整車實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺創(chuàng)新改造研究

（長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

一、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的不足與存在的問題

一個眾所周知的原因，近些年來，國內(nèi)汽車制造及相關(guān)領(lǐng)域在努力追趕國際先進(jìn)技術(shù)，導(dǎo)致一些國際先進(jìn)技術(shù)不斷被應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域。汽車技術(shù)就是這樣一個技術(shù)快速更新迭代的領(lǐng)域，10年以前購置的作為教學(xué)平臺的車輛雖然現(xiàn)在還保持著極高的外觀和功能的完整性，但實(shí)際上已經(jīng)不能滿足教學(xué)需求。

同時，各高校汽車類專業(yè)整車教學(xué)平臺都是直接從市場采購整車作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，而這些整車本身是以實(shí)際道路行駛為基本需求,并不具備專業(yè)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)功能，特別是各個系統(tǒng)以及整車運(yùn)行的工況展示和工況數(shù)據(jù)顯示是完全不具備的。

由此可見，現(xiàn)有整車實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺要高質(zhì)量完成專業(yè)課程教學(xué)還存在一些需要解決的問題，這些問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）不具備高質(zhì)量完成專業(yè)課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)功能

如在進(jìn)行自動變速器換檔原理教學(xué)時，需要通過展示不同車速和不同負(fù)載工況下的實(shí)時數(shù)據(jù)來提高學(xué)生對換檔原理的認(rèn)識和理解。在進(jìn)行電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向盤扭矩值變化教學(xué)時，需要通過不同車速工況下的對應(yīng)值來充分展示扭矩值的變化規(guī)律來提高學(xué)生對電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的認(rèn)知和理解。

（二）原有平臺設(shè)備電控化水平較低

如制動系統(tǒng)的電控，以前主要使用車輪的防抱死（ABS）來解決安全需求，但現(xiàn)今已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了制動力分配（EBD）、剎車輔助（EBA）、牽引力控制（ASR）、車身穩(wěn)定控制（ESP）等。早期的電控助力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同車速下的轉(zhuǎn)向盤扭矩控制功能，而近些年車輛裝備的電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已全面具備該功能。

（三）先進(jìn)工藝的制成品覆蓋率較低

如傳動系統(tǒng)的AT變速器、DSG（DCT）變速器、CVT變速器；動力系統(tǒng)的渦輪增壓缸內(nèi)直噴；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電控等在近10年前的整車上裝備率不到30%，屬于非主流裝備。而近兩年來，上述技術(shù)裝備達(dá)到或超過70%。

（四）車載網(wǎng)絡(luò)在平臺的覆蓋水平較低

上個世紀(jì)九十年代初，發(fā)達(dá)國家在汽車整車上開始配置安裝車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于技術(shù)差距的原因，國內(nèi)的合資和自主品牌在本世紀(jì)初才開始在中高檔整車配置安裝車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，至2010年代初才逐步普及，而各大院校的在用教學(xué)整車實(shí)際上都購置于10多年前，基本不具備完善的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

二、對老舊平臺進(jìn)行創(chuàng)新改造的現(xiàn)實(shí)需要

（一）探索一條解決教學(xué)設(shè)備創(chuàng)新改造的技術(shù)路線，解決日益增長的專業(yè)教學(xué)需求

隨著汽車工業(yè)的快速推進(jìn)以及汽車技術(shù)的快速發(fā)展，為滿足專業(yè)教學(xué)的需要，目前各級各類高校和職業(yè)院校在汽車類專業(yè)教學(xué)設(shè)備實(shí)施方面的投入與日俱增，一些學(xué)校在這方面的投入甚至超過了學(xué)校的運(yùn)行經(jīng)費(fèi)。這筆經(jīng)費(fèi)投入完成建設(shè)后幾年時間，在行業(yè)發(fā)展的大背景下，這些專業(yè)教學(xué)設(shè)備又再一次面臨過時淘汰的境遇。如果直接淘汰報(bào)廢則造成資源的極大浪費(fèi)。平臺的改造可以按照當(dāng)前以及未來幾年專業(yè)課程教學(xué)的需要對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行整車技術(shù)升級以及基于專業(yè)課程教學(xué)的控制系統(tǒng)檢測端口、控制信號模擬、工況模擬創(chuàng)新改造，探索出一條老舊教學(xué)設(shè)備創(chuàng)新改造的技術(shù)路線。從而為各類院校的汽車類相關(guān)專業(yè)教學(xué)設(shè)備改造提供借鑒和參照。

