虛擬仿真軟件在新能源車輛工程專業實驗教學中的應用

張忠洋，鄭利民，孫曉幫，張大明，張麗萍，高宇

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

虛擬仿真軟件在新能源車輛工程專業實驗教學中的應用

張忠洋，鄭利民，孫曉幫，張大明，張麗萍，高宇

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

隨著計算機技術的快速發展，仿真技術應用領域的越來越廣泛。新能源車輛工程專業重視學生的能力培養，基于現有條件和實驗的局限性，難以滿足專業需求，因此運用仿真軟件技術使學生更加深刻掌握理論和實踐操作知識。文章主要研究虛擬仿真軟件在教學中的特點及具體應用。

虛擬仿真；新能源車輛工程；實驗教學

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.072

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-210-03

前言

隨著環境污染和世界能源危機問題的日益嚴重，汽車作為尾氣排放和能源消耗的重要源頭面臨著嚴峻的考驗，需要大力發展新能源汽車，在此過程中離不開人才的培養。在高校里設置了新能源汽車工程專業，專業的發展離不開實驗室建設，因為實驗是培養人才不可缺少的環節之一，實驗室建設收到設備更新、臺套數、場地規模、經費使用等因素制約，進而影響了教學效果。利用虛擬仿真軟件可以改善當前現狀，提升教學質量。

1、虛擬仿真軟件的特點

1.1 降低實驗室建設成本、緩解經費緊張

傳統的實驗需要各種實驗設備和場地，而且實驗必須在實驗室中完成。而虛擬仿真實驗只需在原有機房中安裝相應的軟件，學生就可以進行實驗，節省放置設備空間和實驗場地規劃裝修費用。另一方面科技技術不斷變化，而學校為了更好的適應社會需求，需要定期更新儀器設備。但受到經費的限制，實驗室的設備更新較為緩慢，而虛擬仿真技術能夠有效的解決教學資源緊張的局面，通過計算機信息技術模擬出不同的虛擬環境。

1.2 降低教學運營成本

在實驗室中做實驗時，不可避免儀器設備會有磨損、損壞情況，需要有專職人員對其維護修理。實驗前需進行預做，保證實驗前設備的正常工作；在運行過程中需要消耗電力等能源、并有耗材產生。實驗后需對儀器設備檢查，整理工具，清潔衛生等以預防故障發生。這無形當中增加了教學運營成本。虛擬仿真軟件實驗只需保證電腦軟件正常運行即可，而且每次實驗學生人數可以適當增多。

1.3 減低實驗風險

在實驗室進行實操時，不可避免存在多種危險因素。拆裝時工具的使用；測量時工作電壓電流的峰值；場地環境是否有油漬；衣服、頭發能否碰到旋轉部件、實驗臺工作的溫度、噪聲等等。但虛擬仿真技術為學生提供安全的操作環境，只需使用鼠標鍵盤即可，并且也能夠完成實物拆裝、檢測、原理性實驗。

1.4 提高學生的學習能力

虛擬仿真技術能夠提高學生的學習能力，讓學生獲得更為深刻的表象和直觀的認知，從而進行知識和認知的鞏固。學生在虛擬練習中，大腦獲得生動、直觀、形象的信息，記憶能力和理解能力得到提升。課上實驗內容完成后也可進行其他實驗項目的訓練，增強學生的求知欲和探索欲。

1.5 提高教學工作效率、完善考核機制

學生在傳統實驗實際操作過程中，需要指導教師分組或逐一進行指導、評價。老師任務量大，效果不顯著。而利用仿真的軟件，學生的操作失誤后，系統會自動彈出對話框，提示無效操作或禁止操作。學生再重新梳理知識結構，反復練習，直到掌握知識點為止。教師對學生的考核，只需將試題和標準答案輸入到系統中，學生隨機抽題，試卷提交后，自動出成績。

