充分利用影音文件提高汽車試驗學(xué)課程教學(xué)效率

張小龍

摘要：汽車試驗學(xué)課程將試驗理論與汽車性能緊密結(jié)合，實際中學(xué)生因?qū)嵺`學(xué)時不足對汽車性能的表現(xiàn)形式、測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理等概念模糊。論文提出提煉科研素材，將試驗影音文件添加到多媒體課件中，深入講授課程中的難點和抽象內(nèi)容。論文以汽車制動性能為例，采用了作者進行汽車道路試驗科研中的試驗視頻文件、汽車動力學(xué)仿真軟件Carsim仿真動畫，以及自制的計算機軟件分析錄屏文件等進行課堂教學(xué)。多次實踐教學(xué)表明：影音文件的利用有效提高了教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并對進一步拓展相關(guān)試驗手段和技術(shù)具有很好的促進作用。

關(guān)鍵詞：汽車試驗學(xué)；影音文件；教學(xué)改革；汽車制動性

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）33-8039-03

“汽車試驗學(xué)”是車輛工程專業(yè)核心課程，是繼汽車理論和汽車設(shè)計之后，深入認識汽車運動性能并進一步奠定汽車動力學(xué)及電子控制基礎(chǔ)的理論與實踐緊密結(jié)合的課程?！捌囋囼瀸W(xué)”課程涉及到傳感理論、測試理論與測試系統(tǒng)構(gòu)建、實驗數(shù)據(jù)分析與軟件開發(fā)等，特別是要與汽車道路試驗具體工況結(jié)合考慮系統(tǒng)可靠性、多測試設(shè)備數(shù)據(jù)同步，以及一些CAN總線通訊技術(shù)等，內(nèi)容多、涉及面廣，通常車輛工程專業(yè)學(xué)生在這方面的基礎(chǔ)較薄弱，學(xué)生也普遍反映該課程難學(xué)。

主要原因有：一是先前課程如單片機原理、測試技術(shù)基礎(chǔ)等課程實踐學(xué)時少，建立不起理論和實踐之間的聯(lián)系；二是對汽車測試技術(shù)了解不足，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展以及人們對汽車性能要求的提高，許多新的測試技術(shù)和先進設(shè)備已經(jīng)涌入汽車行業(yè)，而相關(guān)認識需要較長的時間積累，相關(guān)文獻和教材少有提及；三是支持汽車試驗學(xué)課程實踐教學(xué)條件不足。

為了進一步提高“汽車試驗學(xué)”課程教學(xué)效率，作者在“汽車試驗學(xué)”課程教學(xué)中引入作者多年從事汽車性能試驗的視頻文件、汽車動力學(xué)仿真軟件Carsim仿真動畫，以及自制的計算機軟件分析錄屏文件等，在實踐教學(xué)中起到了很好的效果。下面以汽車制動性能測試為例進行闡述。

1教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

汽車制動性能測試研究內(nèi)容很廣泛，廣義上的彎道制動屬于汽車操縱穩(wěn)定性能范疇，應(yīng)將授課范圍縮小到汽車直線制動性能測試方法和數(shù)據(jù)處理內(nèi)容上來。首先在回顧汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，給出制動力產(chǎn)生的原理以及存在的主要影響因素。然后結(jié)合實際生活經(jīng)驗描述汽車制動性包含的短距離停車和維持車速下坡兩個方面，引入評價汽車制動性能的3個主要評價指標，并將重點進一步縮小到汽車制動效能測試上。接著根據(jù)汽車制動效能測試要求構(gòu)建道路試驗測試系統(tǒng)，分析目前國內(nèi)外主要采用的測試設(shè)備和測試方法。最后根據(jù)典型試驗設(shè)備，對其試驗數(shù)據(jù)展開現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析。

2教學(xué)素材選擇與使用方法

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，我們在課程多媒體課件中設(shè)計了如下素材，并將在應(yīng)用中不斷修改完善。