（二）解決需求巨大的設(shè)備投入需求

汽車整車這樣的大型教學(xué)設(shè)備的投入帶來的經(jīng)費(fèi)的投入，一臺整車少則幾萬，多則幾十萬。如果按照市場的更新速度去更新設(shè)備的話，實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的投入將占到整個教學(xué)經(jīng)費(fèi)的很大比重。如果能夠通過系統(tǒng)分層次、分批次改造來達(dá)到技術(shù)升級的話，將為各學(xué)校節(jié)約大量的經(jīng)費(fèi)投入。按照本項(xiàng)目對比亞迪F3轎車創(chuàng)新改造的初步測算，目前1臺全面覆蓋主流技術(shù)的整車的價(jià)格在15-20萬元之間，對變速器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)改造的成本在9-10萬元之間，如果將動力系統(tǒng)同步進(jìn)行改造，其成本也不會超過11萬元。其經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的，對于縮減經(jīng)費(fèi)投入是明顯的。

（三）通過技術(shù)創(chuàng)新和改造這種手段來不斷提高專任教師的工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)一批具有高專業(yè)素養(yǎng)的工程科學(xué)人才。

現(xiàn)代汽車的系統(tǒng)改造工程接近于汽車主機(jī)廠的子系統(tǒng)研發(fā)內(nèi)容，其理論研究和工程試驗(yàn)的專業(yè)知識和工程實(shí)踐能力要求高，對于專業(yè)技術(shù)人員具有一定的挑戰(zhàn)性。通過創(chuàng)新改造和技術(shù)升級可以使參與實(shí)施的年輕技術(shù)人員得到鍛煉，使他們的工程實(shí)踐能力得到極大的提高，對于他們在專業(yè)領(lǐng)域的持續(xù)成長起到極大的促進(jìn)作用。

（四）探索未來（5-10年后）將現(xiàn)有教學(xué)平臺進(jìn)行二次創(chuàng)新改造滿足智能駕駛汽車的教學(xué)需求的可行性。

當(dāng)前的汽車技術(shù)發(fā)展處于一個發(fā)展方向相對明朗的時期，雖然高度智能化、能源多樣化是汽車的一個總的發(fā)展方向，但目前仍然處于一個探索期。按照現(xiàn)在的發(fā)展趨勢預(yù)估，5-10年后該領(lǐng)域?qū)境墒?。作為緊跟行業(yè)發(fā)展的專業(yè)課程教學(xué)，必須在該領(lǐng)域基本成熟的時候全面鋪開相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)，從而導(dǎo)致對該類型教學(xué)設(shè)備的需求劇增。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，可以為未來對整車教學(xué)平臺和系統(tǒng)教學(xué)平臺（教學(xué)臺架）進(jìn)行二次升級積累經(jīng)驗(yàn)、厘清技術(shù)路線。

（五）以此為契機(jī)推進(jìn)專業(yè)建設(shè)和課程建設(shè)

包括汽車類專業(yè)課程的工科類專業(yè)課程的教學(xué)對儀器設(shè)備的依賴性是很大的，對于某一門課程來說，如沒有合適的設(shè)備來支撐，其教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量將大打折扣，也就談不上將該課程和所屬專業(yè)建成精品課程和專業(yè)，更談不上推動人才培養(yǎng)質(zhì)量的穩(wěn)步提高。

三、整車實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺創(chuàng)新改造的技術(shù)路線

