LabVIEW在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中的應(yīng)用

范例 田曉雪 王開松

摘 要 汽車?yán)碚撟鳛槠噷I(yè)核心課程，概念抽象且計(jì)算公式繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)中容易遇到障礙，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。通過采用基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)輔助程序能夠解決這一問題。在教學(xué)過程中，以貨車的制動(dòng)性能為例，計(jì)算其制動(dòng)效率，并且分析了雙制動(dòng)管路的布置形式不同對(duì)車輛制動(dòng)效率和制動(dòng)力的影響。實(shí)踐證明，課堂教學(xué)輔助程序可以使抽象的概念形象化，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 汽車?yán)碚?輔助教學(xué) LabVIEW 教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.04.062

LabVIEW Applied to Automobile Theory Teaching

FAN Li[1][2]， TIAN Xiaoxue[1]， WANG Kaisong[1]

（[1]School of Mechanical Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huai'nan， Anhui 232001;

[2]School of Mechanical Engineering， Northeastern University， Shenyang， Liaoning 110004）

Abstract As the core curriculum ，concepts in automobile theory are abstract，and plenty of calculation formulas likely to encounter obstacles in students' learning，which affect students' learning enthusiasm. This problem will be solved by the teaching assistant program designed by the LabVIEW software. Taking braking performance of the truck for example， we can calculate the braking efficiency， and analyze the influence of braking efficiency and braking force affected by the difference of the layout form of dual-line braking system. It is proved that， teaching assistant program in class can make the abstract concept visualization， improve the teaching effect.

Key words automobile theory; assisted instruction; LabVIEW; teaching efficiency

0 引言

汽車?yán)碚撟鳛檐囕v專業(yè)的專業(yè)核心課程，內(nèi)容涵蓋汽車動(dòng)力學(xué)理論分析計(jì)算、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、性能參數(shù)評(píng)價(jià)等方面的內(nèi)容，為今后汽車設(shè)計(jì)和汽車運(yùn)用奠定理論基礎(chǔ)。課程教材中包含了大量的指標(biāo)參數(shù)、數(shù)學(xué)模型、分析表格和曲線圖。教學(xué)要求學(xué)生掌握車輛各性能指標(biāo)參數(shù)，學(xué)會(huì)建立力學(xué)模型，計(jì)算并繪制曲線。在實(shí)際教學(xué)中，課時(shí)分配較少，教學(xué)內(nèi)容多，計(jì)算和繪制曲線過程繁瑣，導(dǎo)致很多推導(dǎo)和計(jì)算環(huán)節(jié)無法展開，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)只能死記硬背，簡單地代入?yún)?shù)計(jì)算，為今后的工作和深入學(xué)習(xí)埋下隱患。因此為了解決教學(xué)中的實(shí)際問題，設(shè)計(jì)出輔助教學(xué)軟件，以達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

1 制動(dòng)性能輔助教學(xué)軟件設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)流程圖 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2 系統(tǒng)登錄窗口

制動(dòng)性能輔助教學(xué)軟件以汽車?yán)碚摻滩睦锏臄?shù)學(xué)模型和實(shí)例為基礎(chǔ)，對(duì)不同車型的車輛的制動(dòng)性能進(jìn)行仿真計(jì)算，生成特征曲線。在運(yùn)行過程中，既能直觀地觀察到曲線的變化趨勢，還能觀察到各參數(shù)參與計(jì)算的過程，也就是數(shù)據(jù)的流動(dòng)過程。因此學(xué)生對(duì)相關(guān)參數(shù)有了直觀認(rèn)識(shí)，掌握制動(dòng)性能的動(dòng)力學(xué)模型的意義和特性曲線生成機(jī)理。同時(shí)也減輕了教師的工作負(fù)擔(dān)，避免要在黑板上畫一些不標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜的曲線圖。

制動(dòng)性能輔助教學(xué)軟件以前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例為定值的車輛為研究模型。系統(tǒng)流程圖如圖1所示，系統(tǒng)登錄界面如圖2所示。

如圖3，車輛在空載、滿載下的制動(dòng)效率程序框圖使用公式節(jié)點(diǎn)和while循環(huán)。路面附著系數(shù)的采樣范圍是0.0～1.0。變化梯度為0.1。

2 仿真實(shí)例

現(xiàn)以汽車?yán)碚摻滩纳系膶?shí)例為例，某型貨車，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。①

不同布置形式的雙制動(dòng)管路系統(tǒng)如圖4所示。②通過LabVIEW軟件前面板，學(xué)生能夠直觀清楚地區(qū)別三種不同管路布置形式的制動(dòng)系統(tǒng)。

通過計(jì)算，貨車在空、滿載下的前、后軸制動(dòng)效率仿真結(jié)果如圖5、6所示。

如圖5、6所示，空載條件下，在制動(dòng)過程中，任何路面條件下前軸都會(huì)先抱死。③滿載情況下，當(dāng)路面附著系數(shù)為0.42時(shí)，前、后軸會(huì)同時(shí)抱死，此時(shí)制動(dòng)力效率達(dá)到峰值。

如圖4所示，貨車分別裝有三種不同形式的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)采用（A）形式制動(dòng)管路，管路1、2分別發(fā)生失效時(shí)，只有后、前軸具有制動(dòng)力，④制動(dòng)效率隨路面附著系數(shù)變化曲線如圖7、8所示。

（A） 形式制動(dòng)管路1失效，后軸制動(dòng)效率峰值為54%，與路面附著系數(shù)負(fù)相關(guān)。（A）形式制動(dòng)管路2失效，前軸制動(dòng)效率峰值為62%，與路面附著系數(shù)正相關(guān)。

在教學(xué)過程中，適當(dāng)改變質(zhì)心的位置，讓學(xué)生觀察制動(dòng)效率曲線的變化，并結(jié)合數(shù)學(xué)模型給出科學(xué)合理的解釋。同時(shí)讓學(xué)生觀察循環(huán)迭代運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)流的流動(dòng)情況，培養(yǎng)學(xué)生的編程思維。

圖8（A）形式制動(dòng)管路2失效時(shí)制動(dòng)效率曲線

3 結(jié)論

基于LabVIEW軟件開發(fā)的車輛制動(dòng)性能輔助教學(xué)程序，以制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例為定值的貨車為研究對(duì)象，計(jì)算不同工況下的制動(dòng)效率，并且分析了不同布置形式的雙制動(dòng)管路對(duì)制動(dòng)力的利用情況。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠掌握制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例為定值的貨車的制動(dòng)效率計(jì)算模型、制動(dòng)效率的生成機(jī)理和影響因素。除此之外，學(xué)生對(duì)不同形式制動(dòng)管路的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)效率的變化曲線也有了更加深入的理解。車輛制動(dòng)性能輔助教學(xué)程序能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高了汽車?yán)碚撜n程教學(xué)效果。

基金項(xiàng)目：安徽省教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2014jyxm137）;2013安徽省高等教育振興計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013zytz023）

注釋

① 余志生.汽車?yán)碚揫M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009：110-116.

② 范例.汽車綜合性能評(píng)價(jià)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西安：長安大學(xué)碩士畢業(yè)論文，2012：46-54.

③ 王杰，徐滿年.EQ106輕型汽車前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例的確定[J].汽車科技，1998（2）：13-16.

④ 劉曉玫，胡宗梅，李駿.汽車制動(dòng)性能評(píng)價(jià)與建議系統(tǒng)的開發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2010.4：122-124.