1）實際道路試驗視頻文件截取與格式轉(zhuǎn)換。

汽車制動效能包括制動距離和制動減速度兩個方面。一般情況下，對汽車制動效能的測試需要一定的前提條件，如緊急制動操作、車載情況（滿載/空載）、路面附著情況、制動初始速度等。通常，路面附著情況對制動效能影響很大。我們學(xué)校的學(xué)生主要來源于安徽省，在冰雪路面上的汽車制動運動行為少有印象。在教學(xué)中，我們不但選擇了高附著路面（水泥或瀝青路面）汽車制動性能視頻，如圖1a所示，還重點給出了冰路面和壓實雪路面汽車的制動性能測試視頻，如圖1b和圖1c所示。這些視頻文件主要來源于作者在研究汽車制動防抱死系統(tǒng)（ABS）科研試驗，在PPT上使用時，還用轉(zhuǎn)換軟件將其轉(zhuǎn)成了gif格式。

2）典型測試儀器設(shè)備及車上安裝。

近年來GPS技術(shù)在汽車道路試驗領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用，在這之前主要采用光學(xué)傳感器來完成速度的測量，但顯然在冰雪路面上這種通過道路表面反射信號測量速度的方法效果是不好的。實際中我們采用了英國Racelogic公司開發(fā)的VBOXIII設(shè)備[1]，其是一個專門用于汽車道路試驗的數(shù)據(jù)采集器，集成了GPS測試功能，并具有多路模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出、CAN數(shù)據(jù)采集與傳輸功能，在教學(xué)中也重點講解其測試原理和功能，以及基于其如何構(gòu)建測試系統(tǒng)等，具體如圖2所示。

3）引入先進汽車動力學(xué)仿真軟件Carsim

CarSim是美國MSC公司設(shè)計、專門針對車輛動力學(xué)的仿真軟件，可以實現(xiàn)硬件在環(huán)仿真，與Matlab/Simulink混合仿真等[2]。通過仿真車輛對駕駛員，路面及空氣動力學(xué)輸入的響應(yīng)，預(yù)測汽車整車的操縱穩(wěn)定性、制動性、平順性、動力性和經(jīng)濟性等，已被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)的開發(fā)。圖3是基于Carsim7進行120km/h速度下雙移線（DoubleLineChange，DLC）試驗仿真界面和過程動畫截圖。

4）引入先進汽車測試數(shù)據(jù)分析軟件VBOXTools

VBOX系列產(chǎn)品配套的數(shù)據(jù)處理軟件VboxTools具有儀器設(shè)置、在線監(jiān)控、強大的數(shù)據(jù)分析功能等，且操作簡便，非常適合作為數(shù)據(jù)分析教學(xué)平臺使用。圖4是作者基于VBOXIII進行100km/h制動初速下的制動性能測試試驗分析界面，圖中當(dāng)前顯示包括速度、軌跡和速度值等，均可以根據(jù)用戶需求更改。

5）自制數(shù)據(jù)分析視頻文件

選擇基于VBOXIII采集到的汽車在不同制動初始速度下高附錄面緊急制動試驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用VBOXTools軟件進行打開、截取、保存，并基于matlab軟件打開保存的數(shù)據(jù)、編寫軟件、軟件解讀和運行結(jié)果分析，所有在計算機上操作過程進行錄屏，便于在上課時進行解讀。圖5是視頻文件中截取的2張圖片，其中圖5a是matlab文本程序，圖5b是其運行結(jié)果，計算得到的制動初速度在120km/h時的充分發(fā)出平均減速度為7.6175m/s2。

3結(jié)論

汽車試驗學(xué)課程是理論和實踐緊密結(jié)合的專業(yè)課，教學(xué)時存在車輛工程專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)實踐認知薄弱、實踐教學(xué)條件不足等問題，作者提出充分利用科研積累視頻文件豐富教學(xué)內(nèi)容的方法，具體采用了汽車道路試驗科研中的試驗視頻文件、汽車動力學(xué)仿真軟件Carsim仿真動畫，以及自制的計算機軟件分析錄屏文件等。多次實踐教學(xué)表明了此方法有效提高了教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，由于將抽象內(nèi)容直觀簡單化，對進一步拓展相關(guān)試驗手段和技術(shù)起到很好的促進作用。

參考文獻：

[1]RacelogicLtd.VBOXIII100HzwithRTKRLVBR2G2[M].2007.

[2]MechanicalSimulaitonCorporation.VehicleSimSGUI（SimulationGraphicalUserInterface）ReferenceManual[M].2007.Obtainedfromhttp：//www.carsim.com.

[3]RacelogicLtd.VBOXToolsSoftwareManual（ver.1.4）[M].2008.