工科车辆专业工程实验教学虚拟平台研究

2023.05.02

靳华伟陈清华

摘 ?要工科专业本科实践教学操作中，因设备、场地、成本等诸多因素影响，效果不理想。为了提高教学水平和质量，以车辆工程专业为例，提出汽车实验教学虚拟化平台建设，详细介绍平台组成和设计思想，并列举实验案例进行应用验证。

关键词工科;车辆工程专业;实践教学;虚拟仿真实验平台

中图分类号：G642.0 ? ?文献标识码：B

文章编号：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

车辆工程实践教学工作中存在一些困难，如：发动机体积较大，拆装不便，造价高而实验运行经费有限[1];部分仪器设备价值较高[2];传统汽车构造实验教学成本高、资源消耗大[3]，并且需将实体结构拆开以了解零部件内部构造，而部件结构在拆开状态下是无法运动的[4]，因此无法同时表现结构内部构造与其运动状态等，给实践环节开展带来严重困难。

本文选取安徽理工大学车辆工程专业为例进行研究。该校地处安徽省淮南市，汽车工业较不发达，实践基地建设较为困难;汽车生产企业对安全性要求颇高，致使企业接纳大量学生进现场实习积极性不高，车辆工程类专业学生实习实践比较困难[5]。为此开展工科车辆专业工程实验教学虚拟平台的研究。

2 实验内容研究

实践教学是人才培养质量的重要保障，但很多地方高校无法提供合格的车辆工程实验场地，而硬件在环仿真技术为问题的解决提供了一条新的途径。对车辆工程专业实践教学体系中道路实验教学环节进行研究，涵盖汽车试验学等实训实践课程。运用车辆动力学软件和环境感知软件搭建汽车驾驶交通环境，同时结合现有实验设备、师资和实践教学大纲，基于底层驱动、制动和转向执行装置和控制器搭建硬件在环仿真实验平台，让学生身临其境地体会汽车道路试验过程，提升学生对试验内容的掌握，探讨仿真实验教学新体系，研究人才培养质量保障制度。

利用地方高校与区域汽车相关企业的资源，通过产学研深度融合，利用新一代信息技术，打造基于校企协同模式的实践教学新体系。汽车构造虚拟实验属于构造类实验，主要目的是使学生了解汽车总体结构，故本实验模块主要包含四部分：汽车原理与构造认知模块、汽车底盘结构分析与虚拟拆装模块、发动机结构分析与虚拟拆装模块和变速箱结构分析与虚拟拆装模块。部分效果图如图1所示。

实验项目具体包括汽车构造与原理分析，通过汽车底盘系统虚拟仿真实验，建立三维仿真模型，使学生了解各种类型汽车底盘的工作原理、结构特点、功用和装配关系，并了解汽车底盘结构有限元分析方法;变速器总体结构与原理、变矩器总成、差速器总成、太阳轮总成、行星齿轮总成、各挡位离合器总成（倒挡、1～4挡）等结构原理和拆装。

3 工科车辆工程专业车辆性能虚拟仿真实验平台设计

车辆性能虚拟仿真实验平台包括四个部分，分别是车辆动力性能仿真实验教学模块、车辆制动性能仿真实验教学模块、车辆经济性能仿真实验模块和车辆操纵稳定性能仿真实验模块。应用该平台，可以实现开放式虚拟仿真实验教学功能。相应开设课程有汽车理论、内燃机原理、汽车实验学等专业课程。平台具体建设如图2所示。

4 实验平台案例介绍

随着车联网技术的快速发展，如何将车载通信技术体现在实验教学中是亟待解决的问题。为此，选取以CAN采样与通信实验为例，分三步进行实验平台的演示。首先是AD采样实验，然后进行CAN通信实验，最后将两者结合，自己编程功能。

AD采样实验 ?用跳线帽将接口JP5上的插针短接，将ZX0802A小液晶插到电路板的J_LCD2接口;打开文件中的演示代码“模数转换.mcp”;观察实验现象，在调试窗口的Data：1窗口中显示两个AD输入通道的数值，单击AD_in1和AD_in2可以显示电压的实时值。用螺丝刀转动滑动变阻器，则AD_in1和AD_in2的值会发生变化。当AD_in1的值大于AD_in2的值时，指示灯DA1点亮;当AD_in1的值小于AD_in2的值时，指示灯DA1熄灭。在小液晶上观察显示的数值。用万用表测量电路板上的测试点AD1和AD2的电压值，并与AD_in1和AD_in2的值进行比对。

CAN通信实验 ?用跳线帽将JP4上的插针短接，用双股杜邦线将J_CAN1和J_CAN2连接起来。将CAN分析器的CAN1端的高低口与开发板上两个CAN口的高低口对应连接，将CAN分析器通过USB口与电脑连接。将ZX0802A小液晶模块插到电路板上的J_LCD2接口上，将BDM下载器连接到开发平台上，打开文件中的代码;打开桌面上的Embeded-Config，在“选择端口号”中选择com3/com4，然后打开串口，将总线波特率设为250 000，点击配置波特率;打开桌面上的EmbededDebug v2.0软件，点击“串口配置”，串口号选择com3/com4，确定后，打开串口;观察实验现象：CAN0发送数据，CAN1接收数据，观察液晶屏上显示的接收到的数据;在EmbededDebug v2.0界面中观察接收到的数据。

D采样——CAN总线发送接收实验 ?用跳线帽将JP4和JP5上的插针短接，用双股杜邦线将J_CAN1和J_CAN2连接起来。将CAN分析器的CAN1端的高低口与开发板上两个CAN口的高低口对应连接，将CAN分析器通过USB口与电脑连接。将小液晶模块插到电路板接口上，将BDM下载器连接到开发平台上。打开文件中代码，编写主函数部分;打开桌面软件，在“选择端口号”中选择com3/com4，然后打開串口，将总线波特率设为250 000，点击配置波特率;打开桌面上的EmbededDebug v2.0软件，点击“串口配置”，串口号选择com3/com4，确定后，打开串口;观察实验现象：AD模块采集的数据通过CAN0发送，CAN1接收数据，观察液晶屏上显示的接收到的数据;用螺丝刀转动滑动变阻器，在小液晶上观察显示的数值的变化，同时观察在界面中观察接收到的数据。借助仿真实验平台，调试实验如图3所示。

5 结语

为了解决车辆工程专业实践教学中存在的问题，加强实践教学水平，采用虚拟现实技术进行汽车实验教学虚拟化平台建设，取得显著成果。汽车构造虚拟实验平台和车辆性能虚拟仿真实验平台两大模块的构建，以及相关应用验证表明，虚拟化平台建设是提升工科院校实践教学水平的有效途径。

参考文献

[1]尹继明，吕凡任.课程设计在实践教学中的应用研究与探索[J].扬州教育学院学报，2011，29（2）：73-75.

[2]罗超.汽车电子控制技术的应用现状与发展趋势浅析[J].数字技术与应用，2013（10）：11.

[3]严运兵，张光德，杨启梁.车辆工程专业实践教学体系改革[J].中国冶金教育，2011（3）：54-56，59.

[4]马麟丽，张怀军，等.车辆装备保障指挥课程实践教学环节研究：以军事交通学院为例[J].军事交通学院学报，2015，17（4）：67-69.

[5]刘国满，盛敬.车辆工程专业实践教学引入PBL教学法的探索[J].科技视界，2015（17）：48，150.