研究生精品課程車輛系統動力學教材建設初探

潘公宇 楊曉峰

[摘 要]高質量的研究生教材，既能豐富研究生的課程內容，避免研究生課程“本科化”，又能提高研究生的科研能力和國際視野，因此，打造適應一流學科建設背景下的車輛系統動力學教材，對于車輛工程專業碩士的核心學位課程建設，引導學生開展主動學習，提升學生知識應用能力和科研能力，提高研究生培養質量具有重要的意義。根據國內外相關車輛系統動力學教材，提出了教材建設的思路并進行了應用實踐，并通過多元化教學方法和虛擬仿真實驗教學手段等，取得了較好的效果。

[關鍵詞]車輛系統動力學;精品課程;教材建設

[基金項目]江蘇大學2017年研究生精品課程《車輛系統動力學》項目（2017012）;江蘇大學2019年高等教育教改研究課題（2019JGYB036）

[作者簡介]潘公宇（1965—），男，江蘇鎮江人，博士，江蘇大學汽車與交通工程學院交通運輸系教授，主要從事車輛系統動力學及車輛NVH控制技術研究;楊曉峰（1983—），男，江蘇鎮江人，博士，江蘇大學汽車與交通工程學院交通運輸系副教授，主要從事車輛動態性能模擬與控制研究。

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0105-02[收稿日期] 2020-04-13

一、引言

車輛系統動力學是車輛工程專業碩士研究生的核心學位課程，在一流學科建設的背景下，對車輛系統動力學課程建設提出了更新、更高的要求。而研究生教材作為課堂教學的主要參考依據，擔負著傳授知識和培養學生創造性思維能力的雙重任務，對提高教學質量、深化教學改革具有非常重要的作用[1]。文章在分析了國內外相關車輛系統動力學教材的基礎上，提出了教材建設的思路并進行了應用實踐。

二、國內外相關教材

1.德國教材。《汽車動力學》是由德國布倫瑞克工業大學M.米奇克教授編寫的一部經典教材，該教材的第1版是1970年出版的。2004年推出了第4版，由（德）Manfred Mitschke（米奇克）及Henning Wallentowitz（瓦倫托維茨）共同編著，該教材對汽車動力學進行了全面的總結。將主動系統作為車輛標準配置引入到驅動與制動、振動以及操縱穩定性的基礎理論中，并討論了車輛在受到干擾時的整車行駛理論問題，還考慮到了車輛與駕駛員之間的相互作用。書中通過以圖表形式給出的大量車輛數據和計算實例說明了上述理論的適用性，并在對結果的討論中為車輛性能的改進提出了建議。主要內容包括：概述;A篇：驅動和制動;B篇：車輛振動;C篇：行駛的操縱穩定性。

2.美國教材。《車輛動力學與控制》（第2版）是由美國明尼蘇達大學的拉杰什·拉賈馬尼（Rajesh Rajamani）教授編寫的教材。該教材涵蓋了巡航控制、自適應巡航控制、制動防抱系統、車道自動保持系統、高速公路自動行駛、橫擺穩定性控制、發動機控制、被動懸架、主動懸架和半主動懸架、輪胎模型以及輪胎—路面參數識別。全書共由16章組成。第1章為概論，第2章為車輛側向動力學，第3章為自動車道保持系統的轉向控制，第4章為車輛縱向動力學，第5章為車輛縱向控制，第6章為自適應巡航控制，第7章為車隊的縱向控制，第8章為電子穩定性控制，第9章為汽油和柴油發動機的均值建模，第10章為被動式汽車懸架的設計與分析，第11章為主動懸架，第12章為半主動懸架，第13章為輪胎縱向力與側向力，第14章為公路車輛的輪胎—路面摩擦力測量，第15章和16章是第2版新增加的，其中第15章是側傾動力學與側翻預防，第16章是混合動力車。

3.日本教材。在汽車工程領域及車輛動力學領域非常知名的日本神奈川工科大學安部正人教授編寫的《車輛操縱動力學：理論與應用（原書第2版）》建立了完整的動力學方程，對無論是高爾夫小型車還是高端運動轎車關鍵部件的設計提供了詳細的理解;并且在MATLAB工具箱的支持下，對影響車輛動力學的關鍵領域都可以進行分析，包括輪胎力學、操縱系統、車輛側傾、驅動與制動、四輪驅動，以及受車輛和駕駛員協調控制影響的車輛動力學與可控性等方面的問題。另外，他編寫的日語著作《車両の運動と制御》一直被視為本領域內的經典之作，1979年一經出版便得到了全世界車輛動力學業內學者的廣泛認可，并先后被翻譯成多國語言廣為參讀[2]。《車輛操縱動力學：理論與應用（原書第2版）》是在對《車両の運動と制御》的不足進行了全面修改，并結合當下備受關注的車輛動力學問題進行了內容補充的基礎上編寫的，是汽車工程領域及車輛動力學領域的經典之作。

