《汽車設計》課程教學內容改革初探

李舜酩

【摘 要】汽車設計是絕大多數高等學校車輛工程專業的一門重要的專業核心課程。在分析汽車設計教學課程內容及特征的基礎上，探討了目前該課程教學存在的一些問題，針對這些問題提出了教學改革的內容和措施并進行了改革實踐，培養了學生的汽車設計實際能力，取得了滿意的改革效果。

【關鍵詞】汽車設計；教學；改革

隨著我國汽車工業強調進行自主開發，汽車產品的設計、分析、試驗技術等都日益受到重視[1]。汽車設計課程的任務除了是使學生學會分析和評價汽車及其各總成的結構和性能，合理選擇結構方案及有關參數，并學到一些汽車主要零部件的設計和計算方法和總體設計的一般方法，為從事汽車技術工作打下良好的基礎[2]外，也要進行不斷的更新和發展，讓同學們了解到最新、最實用的設計方法和設計理念。隨著汽車技術的發展，汽車設計的內容也在不斷發展變化。汽車設計不僅將機械、電子、液壓、材料、軟件工程等多種成熟技術應用于汽車開發中，同時還將這些技術柔和在一起，形成具有自身特點的新興技術[3]。特別是目前的計算機輔助設計內容、舒適性設計內容和可靠性設計內容已經是車輛企業在設計過程中所必須考慮的問題[4-5]。這就對高等學校汽車設計教學提出了新的要求，傳統的教學內容和模式已明顯落后工程實際的需求和當今的時代技術的更新，不利于大學生的培養，更不利于這些學生畢業后到企業發揮他們的能力。高等學校的教學內容和教學方法必須適應車輛康業發展的需求，汽車設計內容也要適時調整。本文在闡述汽車設計課程的特征的基礎上，分析了目前汽車設計教學存在的問題，在此基礎上提出了汽車設計教學的改進方法，并進行了相關教學實踐。當然，傳統的汽車設計方法又是必不可少的一部分。因此，我們在進行改革的同時，也最大限度的將最為經典的部分保留下來。

1 課程內容及特征

傳統的汽車設計課程教學分為理論授和課程設計。理論授課一般在40～50學時，主要介紹汽車底盤各總成設計所需的基本知識，包括汽車底盤總體設計、離合器、變速器、萬向傳動軸、驅動橋、懸架、轉向系和制動系等各總成設計應滿足的要求、結構方案分析、主要參數及零部件載荷的確定、強度計算方法、主要結構元件的分析等。理論教學通常不講授課程設計的知識內容，在講授完成理論教學內容后，開始兩周的課程設計，通過課程設計補充完善一些理論授課中欠缺的內容。該課程要求學生必須具備高等數學，工程力學，工程圖學、機械設計、金屬工藝學、、材料學、汽車構造、汽車理論等知識。它綜合運用了這些基礎課程、專業基礎課和專業課，其涉及面廣，專業跨度大，授課難度較大。同時，它是將理論知識應用于設計實踐的典型課程，對教師的理論知識綜合應用能力、設計能力和經驗也提出較高的要求。

2 課程教學目前存在的問題

2.1 教學內容不能跟隨汽車技術的發展

《汽車設計》的對象主要是傳統的零部件。而隨著汽車技術的發展，很多新型的結構、零部件甚至總成在實際中已得到大量應用，而汽車設計課程在新技術方面所涉及到的內容較少。比如，變速器設計主要是針對傳統的手動變速器，而目前自動變速器在車輛上得到大量的應用，而且有了很大發展。而這些內容又是生產企業所需要的技術。再譬如，新材料的發展使汽車設計越來越多的考慮應用高強度、輕質、非金屬、綠色環保等材料[6]，但傳統的教學內容沒有考慮。

