学改进措施，继而分析制定了相应的学时安排要求与考核评价方法。下一步即可以此为基本纲要进行教学改进实践探索，以不断完善基本改进纲要，最终形成一套能有效培养卓越工程师的汽车理论课程教学体系，并期望促进课程的更深层次教学改革。

参考文献：

[1]张永学.《汽车理论》课程案例实施的途径及效果分析[J].价值工程，2015，（8）.

[2]杨雪梅.《汽车理论》课程教学方法及实践环节的研究[J].教育教学论坛，2011，（26）.

[3]杜峰，关志伟，刘春辉.软件仿真技术在汽车理论教学中的应用实践[J].天津职业技术师范大学学报，2015，（2）.

[4]邓涛，隗寒冰，尹燕莉.基于ADVISOR软件的“混合动力电动汽车动力系统设计”辅助教学探讨[J].科技向导，2012，（18）.

[5][德]亨宁·瓦伦托维兹.李克强编注.汽车工程学II：汽车垂向和侧向动力学[M].北京：机械工业出版社，2009.

[6]李刚，石晶，刘树伟，等.汽车理论实验教学改革方案研究[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2015，（3）.