RC模型在職業學校汽車類專業中的應用

焦傳浩

[摘? ? ? ? ? ?要]? 汽車前沿技術的相關內容在職業教育系統中的占比不大，但中等職業學校或技工院校的教學設備若想涵蓋新能源汽車、線控汽車、無人駕駛汽車及物聯網汽車這一部分認知層面的知識，卻需要做出很大投資。調研汽車專業前沿技術教具的缺失程度，同時論證無線電控制模型（簡稱RC模型）作為汽車前沿技術補充教具的可行性，從而提出一套增強職業學校學生對汽車前沿技術認知的低成本解決方案。

[關? ? 鍵? ?詞]? 職業教育;前沿技術;教學設備;RC模型

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0602（2020）40-0119-03

汽車前沿技術的示教設備一直是職業教育的盲區，近年來有關電動汽車的教學設備雖穩步增長，但有關汽車線控技術、無人駕駛汽車、智能網聯汽車的具象化示教設備仍是空白。其原因在于汽車前沿技術的知識比例小、設備成本大，因此本文提出一種應用RC模型作為教學補充的方案，并對其可行性做出初步論證。

一、RC模型

RC是radio control的首字母簡寫，直譯為“無線電控制”，RC模型有獨立動力總成，人—機轉化系統，漸進的油門剎車，獨立懸掛、齒輪齒條配合步進電機的轉向系統、齒輪，皮帶或軸傳動機構，包含球頭球籠和萬向節的前后羊角，總體來說，是一個微縮的完整車輛，其采用線控控制技術，可拓展L1級無人駕駛，可搭載物聯網模塊，可改裝性極強。

二、汽車類專業前沿領域教學設備的短板

（一）職業學校汽車前沿技術知識比重

中等職業學校和技工院校系統中，勞動部教材以總章節中20%的比例對汽車新技術做了認知要求，即汽車類專業畢業生知識結構的理想狀態應符合圖1（其中前沿領域包括電動汽車、線控汽車、無人駕駛、車聯網四大類），而與之對應的教學設備應成關聯比例。

（二）職業學校汽車前沿技術教具比重

通過走訪天津市勞動保障技師學院、天津市機電工藝學院、天津市東麗職教中心學校、天津市南洋工業學校、滄州市職業技術教育中心、唐山市開平區綜合職業技術學校這六所位于雄安新區內的中等職業學校和技工學校，發現其教學設備的數量構成如下。

要特別說明的是，圖2中12%的前沿領域全部來自于新能源汽車，有關線控汽車、無人駕駛汽車、網聯汽車的教學設備是零。

（三）RC模型用于解決上述問題的潛力

1.從體積上，RC模型多采用整車的1∶10比例構架，無須專門的實訓室，對裝配和操作空間沒有嚴格要求，若合理分組，完全可以在常規教室中使用。

2.從安全性上，RC模型的動力電池組電壓在14.8v（4S）以下，輔助電池組在7.4v（2S）—11.1v（3S）之間，均處于安全電壓范圍。

3.從經濟性上，圖示入門級RC模型的部分電器設備價格如下表。

從中我們可以看出，RC模型與整車電器相比，投入甚微。

當然，以上只是將RC模型補充到教學設備體系中的先決條件，下面章節中我們將對RC模型所能涵蓋的教學內容開展討論。

三、以純電動汽車為例對比RC模型和整車認知效果

將RC模型應用作為教學設備的補充，需要論證RC模型從結構、原理和功能層面與真實車輛的相近性。

（一）RC模型從結構上高度貼近新能源汽車

本小節我們以電動RC模型的結構展開說明。

圖3是電動RC模型的動力元器件連接圖，圖4是純電動汽車的動力元器件連接圖。從圖上我們可以看出，兩者構件上的相似程度達到77%左右，主要區別在于驅動電機的工作形式帶來的差異，交流電機需配合逆變器使用，而直流電機在RC模型上則可以直接使用，電動汽車上的DC—DC模塊實際上連同BMS一起整合到了RC模型的外掛充電機中。所以，除逆變器外，我們可以看出RC模型幾乎具有電動汽車的一切關鍵零部件。

（二）RC模型可執行并實現與電動汽車相同的動作和功能

1.整車控制器

RC模型的整車控制器，與電動汽車整車控制器一樣采用數字信號，從圖5可以看出，RC模型不僅可以調整油門，其剎車踏板的線性特性還可以實現編程混空，甚至可以精細設定車輛的ABS功能。

2.外掛充電機+BMS模塊

RC模型的外置充電機+BMS模塊可以執行包括常規鋰電池、聚合物鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鎳氫電池等多種電池組在內的電池均衡、電池阻抗測試、充電、快速充電、放電任務，涵蓋電動汽車車載充電機和BMS模塊的90%以上功能。

3.電機和電機控制

RC模型區別于電動汽車，使用有刷（或無刷）直流電機，但其控制器的基本控制邏輯相同。整車控制器發送的數字占空比信號，在電機控制器中轉化為PWM波輸入電機（圖6），從而實現對電機的線性控制。

四、基于RC模型的線控汽車、無人駕駛汽車、物聯網汽車拓展

（一）線控汽車

電動RC模型的整車控制器，接收的駕駛員操作信號是無線電信號，向電機控制器、轉向舵機、換擋舵機等執行機構發送的執行信號是數字信號，屬于典型的線控系統。應用在教學中，學生可以直觀觀察線控系統的構成和動作，還可以通過整車控制器監控屏幕掌握指令參數，增強對線控技術的認知。

（二）無人駕駛汽車

基于線控駕駛的RC模型，操作層面上無須機械輸入，以此為基礎，可輕松添加無線圖傳、短波雷達等裝備，實現可視距離之外的駕駛操作。L1級別的無人駕駛在RC模型上非常容易實現。在無線圖傳系統的輔助下，車輛的“視覺”“聽覺”及“語音”系統可以實時傳輸到無線電發射端（發射端對應需要具備顯示器，麥克風和揚聲器），這樣就可允許RC車輛駛出可視范圍之外，而整個過程可由學生自主裝配。

（三）智能網聯汽車

4G通訊網絡的介入可以使RC模型進入車聯網領域。單一裝備物聯網模塊的RC模型可以向云端上傳信息或接收指令，兩臺裝備物聯網模塊的RC模型則可實現V2V通信，若具備物聯網功能的公共基礎設施模塊參與，RC模型也可實現V2X通訊。學生可以通過云端實時查看車輛信息和其他車聯網功能，包括車輛位置、行駛軌跡、和電子圍欄功能。

五、結論

RC模型作為職業學校汽車前沿技術的補充教具，具有占用空間小、使用安全、成本低、功能完善的優勢，同時需要指出，RC模型也是目前能同時滿足“線控+無人駕駛+車聯網”的最小單元，考慮到職業學校這三個門類的示教設備幾乎為零，我們有理由相信將應用RC模型作為職業院校汽車前沿技術相關方面的補充能夠在不改變現有實訓場地條件的前提下，快速填補空白，最終完善教學設備的組成結構。

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編輯 趙瑞峰