（一）基于專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺設(shè)備的功能創(chuàng)新

各本?？圃盒Ｆ囶愓噷?shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備一般采用現(xiàn)成整車臨時接入其他類型檢測和試驗(yàn)設(shè)備組合成完整實(shí)驗(yàn)體來完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。且該實(shí)驗(yàn)體無專門的實(shí)驗(yàn)設(shè)備而導(dǎo)致許多實(shí)驗(yàn)無法在教學(xué)平臺上完成，最為典型的就是無法進(jìn)行工況實(shí)驗(yàn)。

通過研發(fā)特定裝置與原有整車教學(xué)平臺整合，使其實(shí)現(xiàn)以下平臺的動態(tài)工況模擬實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時顯示功能：

1.自動變速器（傳動系統(tǒng)）的運(yùn)行工況模擬及數(shù)據(jù)實(shí)時顯示

動態(tài)模擬AT、CVT、DSG（DCT）等類型自動變速器在不同行駛需求下的所有檔位執(zhí)行工況，并實(shí)時顯示讀取對應(yīng)工況的車速、負(fù)荷信號、執(zhí)行元件占空比、液壓值等數(shù)據(jù)。

2.制動系統(tǒng)的運(yùn)行工況模擬及實(shí)時數(shù)據(jù)顯示

動態(tài)模擬制動系統(tǒng)在不同車速下的常規(guī)制動、緊急制動、停車、側(cè)滑等工況，并能顯示讀取實(shí)時工況下的對應(yīng)數(shù)據(jù)。

3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)行工況模擬及實(shí)時數(shù)據(jù)顯示

動態(tài)模擬電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同行駛狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向盤扭矩值變化，并能顯示讀取對應(yīng)工況下的扭矩值。

（二）基于平臺功能創(chuàng)新的平臺結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

對應(yīng)于功能的平臺將在平臺整體結(jié)構(gòu)上滿足整車靜態(tài)、系統(tǒng)動態(tài)的多工況模擬的要求才能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的要求。平臺集成三個子系統(tǒng)的模擬工況裝置（車載網(wǎng)絡(luò)共享車速、負(fù)荷等工況數(shù)據(jù)）。

新的整車實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺應(yīng)研發(fā)配備具有整車水平托舉（離地20-30cm、模擬0-90km/h車速或輪速0-1200r/min）、對四輪施加不同（模擬側(cè)滑）或相同（模擬緊急制動、減速停車）限制車輪滾動的行駛阻力的裝置來實(shí)現(xiàn)平臺動態(tài)車速0-90km/h（輪速）的運(yùn)行工況模擬要求；該裝置的車速模擬功能同時用來進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤扭力變化實(shí)驗(yàn)的基準(zhǔn)參數(shù)。

（三）基于專業(yè)課程教學(xué)的技術(shù)性能及設(shè)計(jì)理念

由于用于教學(xué)的整車平臺創(chuàng)新改造只是用于專業(yè)教學(xué)，對其改造后的技術(shù)性能并不要求完全達(dá)到路面實(shí)際行駛的工況性能，如制動系統(tǒng)的響應(yīng)速度、制動距離，電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩值，自動變速器的液壓值、失速值、時滯值，發(fā)動機(jī)的加速性能等僅要求達(dá)到近似值（不低于85%）。創(chuàng)新改造后的各系統(tǒng)僅要求滿足其基本性能、控制信號有效輸入和輸出、端口設(shè)備的正常接入。在滿足安全性、可靠性、環(huán)保要求的的前提下能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室子系統(tǒng)靜動態(tài)運(yùn)行和系統(tǒng)集成的靜態(tài)運(yùn)行即可。

結(jié)語

新的教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)思路和制作工藝流程依照CKD方式進(jìn)行，該方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是簡化設(shè)計(jì)流程，省略了大量的試驗(yàn)工作，極大的降低了研發(fā)和制造成本，目前已成為全球所有制造廠采用的研發(fā)和生產(chǎn)方式。老舊教學(xué)平臺的創(chuàng)新改造完全可以按照這個方式從市場上選擇成熟的子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配和調(diào)校以達(dá)到豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、提升專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量的目的。