農業機械虛擬駕駛仿真系統在《拖拉機汽車駕駛實習》實踐課程中的應用

崔玉鑫 孫裕晶 姜珊 王超飛

摘要：《拖拉機汽車駕駛實習》實踐課程是農業機械化及其自動化專業的必修實踐環節，為了高效的完成教學任務，使學生掌握更多的技能，總結現有實踐教學環節的問題，發現問題，改進教學方法，引入農業機械虛擬駕駛仿真系統參與到《拖拉機汽車駕駛實習》實踐課程中。

關鍵詞：拖拉機；駕駛實習；教學改革；農業機械；虛擬駕駛；仿真系統

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）39-0177-02

一、引言

《拖拉機汽車駕駛實習》實踐課程是農業機械化及其自動化專業的必修實踐環節，全國本科院校中有46所開設了這個專業[1]。在全國高校中，只有清華大學和吉林大學具有高級駕駛仿真系統，但是不對本科生開放，是面向科研的汽車動態模擬研究，目前在教學和科研領域還沒有農業機械虛擬駕駛仿真系統應用。

二、教學目的與任務

拖拉機汽車駕駛實習的目的是使學生在指導教師的指導下，能夠獨立進行農業機械駕駛，初步了解農機具的行駛特性，掌握農業作業機具的操作技能，便于在將來進行農機設計時，能充分考慮農機具的駕駛及行駛特性，提高設計的實用性和適應能力。本實踐旨在提高學生對專業基礎課和專業教育課課程內容的認識，同時提高學生的綜合素質。

三、教學目的與任務教學的基本內容和要求

1.通過駕駛實習，使學生了解農機的基本行駛性能，學習拖拉機、聯合收割機的相關駕駛知識，了解拖拉機、聯合收割機在進行不同作業時以及不同工作條件下的駕駛要求及安全維護知識，如行駛速度、割臺高度、脫粒滾筒速度等。訓練學生進行拖拉機、聯合收割機的駕駛操作，使學生掌握拖拉機和聯合收割機的基本駕駛技術，包括啟動、換檔、直行、倒行、轉彎、停車、掛接及安全維護知識等；掌握拖拉機和聯合收割機進行生產作業的基本操作技術，包括拖拉機懸掛裝置的升降，聯合收割機割臺高度、脫粒滾筒速度等工作參數的控制，最后達到能夠獨立駕駛拖拉機、聯合收割機等農機的目的。

2.要求學生了解農機基本儀表作用，掌握農機駕駛的基本技術及工作裝置的操作及控制技術，同時注意培養學生在駕駛過程中的觀察和分析能力，引導學生運用理論指導操作，解決操作中的問題。

3.拖拉機、汽車的場地駕駛訓練。模擬駕駛員場地考試，在規定場地內駕駛拖拉機，汽車完成出庫、入庫、移庫等項目。訓練中應按規定路線、順序行駛；不碰擦樁桿；車身不出線，停放正直。在實習過程中，嚴格遵守汽車駕駛規程，嚴格服從指導教師的安排，不準擅自駕駛車輛。

四、教學方法與措施

為了滿足教學要求，各高校采用了多種形式的教學方法與措施，主要有以下幾種。

1.言傳身教：絕大多數高校采用了言傳身教這種教學模式，它要求教師有豐富的理論知識和駕駛經驗。

2.多媒體：利用多媒體視頻資源輔助教學，屬于理論教學部分。

3.實車駕駛：讓學生駕駛拖拉機，完成出庫、入庫、直線駕駛、轉彎駕駛和掛接等操作。

4.仿真模型：利用網絡上低端的汽車仿真模型來模擬駕駛，這種方式僅僅是情景模擬汽車駕駛操作，由于沒有動態運動平臺配合與實際情況相去甚遠。

五、現有《拖拉機汽車駕駛實習》實踐環節存在的問題

毫無疑問，在拖拉機汽車駕駛實習實踐環節中，實車駕駛是最理想的方式，最能夠滿足教學要求，達到教學的目的，但不是每所學校均能達到這一要求的，因為實車駕駛實踐環節存在以下問題。

