研究生課程《車輛電子控制》教學內容改革與教學方法探索

摘 要 從培養車輛工程專業碩士研究生理論聯系實際和獨立科研能力的角度出發，對《汽車電子控制》課程的教學內容和教學方法進行了改革。將教學內容劃分為基礎理論和方法的講解與介紹、典型案例分析和課堂專題討論三部分，比較系統地完成了學生理論聯系實際的學習過程，取得了比較良好的教學效果。

關鍵詞 研究生 車輛工程 電子控制 教學改革

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A

Reform of Teaching Contents and Teaching Methods Exploration of

Graduate Course \"Vehicle Electronic Control\"

YANG Xinhua， FU Lijuan， LI Zhaohui

(Chongqing Automobile Institute， Chongqing University of Technology， Chongqing 400054)

Abstract From point of view of graduate training vehicle engineering theory with practice and independent research capacity， the \"vehicle electronic control\" course content and teaching methods of reform. The teaching content is divided into basic theory and methods of explanation and description， typical case studies and classroom seminars of three parts， the students completed a more systematic process of learning theory with practice， to obtain a relatively good teaching.

Key words graduate; vehicle engineering; electronic control; teaching reform

1 背景介紹

為碩士研究生開設的《車輛電子技術》是一門針對車輛工程專業學生的選修課程。作為研究生課程，這門課程與本科階段所學的課程必須有所區別，如選修課《汽車電子與電器》。本科教學已經對汽車電子與電器的基本結構、原理為主進行比較系統的介紹，學生在本科階段對汽車電子技術已經有了比較初步和全面的了解，因此在研究生階段開設汽車電子技術必須針對研究生的知識特點，對教學內容和教學方法進行改進，以滿足研究生教學的需要。

我校于2004年開始招收碩士研究生，研究生的課程開設時間不長，特別是一些專業選修課由于選課學生數量不多，開設次數更少，并且在研究生的教育與教學方面尚需要進一步進行探索和改革以適應學科發展的需要。隨著近幾年我校車輛電子控制方向研究課題的增加，選擇汽車電控系統作為研究方向的研究生數量也不斷提高，將《車輛電子技術》作為主要選修課程的學生數量急劇增多。在為車輛工程的工程碩士新制定的培養方案中，該門課程更名為《汽車電子控制》作為學生的學位必修課程，并將推廣到工學碩士的培養方案中。

之前的教學大綱以汽車典型電控系統為案例，主要著重于電控系統原理、結構和分析方法的介紹。由于現代汽車電控系統比較復雜繁多，32學時的課堂教學中介紹結構原理的課時占據了比較大的比重，而對控制系統分析、設計的基本理論和方法的介紹就不夠。學生普遍存在的問題是缺乏獨立研究、思考、分析問題的能力。

針對以上情況，筆者在該門課程的教學過程中嘗試對教學內容和教學方法進行改革，以基礎知識串講、案例教學和專題討論相結合的教學方法對課程教學進行改革，目的是通過對教學內容和教學方法的改革，讓學生能夠真正掌握車輛電控系統研發的基本理論和一般性方法，為日后進行相關科研課題的工作和學位論文的撰寫奠定比較扎實的專業知識的基礎。

2 教學內容和方法的改革

2.1 教學材料的改革

以往選用的教學參考教材是莊繼德編寫的《汽車電子控制系統工程》和周云山編寫的《汽車電子控制技術》兩本書。前者對汽車電子控制系統的控制理論、系統分析的數學方法和實現控制系統的方法進行了介紹，但是書中所涉及的有關控制理論方面的知識較少，對于剛從車輛工程本科畢業的研究生，由于缺乏控制理論方面的背景知識，這本教材顯得過于艱澀，知識缺乏過渡性。而后者介紹了有關汽車電子控制系統的工作原理、性能指標、系統的動態模型以及在滿足動態模型的約束條件下，對給定的性能指標進行控制系統設計的方法和步驟。但是同樣由于內容較多，理論和基本方法介紹較少，學生很難將其與工程實際相結合。因此，筆者綜合了兩本書的主要內容，添加了相關的基礎知識和一般性理論和方法的介紹內容，去除了冗余內容，留下幾個典型的車輛電控系統作為案例，按照現有學生的知識框架重新編寫了適合我校學生實際情況的講義，并將其制成多媒體課件供教學和學生參考用。

2.2 教學內容和方法的改革

教學以車輛電控系統開發的“V”型流程（圖1）為主線，著重培養學生對于電控系統開發的基礎理論知識，掌握電控系統開發的常用手段和方法。按照這個基本思路，教學內容被劃分了三個主要部分：其一基礎知識和基本方法介紹；其二典型案例介紹與分析；其三課堂專題討論。其課時分配按照1:1:1大致進行分配。

圖1 汽車電子控制系統“V”型開發流程

基礎理論知識方面，增加了對于古典控制理論和現代控制理論對于控制系統分析方法的基本知識的介紹，這部分內容不求全面系統，而是僅介紹控制系統分析設計有關的理論知識。最后要求學生通過課程掌握系統分析建模方法，將理論應用到工程實際中，并完成一個汽車典型控制系統（四輪主動懸架）的理論建模作為平時作業提交。學生需要掌握動力學系統數學模型的建立方法才能順利完成該作業。控制系統分析設計的基本方法方面介紹了基于MATLAB/Simulink/Stateflow的計算機輔助控制系統分析建模工具和方法。主要包括MATLAB控制系統分析設計的函數和工具，基于Simulink的計算機仿真模型的建立方法以及基于有限狀態機原理的Stateflow控制邏輯設計方法。最后介紹硬件在環仿真的主要工具——dSpace仿真平臺的使用方法。通過以上教學內容，學生能夠基本掌握控制系統分析設計所涉及的主要方法和工具，剩下的工作僅僅是如何運用這些工具而已。

