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摘要：結合目前的發展熱門及汽車理論課程的內容與特點，探討將計算機仿真技術應用于教學實踐中，以增強教學效果以及學生能力的培養。以AVLCruise為例講解了如何將計算機仿真技術引入實踐教學，為汽車理論課程教學內容和方法改革提供了方向與范例。
關鍵詞：汽車理論課程；計算機仿真技術；AVLCruise；教學實踐改革
汽車理論課程是汽車類專業的專業必修課程與核心課程，主要講述汽車的主要性能—動力性、燃油經濟性、制動性、操作穩定性、行駛平順性以及通過性等，并在滿足這些整車性能要求的基礎上提出選擇汽車設計參數的一些原則[1]。本門課程屬于專業基礎課程，可為其他專業課程的學習打下基礎，使學生對于汽車產品有更加深入地了解，掌握將實際問題抽象為理論模型加以解決的方法，了解汽車性能的測試過程及方法。汽車工業的快速發展提高了企業對于行業人才素質的要求，作為專業基石的汽車理論變得尤為重要[2]。汽車理論涉及知識面很廣，且其包含的內容較為抽象，具有一定的綜合性與復雜性。這為汽車理論的授課增加了一定的難度，板書教學已無法滿足授課的需要，受教學條件限制，教師也難以將全部汽車零件在課堂上為學生演示，導致學生的學習如同“紙上談兵”，實際操作能力較差。近年來，計算機技術的迅速發展，帶動各種仿真軟件的發展逐漸成熟且廣泛應用于汽車設計開發的各個階段。對于汽車的六大性能而言，AVLCruise等工程軟件的應用較為廣泛。合理地在教學中使用這些工程軟件，更加形象地為學生講授此門課程，使課程的重難點更易于接受，調動學生學習的積極性、提高授課效果為本次研究的重點。
1課程教學實踐探討
不同于汽車構造等專業課程的直觀化、基礎化、相對獨立化，汽車理論課程是基于學生對于汽車的基本構造及其基本設計思想有了一定了解，融會貫通各種相關知識后對汽車整體性能的研究。要學好汽車理論課程，必須熟練地掌握汽車構造等課程，將各門專業課串聯完成知識體系的構建，實現架構式學習，才能更加深入地理解汽車的六大性能[3-4]。對于本門課程中的概念、工作原理以及數據表等知識的學習，可以采用圖表、動畫等方式調節課堂氣氛，調動學生學習積極性；對于理論公式推導類知識的學習，則更適用于板書方式，使學生建立嚴謹的思維方式。為活躍課堂氣氛可采取學生自行推導、教師輔助提醒的方式。但對于較為復雜的結論性知識以及相對較為復雜的實驗，以往的教學方式就略顯不足，此時可采取計算機仿真教學，利用計算機的仿真曲線或視頻，將知識更加直觀地展示給學生，使其更易理解其中的重難點。同時，課后作業類型較為單一，難以達到鞏固課上知識的預期效果。對于不同類型的知識應選取更加適合的教學方式，才能使教學發揮更好的效果[3-4]。
2計算機仿真技術在汽車理論教學中的應用
計算機仿真技術是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真系統的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。對于汽車理論來說，即在軟件中建立一個汽車模型，模擬不同實際工況下汽車的各種性能。既調動了學生的學習積極性，又可以使其按照自身的學習情況合理安排學習內容[5-6]。Cruise軟件可以用于車輛的動力性、燃油經濟性以及排放性能的仿真。靈活的模塊化設計理念可以對任何結構式的汽車傳動系統進行仿真建模，復雜完善的求解器可以確保計算的速度。Cruise軟件的典型應用是對車輛傳動系統和發動機的開發，它可以計算并優化車輛的燃油經濟性、排放性、動力性(原地起步加速能力、超車加速能力)等。