汽車?yán)碚摻虒W(xué)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

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1課程教學(xué)方法探討

汽車理論是一門涉及內(nèi)容較多、理論性很強(qiáng)、綜合多個(gè)學(xué)科的專業(yè)課程，不同于其他汽車專業(yè)課程那么形象直觀，學(xué)生普遍反映難以掌握。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容及其特點(diǎn)，選擇適用的教學(xué)方法是提高教學(xué)效果的關(guān)鍵。對(duì)于基本概念、工作原理、受力分析圖、曲線圖、數(shù)據(jù)表以及一些結(jié)論性的知識(shí)點(diǎn)，可以采用多媒體中的文字、圖表和動(dòng)畫等方法展示，既可達(dá)到直觀明了的效果，又可提高教學(xué)效率。涉及公式推導(dǎo)和受力分析內(nèi)容的，宜采用傳統(tǒng)的黑板板書教學(xué)方式。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的黑板推演過(guò)程更能容易引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行邏輯思維和抽象思維，對(duì)得到的結(jié)論印象也會(huì)更加深刻。對(duì)于比較復(fù)雜、抽象的教學(xué)內(nèi)容，可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)通過(guò)動(dòng)畫視頻，以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取模型進(jìn)行分析等方式輔助教學(xué)，將其形象化以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，避免了讓教師空洞地陳述、學(xué)生想象地去理解的局面，從而提高教學(xué)效果。對(duì)于汽車性能實(shí)驗(yàn)，特別是汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制多數(shù)無(wú)法開(kāi)展。而通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以設(shè)計(jì)與實(shí)施一些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，從而彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不足。汽車?yán)碚撜n程除理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容之外，一般還附帶課后作業(yè)、課外大作業(yè)、課堂演講以及后續(xù)汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，由于課后題目一致、項(xiàng)目任務(wù)單一、可用的計(jì)算工具也比較局限(常用Excel或Matlab)，往往造成大量抄襲，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)與公正的評(píng)價(jià)?？梢钥紤]以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)將多種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)融入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，并激發(fā)學(xué)習(xí)和研究的興趣。在教學(xué)過(guò)程中，需要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教學(xué)方法，使其發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)才能獲得更好的教學(xué)效果。

2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用方法探討

在汽車?yán)碚?a href="http://m.coffee125.com/lunwen/jsjbylw/63635.html" target="_blank">教學(xué)中，合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將對(duì)課程的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、對(duì)后續(xù)課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)，以及對(duì)學(xué)生工程軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)帶來(lái)很大的幫助。下面將從如下幾點(diǎn)探討其應(yīng)用方法：

2.1建立汽車性能仿真分析輔助教學(xué)模型庫(kù)

首先應(yīng)根據(jù)汽車?yán)碚摻滩?，結(jié)合學(xué)生的具體理解情況，合理選擇應(yīng)用點(diǎn)，對(duì)某些重點(diǎn)、難點(diǎn)以及不易講述的地方，考慮能否應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真軟件建立汽車性能仿真分析實(shí)例庫(kù)與模型庫(kù)，在課程教學(xué)中可以隨時(shí)調(diào)用視頻錄像與仿真模型，將汽車的一些結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、參數(shù)調(diào)整、性能分析、曲線變化等復(fù)雜問(wèn)題在課堂中進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真演示。這樣老師就可以方便地進(jìn)行講解，并給學(xué)生提供了直觀、形象的過(guò)程與結(jié)論，學(xué)生理解起來(lái)會(huì)更容易。同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中，向?qū)W生展示計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，還可激發(fā)學(xué)生利用相關(guān)軟件對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用，為后續(xù)課外實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。由于課程所涉及的應(yīng)用點(diǎn)可能較多，所以模型庫(kù)建設(shè)之初，工作量較大，不過(guò)這對(duì)學(xué)校精品課程建設(shè)和直接改善課程教學(xué)效果來(lái)說(shuō)是十分必要且一勞永逸的。

