基于駕駛模擬器的《汽車理論》課程實驗教學改革探索及實踐

李剛 石晶 劉樹偉 秦玉英 陳雙

摘 要：本文針對《汽車理論》課程實驗教學條件缺乏、學生缺少實驗機會問題，進行了基于駕駛模擬器的《汽車理論》課程實驗教學改革方法探索。分析了汽車理論課程的特點、目前汽車理論實驗教學存在的問題，介紹了基于駕駛模擬器進行汽車理論實驗的優勢，給出了基于駕駛模擬器的汽車理論實驗方案并進行了相應分析。分析表明基于駕駛模擬器的汽車理論實驗可有效解決目前實驗條件不足問題，能夠激發學生學習興趣和提升創新實踐能力。

關鍵詞：汽車理論；實驗教學；駕駛模擬器；教學改革

1 汽車理論課程特點和實驗教學改革的必要性

《汽車理論》課程是汽車類專業的核心主干課程，內容包括基本力學理論分析、評估、測試等方面，理論課程的特點是強調計算和分析工作，學生多感覺難度比較大。

本課程為《汽車設計》課程提供理論依據，是車輛工程專業學生考研進修、工作進行產品開發的重要基礎。

教學理論認為，學生只有通過大量的實驗對理論知識進行驗證，才能對所學課程建立較深層次的認識、理解，最終實現靈活運用。因此，如何通過實驗教學改革，促進理論研究，提高教學質量的汽車理論面臨的一項重要任務。

2 駕駛模擬器實驗教學平臺介紹

車輛駕駛模擬器主要由實車駕駛艙，各種傳感器、投影儀、圓形屏幕，計算機實時仿真系統和仿真軟件組成。我校目前駕駛模擬器采用的仿真軟件是車輛系統動力學仿真軟件CarSim軟件和Matlab/Simulink軟件，實時仿真系統為dSpace公司的1103產品。實驗人員首先在計算機上通過CarSim仿真軟件選擇車型或者根據實際情況修改車型參數，然后設定仿真實驗工況，將CarSim與Matlab/Simulink聯合仿真程序編譯下載到dSpace1103控制器里面。應用dSpace公司的Controldesk軟件編寫監控界面，實驗時根據需要實時顯示和保存所需數據。實驗時駕駛員在駕駛艙內根據環形屏幕顯示的實驗工況場景，操縱方向盤控制汽車轉向，踩加速、制動踏板控制車速。駕駛模擬器同時配備音響設備，實驗時根據車輛行駛狀態發出發動機工作聲音、制動過程輪胎與地面摩擦等聲音，使整個實驗模擬過程顯得更加逼真直觀。

對于汽車理論實驗，根據具體實驗要求可以在駕駛模擬器上選取相應車型或者通過修改參數得到相應車型，設置相應的仿真實驗工況進行實驗，并通過數據采集系統對仿真車輛模型相應實驗數據進行采集。

3 駕駛模擬器在《汽車理論》實驗教學改革中的應用

3.1 改革的基本出發點

基于駕駛模擬器實驗教學平臺，《汽車理論》實驗可以在原來的單一實車實驗基礎上增加駕駛模擬器實驗，使受實驗條件限制的實車實驗如汽車急加速實驗、高速制動實驗、操縱穩定性實驗可通過駕駛模擬器進行實驗。駕駛模擬器汽車理論實驗是對原有的單一實車實驗教學體系的改革，同時利用駕駛模擬器實驗教學平臺可為學生提供一個探索性實驗平臺，提升學生創新實踐能力。

3.2 改革方案

駕駛模擬器在《汽車理論》實驗教學改革中的應用方案可包括以下三個方面。

3.2.1 指導學生熟練掌握仿真軟件和駕駛模擬器的使用

指導學生進行車輛系統動力學軟件CarSim的學習、編程軟件Matlab/Simulink的學習和駕駛模擬器的操作學習。汽車仿真軟件中，CarSim軟件作為車輛系統動力學商業化軟件相對于其他軟件具有使用方便、易于理解、難度適中、仿真速度快的優勢。CarSim軟件能夠與Matlab進行聯合仿真，而Matlab軟件是目前最常用的數據計算和分析處理軟件。要求學生在學習《汽車理論》基本理論基礎之上，能夠應用CarSim軟件確定車型、設計仿真實驗工況進行仿真分析、提取實驗數據，能夠應用Matlab軟件對所提取數據按照處理方法進行編程、繪圖與分析實驗結果。根據實驗具體要求，要求學生能夠很好使用駕駛模實驗臺進行實驗工況設計、駕駛操作和進行實驗數據的提取、分析。通過CarSim仿真實驗、Matlab仿真實驗、CarSim與Matlab聯合仿真實驗使學生深入理解與掌握汽車理論知識，提高學生學習積極性和《汽車理論》課程的教學質量。

3.2.2 增加駕駛模擬器《汽車理論》操縱穩定性實驗學時

目前我校《汽車理論》實驗主要包括電動機動態實車試驗2學時，剎車實車實驗2學時，舒適實車實驗2學時。車輛操縱穩定性實驗和一些極端條件下（如低粘附道路嚴重加速實驗中，低粘附道路高速制動實驗和緊急雙線），由于受到實驗場地、實驗設備和人員限制，不能真實車輛實驗，因此可增加駕駛模擬器汽車操縱穩定性實驗2學時，極限工況實驗2學時。

3.2.3探索性實驗設計

打開一個駕駛模擬器測試臺上，學生們在學習的過程中遇到的一些問題理論或研究汽車性能分析、探索性的控制問題可以通過設計實驗驗證在駕駛模擬器實驗臺進行驗證。探索性實驗包括一般問題的分析實驗、創新實驗兩部分。實驗設計通過學習者為中心的學習方式，激發學生的學習興趣，啟發學生思考和討論，提高實踐創新能力，擴大開放的學習過程。

3.3 初步實踐效果

抽取部分學生在駕駛模擬器實驗教學平臺進行了汽車理論相關實驗，一些學生的畢業設計題目基于駕駛模擬器實驗平臺進行。實踐結果表明，學生對駕駛模擬器實驗積極性高、思維活躍，對原本感到枯燥的汽車理論知識產生了濃厚的學習興趣，并進行了多個探索性實驗研究，其中一名同學的基于駕駛模擬器的汽車性能分析畢業論文還被學術期刊錄用。

4 結論

基于駕駛模擬器的《汽車理論》實驗教學改革，可有效解決目前汽車理論實車實驗少、汽車理論實踐教學缺乏、汽車理論教學過于抽象導致學生學習汽車理論興趣不足等教學問題，能夠很好提高學生學習積極性、提升學生創新實踐能力。駕駛模擬器實驗教學平臺為汽車理論實驗提供了一個良好的教學平臺，在提高汽車理論教學質量方面可發揮重要作用。

【基金項目：遼寧省普通高等學校本科教育教學改革研究項目（UPRP20140726）；遼寧工業大學2014年教改項項目（2014008）】

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