它提供了圖形化的交互環境，只需要使用拖放的方法從模型中拖出相應的元件，就能迅速建立系統的結構框圖，添加相應的控制模塊，并正確連接數據總線，便可很快得到系統模型。Cruise軟件智能化的駕駛模型，能夠模擬駕駛員的真實反應，對于學生理解汽車正常工作情況有很大的幫助。本文以某款純電動汽車建立整車模型，進行仿真分析教學。圖1即為學生在Cruise中建立的整車仿真模型。以動力性和燃油經濟性為例介紹如何將AVLCruise仿真技術引入教學實踐中。為學生明確計算任務：動力性：0～80km/h加速時間、最高行駛車速、最大爬坡度；經濟性：百公里耗電量、續航里程。
2.1動力性。在正常的課堂教學中，按照課本給出的某種車型的數據分析其驅動力與阻力，得到驅動力-行駛阻力平衡圖，利用公式推導繪制汽車行駛加速度曲線以及汽車的爬坡度圖，根據曲線圖及數據計算動力性的評價指標。在這套學習流程中，學生對于汽車的動力性僅僅停留在數學公式的推導驗證課本結論，而對于實車的速度阻力變化沒有十分敏感的認知，只是被動地接受了3個動力性評價指標的計算方法，并沒有嘗試探究性學習。此種教學方法為后面的學習留下了隱患，前后知識無法融會貫通，導致后面的知識學生愈發難以理解。在AVLCruise軟件中錄入某一車型的基本參數后仿真汽車加速過程，產生一系列數據及曲線圖，學生可以跟隨軟件參數設置及仿真過程清楚地了解到汽車加速過程中以及不同車速情況下汽車動力性三大指標的變化規律，更有利于其了解汽車動力性的內涵。同時在得到一組數據后，也可以指導學生有目的性地修改一部分汽車基本參數重新進行仿真實驗，并將兩組數據進行對比。通過多次的仿真分析可使學生更加直觀地了解汽車不同的性能參數對于汽車動力性的影響。此種方法不僅直觀、易于理解，而且增強了課堂的趣味性，提高了學生的注意力。為學生布置計算作業時，提倡學生自己在網上尋找計算所需的車型參數作為計算輸入參數，具體計算內容和結果參考如下：最高車速和0～80km/h加速時間仿真：通過仿真模擬可輸出計算結果，車輛由靜止開始加速至80km/h時間需要7.68s，且可以看出汽車理論最高時速為130km/h。最大爬坡度仿真：通過爬坡性能曲線仿真結果看出，在10km/h的車速下，對應車輛的爬坡度約為32.45%，較設計的大于20%的爬坡能力而言，尚有較多余量。將AVLCruise仿真軟件應用于動力性課堂教學中，可使汽車動力性的評價指標更加直觀、易于理解，提高學生的學習興趣，從而提高課堂效率。
2.2燃油經濟性。對于燃油經濟，人們通常用汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量衡量汽車行駛的里程。在實際的行駛工況下，汽車會頻繁出現加速、減速、怠速停車等行駛工況，學生則較難理解和計算。此時可利用AVLCruise仿真軟件模擬計算汽車的燃油消耗量，學生可以實時觀察到不同工況下汽車燃油消耗率及其變化情況；還可根據調整計算輸入參數，探索思考提高燃油經濟性的措施[1]。具體計算內容和結果可參考如下：已知電池總電量是63kWh，放電的深度是95%，通過分析得出，在NEDC工況下，純電動汽車可以連續行駛41195.2s或行駛380.058km，其百公里耗電量為14.03kWh。相較于前期設計指標的300km續航里程而言，尚有余量可用于空調等用電設備的消耗，滿足經濟性要求。
3結論
汽車理論課程的計算具有復雜性和綜合性，導致原有的教學方式已無法將課堂效果達到最佳，將計算機仿真技術加入課堂中，使得汽車理論課程教學更加直觀生動，既調動了課堂氛圍、激發了學生積極性，又提升了學生的理論知識與實踐應用能力。
作者:劉曉昂 劉茜 張小俊 單位:河北工業大學機械工程學院
