工科車輛專業工程實驗教學虛擬平臺研究

靳華偉 陳清華

摘 ?要 工科專業本科實踐教學操作中，因設備、場地、成本等諸多因素影響，效果不理想。為了提高教學水平和質量，以車輛工程專業為例，提出汽車實驗教學虛擬化平臺建設，詳細介紹平臺組成和設計思想，并列舉實驗案例進行應用驗證。

關鍵詞 工科;車輛工程專業;實踐教學;虛擬仿真實驗平臺

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）14-0027-03

Abstract In the undergraduate practical teaching of engineering major， due to many factors such as equipment， site and cost， the effect is not ideal. In order to improve the level and quality of prac-tical teaching， taking vehicle engineering as an example， the con-struction of virtual platform for automobile experimental teaching is?put forward， the composition and design idea of the platform is intr-duced in detail， and experimental cases for application verification are listed.

Key words engineering course; vehicle engineering specialty; prac-tice teaching; virtual simulation experiment platform

1 前言

車輛工程實踐教學工作中存在一些困難，如：發動機體積較大，拆裝不便，造價高而實驗運行經費有限[1];部分儀器設備價值較高[2];傳統汽車構造實驗教學成本高、資源消耗大[3]，并且需將實體結構拆開以了解零部件內部構造，而部件結構在拆開狀態下是無法運動的[4]，因此無法同時表現結構內部構造與其運動狀態等，給實踐環節開展帶來嚴重困難。

本文選取安徽理工大學車輛工程專業為例進行研究。該校地處安徽省淮南市，汽車工業較不發達，實踐基地建設較為困難;汽車生產企業對安全性要求頗高，致使企業接納大量學生進現場實習積極性不高，車輛工程類專業學生實習實踐比較困難[5]。為此開展工科車輛專業工程實驗教學虛擬平臺的研究。

2 實驗內容研究

實踐教學是人才培養質量的重要保障，但很多地方高校無法提供合格的車輛工程實驗場地，而硬件在環仿真技術為問題的解決提供了一條新的途徑。對車輛工程專業實踐教學體系中道路實驗教學環節進行研究，涵蓋汽車試驗學等實訓實踐課程。運用車輛動力學軟件和環境感知軟件搭建汽車駕駛交通環境，同時結合現有實驗設備、師資和實踐教學大綱，基于底層驅動、制動和轉向執行裝置和控制器搭建硬件在環仿真實驗平臺，讓學生身臨其境地體會汽車道路試驗過程，提升學生對試驗內容的掌握，探討仿真實驗教學新體系，研究人才培養質量保障制度。

利用地方高校與區域汽車相關企業的資源，通過產學研深度融合，利用新一代信息技術，打造基于校企協同模式的實踐教學新體系。汽車構造虛擬實驗屬于構造類實驗，主要目的是使學生了解汽車總體結構，故本實驗模塊主要包含四部分：汽車原理與構造認知模塊、汽車底盤結構分析與虛擬拆裝模塊、發動機結構分析與虛擬拆裝模塊和變速箱結構分析與虛擬拆裝模塊。部分效果圖如圖1所示。

實驗項目具體包括汽車構造與原理分析，通過汽車底盤系統虛擬仿真實驗，建立三維仿真模型，使學生了解各種類型汽車底盤的工作原理、結構特點、功用和裝配關系，并了解汽車底盤結構有限元分析方法;變速器總體結構與原理、變矩器總成、差速器總成、太陽輪總成、行星齒輪總成、各擋位離合器總成（倒擋、1～4擋）等結構原理和拆裝。

3 工科車輛工程專業車輛性能虛擬仿真實驗平臺設計

車輛性能虛擬仿真實驗平臺包括四個部分，分別是車輛動力性能仿真實驗教學模塊、車輛制動性能仿真實驗教學模塊、車輛經濟性能仿真實驗模塊和車輛操縱穩定性能仿真實驗模塊。應用該平臺，可以實現開放式虛擬仿真實驗教學功能。相應開設課程有汽車理論、內燃機原理、汽車實驗學等專業課程。平臺具體建設如圖2所示。