由于汽車電控系統比較繁多，以前的教學主要圍繞各種電控系統的功能、原理等方面進行介紹，由于課時有限，很難做到全面、深入，學生收獲不大。因此我們選擇了比較具有代表性的幾個汽車電控系統，作為典型案例，主要介紹如何使用之前介紹的計算機輔助控制系統分析與設計工具進行控制系統建模仿真、分析與設計。典型案例包括電控助力轉向系統、電控防抱死制動系統以及液壓電控無級變速器控制系統三個。這三個系統包括了機電控制系統、電液控制系統以及整車動力學模型，涵蓋了車輛電子控制系統設計的主要方面。通過這三個典型電控系統分析設計過程的介紹，幫助學生吸收消化之前的理論基礎知識和方法，讓學生將理論與實際相結合，加深對理論和方法的認識。

由于課程教授過程中恰逢學生進行開題報告階段，大部分同學已經確定了研究方向，查閱了相關文獻，并初步完成了開題報告的撰寫，針對這種情況，課堂專題討論部分主要結合學生具體情況，在論文選題與本課程相關的同學中挑選了五位，讓他們所做的前期研究工作、目前研究現狀、擬采用的研究思路和方法做成多媒體課件，然后在課堂上進行專題討論。討論的內容包括：線控動力轉向系統、機械電子控制的金屬帶式無級變速器控制系統與控制策略、牽引力控制系統、底盤集中控制系統等。課堂討論過程中主講教師主要針對學生的研究思路、實驗方案等具體內容對學生的選題進行提示性和指導性的提問，有時自問自答，有時他問我答，有時我問他答，幫助學生加深對目前最新研究成果的理解，啟發學生研究的新思路和新方法，精煉論文的創新點，體現其自身的研究成果。例如，有學生在討論過程中提出自己所做工作仿佛是前人工作的重復，自己很難提出新的方法或者理論。針對這個問題，教師在課堂上對目前該研究領域最新的研究成果進行了深入討論，幫助學生換位思考，尋找研究“盲點”，提出新的思路和方法。通過這種方式的討論，讓學生有一種豁然開朗的感覺。

3 教學效果

課程教學以一篇命題論文作為課程成績的主要依據。該論文要求學生建立給定參數的電控助力轉向系統（包括整車轉向系統）模型，分析所給系統的控制特性，設計滿足使用要求的反饋控制系統。有能力的可進一步完成控制系統的計算機仿真分析。這種命題課程論文的形式要求學生運用課堂講授的理論方法對車輛電控系統進行分析與設計，檢驗學生理論聯系實際的能力。在所提交的20余篇論文中，除去抄襲他人研究成果的6篇（已打回要求重新撰寫），大部分同學基本掌握了車輛電子控制系統分析設計的方法，能夠獨立進行相關的研究工作。其中一篇運用了動力學仿真軟件AMAMS與Simulink的聯合仿真方法，并進行了計算機仿真；另一篇根據所給系統，設計了基于PID的反饋控制系統，完成了控制系統的仿真。這兩篇文章我們認為思路清晰，創新點突出，研究成果具有比較高的參考價值，可以評為優秀，并推薦公開發表。

課程結束之后，學生普遍反應該門課程有一定難度，但是對于汽車電子控制系統有了更深入的理解，對控制系統的分析設計方法有了更系統的認識和掌握，是一門能真正學到“東西”的課程。

4 結束語

以提高車輛工程專業汽車電子控制方向研究生研究能力為目的，對其課程《車輛電子技術》的教學內容和教學方法進行了改革。在教學內容上以車輛電控系統的“V”型開發流程為主線，以理論知識串講、典型案例分析和課堂討論相結合的方法進行，注重提高學生控制系統分析設計的能力以及獨立進行科學研究的能力，取得了比較好的教學效果。

當然，該課程的教學還存在一些問題需要進一步完善和解決。如理論教學內容部分如何進一步系統化，教學所用講義還需要進一步修改、調整和完善，以保證之后該門課程教學的連貫性和一致性。

參考文獻

[1] 李迎，李孝祿.《汽車電子技術》課程教學方法探討[J].廣西大學學報(哲學社會科學版)，2009.31:31-32.

[2] 張向文.《汽車電子技術》課程教學改革的探討[J].高教論壇，2008.1:104-109.

[3] 黃銀娣，解梅，蔡偉義等.交通運輸專業汽車電子控制技術類課程建設與改革[J].南京林業大學學報(人文社會科學版)，4:126-128.

[4] 何勇靈.研究生國際合作教學模式研究和實踐[J].北京航空航天大學學報(社會科學版)，2009.22:35-38.

[5] 丁衛東.汽車電子控制技術類課程的建設與改革[J].武漢科技大學學報(社會科學版)，2002.4:85-87.