2.2 設計思想不能滿足實際需要

汽車設計課程的主要是將載荷確定，強度計算，校核的傳統靜態機械設計方法應用到汽車零部件上，機械類課程安排較多。而目前汽車設計所考慮的因素越來越多，除了靜強度設計外，汽車設計越來越趨向于動態設計、可靠性設計、計算機輔助一體化綜合設計，也包括考慮輕量化設計、舒適性、綠色設計等等因素。除此以外，汽車設計還需要考慮很多設計前后的環節，比如制造成本預算、產品定位、市場調研、生成設計說明等環節。而目前《汽車設計》課程的內容和方法不具備這種設計思路，只是進行單一的結構分析、參數選擇和靜力學計算，造成了教學與實際的脫節，使得學生在實際的工作中，設計知識單一。單純從靜態機械設計的角度思考零部件乃至整車的設計，與現代汽車設計理念存在較大的偏差，使學生畢業后無法迅速融入實際的汽車零部件設計中去，需要較長的時間來適應工作。

3 教學內容改革

3.1 對傳統汽車設計課程內容選擇性的保留

教改并不意味著對傳統內容的全盤否定，而是要保留其精華，祛除其中不必要的部分。對于汽車設計而言，雖然其制造工藝、設計手段、設計側重點都是不斷發展變化的，但是汽車本身的原理和構造卻沒有特別大的變化。所以，使得學生掌握一些最基本的設計方法和設計思路，是極為必要的。

在教改后的課程教學體系中，我們仍然設置了汽車底盤布局設計、傳動結構傳統設計（離合器、機械變速器、驅動橋和轉向器）以及汽車結構工作穩定性（懸架系統、制動系、轉向系）三部分內容。并且仍然作為汽車設計課程里較為重點的部分進行講解，給學生之后的課程和工作打下牢固的基礎。

同時，在傳統設計內容中，有關與《機械設計》課程內容密切的部分，像齒輪、軸承及一般傳動形式等就弱化講授內容，對于萬向傳動只介紹典型結構設計，而其它結構形式僅簡單介紹其基本工作原理。這樣有的放矢的效果更能滿足汽車設計的要求。實際上，由于這門課程是專業課，不可能也不應該把相關的基礎課、專業基礎課中的內容再詳細講授。

3.2 引入先進設計方法

計算機技術的發展為汽車設計技術提供了新穎的手段，并且幾何模型的設計從二維轉向三維。在進行汽車新車型開發的整個過程中，其設計、制造、檢測幾乎全部實現無紙化。因此在汽車設計的教學中要跟進現代車輛工程技術發展的需求，將現代的設計手段、設計方法應用到汽車設計教學中[7]。同時，如今對于汽車的要求，也不再僅僅局限于高速、重載，而是更多的考慮穩定性、舒適性、安全性以及壽命等等。因此，我們將之前一些不太受到關注的內容提升到了相對重要的位置。

CAE設計方法的引入是汽車設計教學中一個形象的方法[8]。目前汽車制造企業在樣機的設計、試制和性能評價過程中會充分利用計算機技術進行分析和仿真，這樣無疑可以減少樣機或試制品的制作次數。為此，我們專門設置了一章，針對汽車的計算機輔助設計進行講解。其中對靜力分析做出重點分析，并且通過對實際的車輛結構部件（如車架、車橋、鋼板彈簧等）進行了實例分析。

我們經過幾輪的教學實踐改革，得到的結論是，CAE設計方法引入汽車設計課程教學中，不僅可以提高學生對汽車設計內容的新知識和新思維方式的的理解，更可以使企業實際需求與學生學習相結合，從而引導學生進行更加有針對性的學習，增加學生對汽車設計現代方法的直接理解。

3.3 根據當今汽車設計的技術需求進行改革

我們在保證對傳統設計方法進行足夠講解的同時，將當今汽車設計的技術需求迫切的內容納入到我們的汽車設計教學中。

當前汽車的產量和需求已經達到很高的程度，人們對于車輛的安全性可靠性和經濟性也有了更高的要求。而企業也在追求成本更加低、性能更加突出的產品。所以，我們設置了汽車結構疲勞與可靠性設計和汽車輕量化設計兩章的內容。前者針對車輛安全可靠性的需求，而后者則為了在滿足高性能要求的同時，進行經濟性考慮的設計方法講授，讓同學們了解不同材料在汽車中擔任的應用，以及輕量化設計方法，讓他們不僅僅學會設計，更要學會優化的方法以及創新的思維。

