整車實驗教學平臺創新改造研究

（長沙職業技術學院，湖南 長沙 410004）

一、現有實驗教學設備的不足與存在的問題

一個眾所周知的原因，近些年來，國內汽車制造及相關領域在努力追趕國際先進技術，導致一些國際先進技術不斷被應用到相關領域。汽車技術就是這樣一個技術快速更新迭代的領域，10年以前購置的作為教學平臺的車輛雖然現在還保持著極高的外觀和功能的完整性，但實際上已經不能滿足教學需求。

同時，各高校汽車類專業整車教學平臺都是直接從市場采購整車作為實驗教學設備，而這些整車本身是以實際道路行駛為基本需求,并不具備專業教學的實驗功能，特別是各個系統以及整車運行的工況展示和工況數據顯示是完全不具備的。

由此可見，現有整車實驗教學平臺要高質量完成專業課程教學還存在一些需要解決的問題，這些問題主要表現在以下幾個方面：

（一）不具備高質量完成專業課程教學的實驗功能

如在進行自動變速器換檔原理教學時，需要通過展示不同車速和不同負載工況下的實時數據來提高學生對換檔原理的認識和理解。在進行電控轉向系統轉向盤扭矩值變化教學時，需要通過不同車速工況下的對應值來充分展示扭矩值的變化規律來提高學生對電控轉向系統的認知和理解。

（二）原有平臺設備電控化水平較低

如制動系統的電控，以前主要使用車輪的防抱死（ABS）來解決安全需求，但現今已經全面實現了制動力分配（EBD）、剎車輔助（EBA）、牽引力控制（ASR）、車身穩定控制（ESP）等。早期的電控助力助力轉向系統不同車速下的轉向盤扭矩控制功能，而近些年車輛裝備的電控助力轉向系統已全面具備該功能。

（三）先進工藝的制成品覆蓋率較低

如傳動系統的AT變速器、DSG（DCT）變速器、CVT變速器；動力系統的渦輪增壓缸內直噴；轉向系統的電控等在近10年前的整車上裝備率不到30%，屬于非主流裝備。而近兩年來，上述技術裝備達到或超過70%。

（四）車載網絡在平臺的覆蓋水平較低

上個世紀九十年代初，發達國家在汽車整車上開始配置安裝車載網絡系統，由于技術差距的原因，國內的合資和自主品牌在本世紀初才開始在中高檔整車配置安裝車載網絡系統，至2010年代初才逐步普及，而各大院校的在用教學整車實際上都購置于10多年前，基本不具備完善的車載網絡系統。

二、對老舊平臺進行創新改造的現實需要

（一）探索一條解決教學設備創新改造的技術路線，解決日益增長的專業教學需求

隨著汽車工業的快速推進以及汽車技術的快速發展，為滿足專業教學的需要，目前各級各類高校和職業院校在汽車類專業教學設備實施方面的投入與日俱增，一些學校在這方面的投入甚至超過了學校的運行經費。這筆經費投入完成建設后幾年時間，在行業發展的大背景下，這些專業教學設備又再一次面臨過時淘汰的境遇。如果直接淘汰報廢則造成資源的極大浪費。平臺的改造可以按照當前以及未來幾年專業課程教學的需要對現有設備進行整車技術升級以及基于專業課程教學的控制系統檢測端口、控制信號模擬、工況模擬創新改造，探索出一條老舊教學設備創新改造的技術路線。從而為各類院校的汽車類相關專業教學設備改造提供借鑒和參照。

（二）解決需求巨大的設備投入需求

汽車整車這樣的大型教學設備的投入帶來的經費的投入，一臺整車少則幾萬，多則幾十萬。如果按照市場的更新速度去更新設備的話，實驗教學設備的投入將占到整個教學經費的很大比重。如果能夠通過系統分層次、分批次改造來達到技術升級的話，將為各學校節約大量的經費投入。按照本項目對比亞迪F3轎車創新改造的初步測算，目前1臺全面覆蓋主流技術的整車的價格在15-20萬元之間，對變速器、轉向系統、制動系統改造的成本在9-10萬元之間，如果將動力系統同步進行改造，其成本也不會超過11萬元。其經濟效益是顯而易見的，對于縮減經費投入是明顯的。