4 實驗平臺案例介紹

隨著車聯網技術的快速發展，如何將車載通信技術體現在實驗教學中是亟待解決的問題。為此，選取以CAN采樣與通信實驗為例，分三步進行實驗平臺的演示。首先是AD采樣實驗，然后進行CAN通信實驗，最后將兩者結合，自己編程功能。

AD采樣實驗 ?用跳線帽將接口JP5上的插針短接，將ZX0802A小液晶插到電路板的J_LCD2接口;打開文件中的演示代碼“模數轉換.mcp”;觀察實驗現象，在調試窗口的Data：1窗口中顯示兩個AD輸入通道的數值，單擊AD_in1和AD_in2可以顯示電壓的實時值。用螺絲刀轉動滑動變阻器，則AD_in1和AD_in2的值會發生變化。當AD_in1的值大于AD_in2的值時，指示燈DA1點亮;當AD_in1的值小于AD_in2的值時，指示燈DA1熄滅。在小液晶上觀察顯示的數值。用萬用表測量電路板上的測試點AD1和AD2的電壓值，并與AD_in1和AD_in2的值進行比對。

CAN通信實驗 ?用跳線帽將JP4上的插針短接，用雙股杜邦線將J_CAN1和J_CAN2連接起來。將CAN分析器的CAN1端的高低口與開發板上兩個CAN口的高低口對應連接，將CAN分析器通過USB口與電腦連接。將ZX0802A小液晶模塊插到電路板上的J_LCD2接口上，將BDM下載器連接到開發平臺上，打開文件中的代碼;打開桌面上的Embeded-Config，在“選擇端口號”中選擇com3/com4，然后打開串口，將總線波特率設為250 000，點擊配置波特率;打開桌面上的EmbededDebug v2.0軟件，點擊“串口配置”，串口號選擇com3/com4，確定后，打開串口;觀察實驗現象：CAN0發送數據，CAN1接收數據，觀察液晶屏上顯示的接收到的數據;在EmbededDebug v2.0界面中觀察接收到的數據。

D采樣——CAN總線發送接收實驗 ?用跳線帽將JP4和JP5上的插針短接，用雙股杜邦線將J_CAN1和J_CAN2連接起來。將CAN分析器的CAN1端的高低口與開發板上兩個CAN口的高低口對應連接，將CAN分析器通過USB口與電腦連接。將小液晶模塊插到電路板接口上，將BDM下載器連接到開發平臺上。打開文件中代碼，編寫主函數部分;打開桌面軟件，在“選擇端口號”中選擇com3/com4，然后打開串口，將總線波特率設為250 000，點擊配置波特率;打開桌面上的EmbededDebug v2.0軟件，點擊“串口配置”，串口號選擇com3/com4，確定后，打開串口;觀察實驗現象：AD模塊采集的數據通過CAN0發送，CAN1接收數據，觀察液晶屏上顯示的接收到的數據;用螺絲刀轉動滑動變阻器，在小液晶上觀察顯示的數值的變化，同時觀察在界面中觀察接收到的數據。借助仿真實驗平臺，調試實驗如圖3所示。

5 結語

為了解決車輛工程專業實踐教學中存在的問題，加強實踐教學水平，采用虛擬現實技術進行汽車實驗教學虛擬化平臺建設，取得顯著成果。汽車構造虛擬實驗平臺和車輛性能虛擬仿真實驗平臺兩大模塊的構建，以及相關應用驗證表明，虛擬化平臺建設是提升工科院校實踐教學水平的有效途徑。

參考文獻

[1]尹繼明，呂凡任.課程設計在實踐教學中的應用研究與探索[J].揚州教育學院學報，2011，29（2）：73-75.

[2]羅超.汽車電子控制技術的應用現狀與發展趨勢淺析[J].數字技術與應用，2013（10）：11.

[3]嚴運兵，張光德，楊啟梁.車輛工程專業實踐教學體系改革[J].中國冶金教育，2011（3）：54-56，59.

[4]馬麟麗，張懷軍，等.車輛裝備保障指揮課程實踐教學環節研究：以軍事交通學院為例[J].軍事交通學院學報，2015，17（4）：67-69.

[5]劉國滿，盛敬.車輛工程專業實踐教學引入PBL教學法的探索[J].科技視界，2015（17）：48，150.