另外，為提高車輛動態工作穩定性、舒適性的設計要求，滿足人們對汽車生活更高品質的追求，我們設置了汽車動力學設計一章的教學內容。學生在學到這些相關知識后，能夠在工作中有意識地把動力學納入到設計階段，而不是等設計完成甚至已經制造出來了再進行動力學特性分析，然后再改進。以往的這種設計模式明顯跟不上汽車實際技術發展的需求。因此必須把這種設計理念、設計方法貫徹到教學中。

4 實踐應用

我們的《汽車設計》課程在大四的第一學期開設，其時面臨著兩個重要的能力體現環節。一個是《汽車設計》的課程設計，另一個是大學畢業前的分流——就業、或保研、或考研、或出國深造。

第一方面《汽車設計》的課程設計的要求就是用計算機進行輔助設計，所需要的通用方法就包括計算機輔助設計和分析軟件，像常用的UG/Pro-E、AoutCAD、Catia、Ansys等，就是我們在課堂上介紹過的。當然需要學生自己再針對具體的課設內容對軟件進一步熟悉和應用。學生的課程設計在這個基礎上完成的內容就有一定的深度，十分接近企業中實際的零部件設計了。另一方面，選擇就業的學生面對招聘單位的招聘考試，得心應手，把自己學到的新的現代設計知識、設計理念介紹出來，體現出自己對汽車現代設計內容和方法的掌握，盡管不深透，但已經足以打動招聘人員了。從近幾年的就業情況看，我校車輛工程專業本科生就業情況一直趨好，甚至超過了某些優勢專業的本科畢業生。有關《汽車設計》課程改革與學生能力培養的關聯度分析，將在下一步研究中給出。

同樣，我校的保研和考研同學，能夠在面試中充分發揮在《汽車設計》課程中學到的新的設計內容和方法，回答問題有深度又切合實際，從而取得好的面試成績。出國深造的學生能夠在自己的自薦信中信心十足地介紹學到的新設計理論和方法，為未來的面試中輕松自如地順利過關打下了基礎。

在完成大四第一學期學習后，最后一學期就是畢業設計。老師們提出的畢設題目往往與工程實際十分密切，不會現代設計方法就只能從頭自學設計方法、軟件應用等前期知識，要查閱和學習許多不同書籍才能把需要的知識掌握，影響畢業設計的質量。我們的《汽車設計》教學改革在課堂上把這些內容有條理地介紹出來，就為學生在最后一學期的畢業設計打下了基礎。這樣學生的畢業設計的水平也就相對高。從近幾年的畢業設計內容看，絕大多是都結合了現代設計技術和手段，設計效果明顯好于傳統的畢業設計效果。

5 結束語

綜上所述，通過對汽車設計課程教學內容的認真的篩選、取舍，和教學方法的改進，按照新的教學內容方法進行教學，經過這幾年的摸索，不斷總結經驗，取得了滿意的教學效果。學習完該課程的學生對于汽車設計課程的教學給以了很好的評價，優秀地達到了課程的培養目標。從已經畢業的學生的反饋信息看，用人單位對他們的設計思路、方法，和能力都十分滿意。那種“學生畢業到單位后什么也不懂、什么也不會”的抱怨大大減少。回訪畢業的學生，他們認為學習這種課程為自己在工作中提高了能力，打下了良好的發展基礎。

汽車設計教學內容的取舍和增加從教學的角度講，是根據當前汽車設計技術的發展而進行的教學改革；而從能力培養角度講，是學生全面素質提高的一個重要方面；從國家車輛行業設計制造角度講，是一個對整體理念方法提高的推進。

【參考文獻】

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[4]Rajendra Singh（美國俄亥俄州立大學，俄亥俄，哥倫布43210）.面臨NVH挑戰的汽車設計、研究和教育問題[J].汽車工程學報，2011，1（4）：283-298.

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[8]張林鍹，辛獻杰，崔冰，倪樂波，劉俊，肖田元.面向汽車產品設計的虛擬現實服務平臺研究[J].系統仿真學報，2014，12（10）：2407-2411.

[責任編輯：鄧麗麗]