（三）通過技術創新和改造這種手段來不斷提高專任教師的工程實踐能力，培養一批具有高專業素養的工程科學人才。

現代汽車的系統改造工程接近于汽車主機廠的子系統研發內容，其理論研究和工程試驗的專業知識和工程實踐能力要求高，對于專業技術人員具有一定的挑戰性。通過創新改造和技術升級可以使參與實施的年輕技術人員得到鍛煉，使他們的工程實踐能力得到極大的提高，對于他們在專業領域的持續成長起到極大的促進作用。

（四）探索未來（5-10年后）將現有教學平臺進行二次創新改造滿足智能駕駛汽車的教學需求的可行性。

當前的汽車技術發展處于一個發展方向相對明朗的時期，雖然高度智能化、能源多樣化是汽車的一個總的發展方向，但目前仍然處于一個探索期。按照現在的發展趨勢預估，5-10年后該領域將會基本成熟。作為緊跟行業發展的專業課程教學，必須在該領域基本成熟的時候全面鋪開相關內容的教學，從而導致對該類型教學設備的需求劇增。通過本項目的實施，可以為未來對整車教學平臺和系統教學平臺（教學臺架）進行二次升級積累經驗、厘清技術路線。

（五）以此為契機推進專業建設和課程建設

包括汽車類專業課程的工科類專業課程的教學對儀器設備的依賴性是很大的，對于某一門課程來說，如沒有合適的設備來支撐，其教學效果、教學質量將大打折扣，也就談不上將該課程和所屬專業建成精品課程和專業，更談不上推動人才培養質量的穩步提高。

三、整車實驗教學平臺創新改造的技術路線

（一）基于專業課程實驗教學平臺設備的功能創新

各本專科院校汽車類整車實驗教學設備一般采用現成整車臨時接入其他類型檢測和試驗設備組合成完整實驗體來完成實驗教學任務。且該實驗體無專門的實驗設備而導致許多實驗無法在教學平臺上完成，最為典型的就是無法進行工況實驗。

通過研發特定裝置與原有整車教學平臺整合，使其實現以下平臺的動態工況模擬實驗以及實驗數據實時顯示功能：

1.自動變速器（傳動系統）的運行工況模擬及數據實時顯示

動態模擬AT、CVT、DSG（DCT）等類型自動變速器在不同行駛需求下的所有檔位執行工況，并實時顯示讀取對應工況的車速、負荷信號、執行元件占空比、液壓值等數據。

2.制動系統的運行工況模擬及實時數據顯示

動態模擬制動系統在不同車速下的常規制動、緊急制動、停車、側滑等工況，并能顯示讀取實時工況下的對應數據。

3.轉向系統的運行工況模擬及實時數據顯示

動態模擬電控轉向系統在不同行駛狀態下的轉向盤扭矩值變化，并能顯示讀取對應工況下的扭矩值。

（二）基于平臺功能創新的平臺結構創新

對應于功能的平臺將在平臺整體結構上滿足整車靜態、系統動態的多工況模擬的要求才能實現實驗室教學的要求。平臺集成三個子系統的模擬工況裝置（車載網絡共享車速、負荷等工況數據）。

新的整車實驗教學平臺應研發配備具有整車水平托舉（離地20-30cm、模擬0-90km/h車速或輪速0-1200r/min）、對四輪施加不同（模擬側滑）或相同（模擬緊急制動、減速停車）限制車輪滾動的行駛阻力的裝置來實現平臺動態車速0-90km/h（輪速）的運行工況模擬要求；該裝置的車速模擬功能同時用來進行轉向盤扭力變化實驗的基準參數。

（三）基于專業課程教學的技術性能及設計理念

由于用于教學的整車平臺創新改造只是用于專業教學，對其改造后的技術性能并不要求完全達到路面實際行駛的工況性能，如制動系統的響應速度、制動距離，電控轉向系統的扭矩值，自動變速器的液壓值、失速值、時滯值，發動機的加速性能等僅要求達到近似值（不低于85%）。創新改造后的各系統僅要求滿足其基本性能、控制信號有效輸入和輸出、端口設備的正常接入。在滿足安全性、可靠性、環保要求的的前提下能進行實驗室子系統靜動態運行和系統集成的靜態運行即可。

結語

新的教學平臺的設計思路和制作工藝流程依照CKD方式進行，該方式最大的優點就是簡化設計流程，省略了大量的試驗工作，極大的降低了研發和制造成本，目前已成為全球所有制造廠采用的研發和生產方式。老舊教學平臺的創新改造完全可以按照這個方式從市場上選擇成熟的子系統進行數據匹配和調校以達到豐富實驗教學內容、提升專業課程教學質量的目的。