1.硬件要求高。要滿足教學要求，學校要配備專用車，而且最好是教練車。教練車越多，分組越多，每組學生人數越少，學生實踐機會越多，效果越好。

2.環境要求高。要有專門的駕駛實習場地，學校有這樣的條件當然是最好的了。在社會上很難找到理想的實習駕駛環境，租用費用也高的離譜。

3.危險性高。大多數學生在進行駕駛實踐之前從未接觸過農業機械，對其性能和操作技巧并不了解，而且很多學生的動手能力相對薄弱，尤其是女同學，對這樣的學員進行駕駛培訓，目前的培訓設備并不專業，不具備像汽車駕校使用的專門的培訓用拖拉機，在實習過程中學生將拖拉機開到了20多厘米高的路邊花壇上的情況時有發生，由于過分緊張，腳還一直踩在油門上，發生這樣的情況對于駕駛者本人以及周圍的人與物都是非常危險的事情。同時，實習指導教師也未受過專業的訓練，讓學生直接接觸實物拖拉機進行駕駛危險性高，在駕駛過程中萬一出現問題，教師未能及時處理，將會產生不可估量的損失。

4.成本高。拖拉機的正常運行、維修，教練員的精力投入均需經費的投入。

5.重污染。農業機械由于其作業環境的惡劣，在設計時主要考慮其輸出馬力和成本，這些決定了其屬于一種高消耗、高污染的機械，在每次的駕駛實習過程中消耗的燃油量大，同時尾氣排放量大，拖拉機運行過程中噪聲大，給周圍建筑物內的教學和日常工作帶來了很大的困擾。加之該實習時間在每年的8月底，室外的風吹日曬對于實習指導教師本身也是巨大的考驗。

我們專業是配備3臺拖拉機進行駕駛實習，每臺拖拉機配備兩名指導教師進行實習，聯合收割機等機械只能在倉庫靜態觀摩學習，沒有專門的實習場地，只能在學校內找部分空地進行，但是來往行人不斷，存在很大的安全隱患，在編制新教學大綱的過程中，教務對于《拖拉機汽車駕駛實習》這一傳統的實踐環節的學時又進行了減半。

六、《拖拉機汽車駕駛實習》實踐教學方法改革

在國外，駕駛模擬器最早出現在航空駕駛訓練中，隨著仿真技術的成熟，逐漸應用到汽車訓練中。目前發達國家已普遍運用汽車駕駛模擬器作為培訓工具。日本政府在1970年以正式法律規定，汽車駕駛培訓學校必須裝備汽車駕駛模擬器；美國在20世紀70年代中期就有500多所汽車駕駛學校裝備了汽車駕駛模擬訓練器；大多數歐洲國家也相繼制定了使用汽車駕駛訓練模擬器的法規。在我國駕駛模擬器也迅猛發展起來，在航空訓練等特種領域都已廣泛應用。[2]

筆者開發了一套農業機械虛擬駕駛仿真實驗臺，用于農業機械化及其自動化專業的教學與科研活動。農業機械虛擬駕駛仿真實驗臺主要由駕駛模擬艙、運動平臺控制系統、計算機實時模擬與控制系統、視景模擬系統、數據采集與觸感模擬系統、聲響系統和中央控制臺六大系統組成。駕駛模擬艙用于構建虛擬駕駛環境，由顯示器呈現視景，利用模擬操縱機構（方向盤、操縱桿等）實現人機互動，具有真實的人—機操作界面、重復可控的試驗工況、可任意嵌入實物試驗、高速的仿真運算能力、無風險的極限工況試驗等功能，從而使學生在實驗臺上操作時具有與實物操作一樣的駕駛體驗。運動平臺用于模擬實物農機在作業時的駕駛艙的運動情況。[3]

農業機械虛擬駕駛仿真實驗臺讓學生在機時少的條件下進行虛擬駕駛訓練，通過農業機械虛擬駕駛仿真實驗臺與真機虛實相結合來完成該實踐課程。通過農業機械虛擬駕駛仿真實驗臺，不僅讓學生練習了手腳的靈活性，還能讓學生體驗到更多的農業機械（播種機、聯合收割機等）在不同的作業環境（播種、施肥、噴藥、收獲等）下的操作流程（割臺起降、設備掛接等）的體驗，而非現有實踐過程中簡單的駕駛前進訓練。用此實驗臺進行實習，不需要燃油，也不占用大面積場地，同時能進行多種農業機械在復雜工作環境的作業訓練；減少必要的實物駕駛時間和避免事故的發生，同時節約成本、減少消耗和污染。該實驗臺除了可以進行駕駛實習，還可用于新農機的產品展示及其研發過程中的性能測試，可推廣到農機的培訓機構，具有較好的應用前景。

參考文獻：

[1]http：//gaokao.chsi.com.cn/zyk/zybk/schools.action？specialityId=73384840&ssdm

[2]王晶，劉小明，李德慧.駕駛模擬器現狀及應用研究[J].交通標準化，2008，（11）：160-163.

[3]劉東波，繆小冬，王長君，李舜酩，高巖.汽車駕駛模擬器及其關鍵技術研究現狀[J].公路與汽運，2010，（5）：53-59.