4.國內教材。國內喻凡、林逸教授等編著的《汽車系統動力學》（第2版）是普通高等教育十三五汽車類規劃教材，采用國內學生熟悉的編寫方法，內容具有良好的普遍性。該教材除了介紹車輛動力學建模的基礎理論、輪胎力學及汽車空氣動力學基礎之外，重點介紹了受汽車發動機、傳動系統、制動系統影響的驅動動力學和制動動力學，以及行駛動力學和操縱動力學內容。該版新增加了一章關于駕駛員模型、人—車—路閉環系統及車輛操縱品質評價的內容;新增應用分岔理論進行非線性懸架動力學及前輪擺振分析的一個實例。

三、車輛系統動力學教材建設的思路和實踐

車輛系統動力學是車輛工程專業研究生的一門核心課程，通過本課程的學習，學生能夠掌握車輛動力學的基本理論與分析方法，深刻理解車輛在行駛過程中受到的各種力的相互作用及由此產生的對車輛行駛的影響;進而提出汽車設計參數選取的原則和依據[3]。考慮到汽車行業的快速發展以及控制技術在汽車中的廣泛應用，《汽車系統動力學基礎及其控制技術》從汽車系統動力學的基礎理論出發，系統介紹了汽車縱向動力學、操縱動力學和垂向動力學的力學分析、系統建模及動態響應等，結合現代控制的基本理論，討論了控制技術在車輛工程中的應用。通過重點介紹車輛系統動力學建模、仿真分析及試驗方法，研究車輛懸架、轉向、動力傳動等系統參數與操縱穩定性、行駛平順性的相互關系，分析研究控制理論在車輛系統動力學領域方面的應用等，培養專業學位研究生分析解決問題的能力[4]。教材共5章，第1章是汽車動力學及控制理論概述，第2章是現代控制理論基礎，主要包括狀態空間法、線性系統的可控性和可觀測性、穩定性、最優控制等，第3章到第5章分別介紹了汽車的縱向動力學、操縱動力學和垂向動力學的力學分析、建模及其控制。車輛工程中的應用主要包括驅動防滑控制、制動防抱死系統、四輪轉向系統、穩定性控制、半主動懸架及主動懸架等。該教材在編寫過程中，獲批全國工程專業學位研究生教育國家級規劃教材。

當然，研究生教材建設是精品課程建設的一個環節，在課程建設和實踐教學中，還需通過多元化教學方法和良好的實驗實踐等，加強學生對教材及課程的理解。實際教學中，采用多元化的教學手段和方法，能夠充分發揮現代化多媒體教學手段和傳統教學手段各自的優勢，并根據研究生的特點采用討論法、研究法等各種啟發式教學方法，能夠充分調動研究生自主學習的主動性和積極性，培養和提高學生獨立探索問題、發現問題、分析問題和解決問題的能力，以及創新思維和實踐能力[5]。同時，依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術構建的高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，使得研究生在虛擬環境中開展實驗，可以有效地解決教學過程中動手難的問題，更加容易激發研究生的學習和科研興趣。

四、結束語

研究生教材建設是研究生精品課程建設的重要環節，作為課堂教學的主要參考依據，擔負著傳授知識和培養學生創造性思維能力的雙重任務。作為車輛工程專業研究生的一門核心專業課，車輛系統動力學教材的選用和建設與課程質量有很大的關系。文章在分析了國內外相關車輛系統動力學教材的基礎上，提出了教材建設的思路并進行了應用實踐，并通過多元化教學方法和虛擬仿真實驗教學手段等，取得了較好的效果。

參考文獻

[1]陳艷慧，崔議文，李勇，張瑾，李博.學術型研究生課程改革的探索與實踐—以吉林農業大學為例[J].學位與研究生教育， 2015（11）：33-38.

[2]潘公宇，江浩斌，等.車輛工程專業虛擬仿真實驗教學平臺的設計[J].實驗技術與管理，2017（4）：1-5.

[3]殷允杰，王潮霞.我國研究生國際合作與聯合培養新模式探索[J].教育教學論壇，2014（12）：176-177.

[4]王添翼.“雙一流”建設背景下推進研究生課程建設國際化的思考與探索[J].高教學刊，2018（3）：16-18.

[5]肖梅，張雷，胡大偉，馬壯林，彭朝林.“雙一流”建設中的《智能運輸系統》課程改革探討[J].教育教學論壇，2018（38）：129-130.