摘要：结合目前的发展热门及汽车理论课程的内容与特点，探讨将计算机仿真技术应用于教学实践中，以增强教学效果以及学生能力的培养。以AVLCruise为例讲解了如何将计算机仿真技术引入实践教学，为汽车理论课程教学内容和方法改革提供了方向与范例。
关键词：汽车理论课程；计算机仿真技术；AVLCruise；教学实践改革
汽车理论课程是汽车类专业的专业必修课程与核心课程，主要讲述汽车的主要性能—动力性、燃油经济性、制动性、操作稳定性、行驶平顺性以及通过性等，并在满足这些整车性能要求的基础上提出选择汽车设计参数的一些原则[1]。本门课程属于专业基础课程，可为其他专业课程的学习打下基础，使学生对于汽车产品有更加深入地了解，掌握将实际问题抽象为理论模型加以解决的方法，了解汽车性能的测试过程及方法。汽车工业的快速发展提高了企业对于行业人才素质的要求，作为专业基石的汽车理论变得尤为重要[2]。汽车理论涉及知识面很广，且其包含的内容较为抽象，具有一定的综合性与复杂性。这为汽车理论的授课增加了一定的难度，板书教学已无法满足授课的需要，受教学条件限制，教师也难以将全部汽车零件在课堂上为学生演示，导致学生的学习如同“纸上谈兵”，实际操作能力较差。近年来，计算机技术的迅速发展，带动各种仿真软件的发展逐渐成熟且广泛应用于汽车设计开发的各个阶段。对于汽车的六大性能而言，AVLCruise等工程软件的应用较为广泛。合理地在教学中使用这些工程软件，更加形象地为学生讲授此门课程，使课程的重难点更易于接受，调动学生学习的积极性、提高授课效果为本次研究的重点。
1课程教学实践探讨
不同于汽车构造等专业课程的直观化、基础化、相对独立化，汽车理论课程是基于学生对于汽车的基本构造及其基本设计思想有了一定了解，融会贯通各种相关知识后对汽车整体性能的研究。要学好汽车理论课程，必须熟练地掌握汽车构造等课程，将各门专业课串联完成知识体系的构建，实现架构式学习，才能更加深入地理解汽车的六大性能[3-4]。对于本门课程中的概念、工作原理以及数据表等知识的学习，可以采用图表、动画等方式调节课堂气氛，调动学生学习积极性；对于理论公式推导类知识的学习，则更适用于板书方式，使学生建立严谨的思维方式。为活跃课堂气氛可采取学生自行推导、教师辅助提醒的方式。但对于较为复杂的结论性知识以及相对较为复杂的实验，以往的教学方式就略显不足，此时可采取计算机仿真教学，利用计算机的仿真曲线或视频，将知识更加直观地展示给学生，使其更易理解其中的重难点。同时，课后作业类型较为单一，难以达到巩固课上知识的预期效果。对于不同类型的知识应选取更加适合的教学方式，才能使教学发挥更好的效果[3-4]。
2计算机仿真技术在汽车理论教学中的应用
计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。对于汽车理论来说，即在软件中建立一个汽车模型，模拟不同实际工况下汽车的各种性能。既调动了学生的学习积极性，又可以使其按照自身的学习情况合理安排学习内容[5-6]。Cruise软件可以用于车辆的动力性、燃油经济性以及排放性能的仿真。灵活的模块化设计理念可以对任何结构式的汽车传动系统进行仿真建模，复杂完善的求解器可以确保计算的速度。Cruise软件的典型应用是对车辆传动系统和发动机的开发，它可以计算并优化车辆的燃油经济性、排放性、动力性(原地起步加速能力、超车加速能力)等。它提供了图形化的交互环境，只需要使用拖放的方法从模型中拖出相应的元件，就能迅速建立系统的结构框图，添加相应的控制模块，并正确连接数据总线，便可很快得到系统模型。Cruise软件智能化的驾驶模型，能够模拟驾驶员的真实反应，对于学生理解汽车正常工作情况有很大的帮助。本文以某款纯电动汽车建立整车模型，进行仿真分析教学。图1即为学生在Cruise中建立的整车仿真模型。以动力性和燃油经济性为例介绍如何将AVLCruise仿真技术引入教学实践中。为学生明确计算任务：动力性：0～80km/h加速时间、最高行驶车速、最大爬坡度；经济性：百公里耗电量、续航里程。
2.1动力性。在正常的课堂教学中，按照课本给出的某种车型的数据分析其驱动力与阻力，得到驱动力-行驶阻力平衡图，利用公式推导绘制汽车行驶加速度曲线以及汽车的爬坡度图，根据曲线图及数据计算动力性的评价指标。在这套学习流程中，学生对于汽车的动力性仅仅停留在数学公式的推导验证课本结论，而对于实车的速度阻力变化没有十分敏感的认知，只是被动地接受了3个动力性评价指标的计算方法，并没有尝试探究性学习。此种教学方法为后面的学习留下了隐患，前后知识无法融会贯通，导致后面的知识学生愈发难以理解。在AVLCruise软件中录入某一车型的基本参数后仿真汽车加速过程，产生一系列数据及曲线图，学生可以跟随软件参数设置及仿真过程清楚地了解到汽车加速过程中以及不同车速情况下汽车动力性三大指标的变化规律，更有利于其了解汽车动力性的内涵。同时在得到一组数据后，也可以指导学生有目的性地修改一部分汽车基本参数重新进行仿真实验，并将两组数据进行对比。通过多次的仿真分析可使学生更加直观地了解汽车不同的性能参数对于汽车动力性的影响。此种方法不仅直观、易于理解，而且增强了课堂的趣味性，提高了学生的注意力。为学生布置计算作业时，提倡学生自己在网上寻找计算所需的车型参数作为计算输入参数，具体计算内容和结果参考如下：最高车速和0～80km/h加速时间仿真：通过仿真模拟可输出计算结果，车辆由静止开始加速至80km/h时间需要7.68s，且可以看出汽车理论最高时速为130km/h。最大爬坡度仿真：通过爬坡性能曲线仿真结果看出，在10km/h的车速下，对应车辆的爬坡度约为32.45%，较设计的大于20%的爬坡能力而言，尚有较多余量。将AVLCruise仿真软件应用于动力性课堂教学中，可使汽车动力性的评价指标更加直观、易于理解，提高学生的学习兴趣，从而提高课堂效率。
2.2燃油经济性。对于燃油经济，人们通常用汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量衡量汽车行驶的里程。在实际的行驶工况下，汽车会频繁出现加速、减速、怠速停车等行驶工况，学生则较难理解和计算。此时可利用AVLCruise仿真软件模拟计算汽车的燃油消耗量，学生可以实时观察到不同工况下汽车燃油消耗率及其变化情况；还可根据调整计算输入参数，探索思考提高燃油经济性的措施[1]。具体计算内容和结果可参考如下：已知电池总电量是63kWh，放电的深度是95%，通过分析得出，在NEDC工况下，纯电动汽车可以连续行驶41195.2s或行驶380.058km，其百公里耗电量为14.03kWh。相较于前期设计指标的300km续航里程而言，尚有余量可用于空调等用电设备的消耗，满足经济性要求。
3结论
汽车理论课程的计算具有复杂性和综合性，导致原有的教学方式已无法将课堂效果达到最佳，将计算机仿真技术加入课堂中，使得汽车理论课程教学更加直观生动，既调动了课堂氛围、激发了学生积极性，又提升了学生的理论知识与实践应用能力。
作者:刘晓昂 刘茜 张小俊 单位:河北工业大学机械工程学院