2、專業虛擬仿真軟件的具體應用

2.1 車用電機仿真軟件的應用

新能源汽車與傳統汽車的區別在于動力源不同，其中一部分靠電機來提供動能，有仿真軟件的電機的類型有：直流電機、交流異步電機、永磁同步電機。利用軟件可以掌握電機的工作原理、結構組成、裝配關系等。以直流電機為例：

圖2 直流電機組成與裝配關系

2.2 純電動汽車仿真軟件的應用

純電動汽車由整車控制器、動力電池系統、電機系統、充電系統及部分組成，結合虛擬仿真軟件，運行虛擬拆裝模塊中動力系統模型，透視或隱藏觀察內部零部件的結構和運動過程。

圖3 電動汽車車架透視

圖4 電動汽車車架隱藏

圖5 電動汽車動力電機拆解

2.3 普銳斯混合動力仿真軟件的應用

普銳斯混合動力仿真軟件可使學生了解混合動力的基本構造及工作原理。掌握不同工況下，能量流動關系。利用虛擬仿真軟件可對普銳斯發動機、變速器進行模擬拆解，掌握各元件的裝配關系。

圖6 普銳斯發動機結構

結合仿真軟件演示普瑞斯混合動力系統行星變速機構、MG1電機、MG2電和發動機之間的連接形式，可以任意放大、縮小和360度旋轉，從不同角度觀察各機構連接的細節。在8種典型工況(汽車起動、低速行駛、起動發動機、低載荷循環、爬坡/急加速、制動、倒車、停車)下，三維互動軟件演示動力電池、逆變器、MG1電機、MG2電機、行星排之間能量流動的關系。如啟車模式：充分利用電動機啟動時的低速扭矩。當汽車啟動時，TOYOTA油電混合動力系統僅使用由HV蓄電池提供能量的電動機的動力啟動，這時發動機并不運轉。因為發動機不能在低旋轉帶輸出大扭矩，而電機可以靈敏、順暢、高效地進行啟動。點火啟動時，發動機將進行運轉，直至充分預熱。

圖7 普銳斯變速器結構

圖8 變速器各部件的連接形式

圖9 啟車模式能量傳遞過程

3、結論

利用計算機仿真模擬系統來部分替代實物實訓操作作為輔助教學手段，不僅可行而且具有顯著優勢。仿真系統可以降低教學成本，提高學習效率，今后也將是大勢所趨。隨著計算機技術的不斷發展，建模成本及開發成本有望進一步降低，且更具有互動性和真實感的模擬系統將會不斷的推陳出新，并投入到實際應用中去。

[1] 李海瓊.虛擬仿真技術在汽車維修教學中的應用研究[J].山西青年,2016,07:222.

[2] 奚德琳.基于計算機仿真技術在汽車實訓教學中應用的需求及可行性分析[J].電子測試,2015,09:119-121.

[3] 王建鋒,陳香香.仿真軟件在汽車維修實踐教學中的應用[J].中國教育技術裝備,2013,06:135-137.

[4] 段敏等.新能源汽車工程專業方向實驗（實踐）教學體系[J].遼寧工業大學學報,2016,04:106-111.

Virtual Simulation Software in Experimental Teaching New Energy Vehicle Engineering Major

Zhang Zhongyang, Zheng Limin, Sun Xiaobang, Zhang Daming, Zhang Liping, Gao Yu
(Auto&Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001)

With the rapid development of computer technology, simulation technology applications more widely. New Energy Vehicle Engineering students the ability to pay attention, based on the limitations of existing conditions and experiment, it is difficult to meet the professional needs, and therefore the use of simulation software technology to enable students to grasp a more profound theoretical and practical knowledge of the operation. This paper mainly on virtual simulation software characteristics and the specific application in teaching.

Virtual simulation; New energy vehicle engineering; Experimental teaching

U467

A

1671-7988 (2016)12-210-03

張忠洋（1983-），男，工程師，就職于遼寧工業大學汽車與交通工程學院。

2016年遼寧工業大學教改研究項目（2016090）。