2.2各種仿真軟件在專業(yè)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)不同計(jì)算機(jī)仿真軟件的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，合理應(yīng)用于汽車?yán)碚摻虒W(xué)中，使復(fù)雜問(wèn)題的分析變得直觀、清晰，并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。Matlab軟件是進(jìn)行汽車性能計(jì)算的常用工具，具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和圖形功能，可以方便地完成各種汽車性能的計(jì)算；同時(shí)，利用Matlab的數(shù)值計(jì)算函數(shù)和Simulink模塊，可以對(duì)汽車?yán)碚撝袕?fù)雜的過(guò)程進(jìn)行仿真分析和求解。這些計(jì)算和分析的結(jié)果都可以通過(guò)Matlab提供的可視化手段呈現(xiàn)給學(xué)生，有助于清晰地闡釋抽象的概念。[4]車輛性能仿真軟件CRUISE是一款專門為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)匹配而設(shè)計(jì)的整車性能仿真軟件。模塊化的建模方式將整車分為發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、主減速器等汽車模塊，同時(shí)設(shè)有循環(huán)行駛工況、爬坡性能分析、穩(wěn)態(tài)行駛性能分析等計(jì)算任務(wù)，可方便地進(jìn)行傳統(tǒng)汽車、新能源汽車整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算與動(dòng)力裝置參數(shù)的匹配分析。與Matlab軟件不同的是，該軟件建模方便，不同的模塊參數(shù)和計(jì)算任務(wù)可以詳細(xì)、方便地進(jìn)行設(shè)置，更加接近汽車實(shí)際模型，計(jì)算結(jié)果也更加精確。該軟件在汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真方面具有其他仿真軟件無(wú)法比擬的專業(yè)性和靈活性，在國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。ADAMS是一款在汽車行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的機(jī)械系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，其中ADAMS/CAR模塊為一款整車設(shè)計(jì)軟件包，它能夠快速建造高精度的整車虛擬樣機(jī)模型，通過(guò)高速動(dòng)畫，直觀地再現(xiàn)各種虛擬實(shí)驗(yàn)工況下整車的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，大大減少了對(duì)物理樣機(jī)的依賴。在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中，可通過(guò)ADAMS/CAR在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析，同時(shí)還可進(jìn)行汽車操縱穩(wěn)定性和平順性等相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，解決了由于客觀條件限制不能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。另外，在汽車仿真技術(shù)研究領(lǐng)域還有ADVISOR，CarSim/TruckSim等工程軟件，憑借自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，應(yīng)用也較為廣泛。2.3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐教學(xué)模式中的作用目前多數(shù)汽車?yán)碚摻虒W(xué)進(jìn)行的課后作業(yè)、課外大作業(yè)和汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)，以Matlab軟件應(yīng)用較為廣泛。通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行編程計(jì)算可對(duì)汽車的多項(xiàng)性能進(jìn)行分析，但是應(yīng)用Matlab使學(xué)生過(guò)多偏重于公式計(jì)算與編程，具有一定的局限性。而且，單一的課題任務(wù)往往伴隨大量的抄襲，不利于學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題與公正的評(píng)價(jià)。以多類課題項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)將不同計(jì)算機(jī)仿真軟件應(yīng)用于汽車?yán)碚摳鱾€(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可解決上述問(wèn)題。[5]實(shí)施過(guò)程中，需要構(gòu)建多個(gè)貼合汽車實(shí)際使用性能的課題項(xiàng)目，并以同類型仿真軟件的應(yīng)用進(jìn)行分組學(xué)習(xí)和指導(dǎo)，使學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)及完成過(guò)程中加深對(duì)理論知識(shí)的理解及實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生實(shí)際分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

3.1Matlab軟件應(yīng)用實(shí)例

汽車的動(dòng)力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。其中，在繪制一下曲線圖，如驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖時(shí)，以往的教學(xué)方法基本是課堂講授曲線的作圖方法，給一個(gè)課本已經(jīng)繪制好的某車型的曲線，然后由曲線分析汽車各檔的驅(qū)動(dòng)力的變化?？筛鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩?cái)M合公式、驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式、行駛阻力計(jì)算公式及車速計(jì)算公式，

3.2CRUISE軟件應(yīng)用實(shí)例

利用CRUISE軟件模塊庫(kù)，可快速搭建傳統(tǒng)汽車及新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)設(shè)置計(jì)算任務(wù)，對(duì)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行仿真計(jì)算。同時(shí)，軟件自身也提供了多種汽車模型模板，便于初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)。圖3為軟件自身提供的傳統(tǒng)后輪驅(qū)動(dòng)汽車(FR)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)設(shè)置計(jì)算任務(wù)，可得到豐富的有關(guān)汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的文本和圖表結(jié)果分析文件。為設(shè)置UDC循環(huán)工況后，計(jì)算得到的發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布示意圖，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與整車動(dòng)力裝置參數(shù)進(jìn)行匹配分析提供依據(jù)。

3.3ADAMS軟件應(yīng)用實(shí)例

在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中，可通過(guò)ADAMS/CAR在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)汽車操縱穩(wěn)定性和平順性等相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，解決實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件限制帶來(lái)的問(wèn)題。在ADAMS/CAR中用戶可以通過(guò)模板自行創(chuàng)建模型，也可調(diào)用共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的系統(tǒng)或整車模型進(jìn)行仿真分析。以汽車操縱穩(wěn)定性中的單移線實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)某車整車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了虛擬仿真?？筛鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件，通過(guò)仿真計(jì)算，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果以動(dòng)畫、曲線圖等方式展現(xiàn)。ADAMS/CAR所提供的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可使學(xué)生方便地進(jìn)行各種有關(guān)操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、平順性虛擬實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不足。

4結(jié)束語(yǔ)

將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到汽車?yán)碚摻虒W(xué)，可以使教學(xué)質(zhì)量得到明顯提高。形象、生動(dòng)的仿真模型分析與演示，既便于老師的講述，又使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有了深刻的理解，克服了客觀實(shí)際條件對(duì)理論教學(xué)的制約，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)相關(guān)軟件學(xué)習(xí)的興趣與應(yīng)用能力。當(dāng)然充分利用多種計(jì)算機(jī)仿真工程軟件的優(yōu)勢(shì)來(lái)輔助教學(xué)，還需要大量的準(zhǔn)備工作，但考慮到對(duì)教學(xué)效果的提高改善與學(xué)生理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，這將是十分必要。

作者：周紅妮 王保華 馮櫻 單位：湖北汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院