杨渊博 曹 林 谢敬尧

西安汽车职业大学新能源汽车学院，陕西 西安 710000

职业教育在全世界范围内有很悠久的历史，最早的系统性职业教育出现于美国，经过不断变化，形成了具有一定特色的教学制度，即社区学院和技术学院。这种教学模式既让学生完成了专业技能和知识的学习，又达到了通识教育的培养目标。同时，有一个很重要的特点是，社区大学和技术学院对于招生范围有很大程度上的放宽［1］。在日本职业教育对学生的定位不仅仅满足于掌握一种技能，而是关注对一个技能的掌握程度，更强调打造顶尖人才，承担着将高等专门学校毕业生培养成更高层次、更高水平的技术人才的职责和使命［2］。各国的职业教育都各有特色，但是职业教育的核心理念从来没有变过，即通过实践教育培养技能型人才。因此，在职业教育的学习过程中实践过程扮演着重要的角色，《国务院关于印发国家职业教育改革实施方案的通知》［3］中指出，职业本科培养方案必须满足实训内容达到课程总量50%以上，说明关于职业教育实训课程的重要性，各方面达成了一致认可。

由于我国初次实践职业本科教育，整个社会对于职业本科的认识处于一种缺失状态，尤其是职业本科的实训项目该怎么开展才能达到“层次上属于本科教育，类型上属于职业教育”的属性特征［4］。因此本文将通过电驱动实训项目的进化过程对职业本科实训要求进行分析。

一、电驱动实训项目

与燃油车相同，电动汽车行驶过程中同样需要克服滚动阻力、爬坡阻力、空气阻力和加速阻力。在燃油车系统中，为了克服启动加速阶段的较大阻力，同时满足汽车的较高车速需求，利用变速装置对内燃机的输出特性进行调整以达到“低速高扭矩输出，高速高功率输出”的特点，而电动机的输出特性恰巧具备这样的属性。上述只从动力性能对电动机的需求进行了分析，电动机非常适合作为汽车的动力单元，但是考虑到实际路况时的动力特性要求［5］，电动汽车不仅要应对市区的中速形式，还需要应对较好路况下的高速行驶。这就要求电动汽车的牵引电机不仅要有较宽的工作范围，还要在工作区域内有较高的效率。因此电动汽车测试系统，需要对牵引电机在整个工作范围进行测试［6］。

电机作为电动汽车三电系统的之一，电机的性能对于整车的经济性、动力性、操控性和平顺性等多种性能产生影响。电机测试台架是用于完成电机外特性测试的重要实验设备，在实际生产中用于绘制电机Map 图，用于测试电机耐久性等一系列测试工作［1］。对于新能源汽车专业的教学，要求学生们能掌握电机的测试和性能分析方法，因此在教学中需要用到电机测试实训台，完成电机性能的测试练习。

（一）第一代电驱动测试实训设备

第一代电驱动实训台架为兰菱Y78008 型电驱动测试一体式台架，该试验台全套主要部件包括动力电池、电池管理系统、电机、电机控制器、充电机、DC-DC、仪表、电池监视器、电动制动系统、电机测试台、加载控制器、转矩转速功率测量仪等，电机性能参数如表1 所示。电源系统采用了72V 系统，电机最高转速6800rpm，电涡流机提供最大负载5000N.m，电涡流机在运行时会产生大量的热，系统采用了外部循环水泵对电涡流机进行冷却。

表1 电机性能参数

为了进行电机机械特性测试，宋强等人［6］指出为了测试电机及控制器在各个工作点的效率，需要在工作范围内扫描测试。但是单次实训过程只有九十分钟，八人一组，包括课前准备和课后的数据处理过程，实际的实训时间不能满足上述要求，因此实际实训过程如下：

1.将点火开关打至ON，打开冷却水箱水循环系统，打开转矩转速功率采集仪，打开加载控制器，将加载控制器上的切换开关打至“手动”，将手动调节旋钮逆时针旋转到头，可以观察到LED显示表显示值接近0A。

2.旋转加载控制器上的手动调节旋钮，使得LED 显示表上的显示值为0.6A。将档位开关打至“D”档。

3.控制加速踏板，使转速从500rpm 到3700rpm，增量100rpm，观察转矩转速功率采集仪并记录相关数据。

4.旋转加载控制器上的手动调节旋钮，使得LED 显示表上的显示值为0.8A。将档位开关打至“D”档。

5.控制加速踏板，使转速从500rpm到3700rpm，增量100rpm，观察转矩转速功率采集仪并记录相关数据。

上述过程要求电机转速从500rpm 到3700rpm，按照增量100rpm 进行增加。电机的转速通过加速踏板的深度进行控制，加速踏板的行程为6cm，包含2cm 的虚位移，则加速踏板的有效行程为4cm。假设转速变化随着踏板深度线性变化，电机转速随踏板深度的变化率为170rpm/mm。测试过程中要观察转速、转矩和功率三个数据，同时控制踏板深度达到上述精度，对于测试人员的操作造成一定困难。

（二）第二代电驱动测试实训设备

在上述第一代的实训台架基础上，针对测试人员不能通过手动控制加速踏板的方式将电机转速稳定的特点，研制了第二代电驱动测试一体式台架。第二代电驱动测试实训台架的结构图如图1 所示，使用上位机对整个系统进行控制。上位机在系统中的作用主要有以下三点：一、通过发送电机控制信号给电机控制器，取代了原有的加速踏板；二、接受转速扭矩信号完成数据的采集工作；三、控制负载大小，可以实现横向数据采集（保持转速不变，变化负载）。

图1 第二代电驱动实训台结构图

上位机的编写是基于LabView 软件，根据测试任务的需要。测试软件主要包含扭矩补偿命令发送、保存数据、负载信息发送、加速信息发送和采集数据等子程序。

上述程序有效解决了电机转速精确调控的功能，通过8 位的数字信号组成的0 ～255 个数字，使电机的转速控制精度可以达到±26rpm。较加速踏板控制方式提高了很多。整个系统在数据传输的方式上都采用了基于ESP8266 的物联网无线传输方式，在极低的功耗下实现了无线传输，简化了传输线路。

（三）硬件的进化

根据不同层次的教育对实训项目提出的要求，实训项目必须在硬件上进行升级，主要体现在数据集采和数据记录，以及设备的控制方面。升级前的设备为了让学生能够更好地和实际产生联系，在电机的转速控制方面只采用了加速踏板这种直接的方式，该方法确实可以很好地让学生理解实际驾驶过程中加速的感觉，但是在控制精度上面有了一定的难度。

本次硬件的升级从以上三个方面入手。首先进行了控制装置的升级，引入了平行控制的方法，在加速踏板的基础上增加了数字控制的方式，通过上位机直接将控制信号发送给电机控制器。控制信号使用一个字节的数字量，使电机的控制信号从行程2.6cm 的加速踏板运动改成0 ～256 的数字量，电机最后的精度可以达到±26rpm。

数据采集和数据记录方面主要是将原有系统通过数码管显示的方式，升级为通过上位机曲线显示的方式，可以方便学生们直接观察曲线的变化趋势，对控制电机的各项参数有更好的指导作用。因为采集数据的方式改变了，相应的数据记录方式也从原来的人工记录方式改为上位机自动保存，节省了数据记录花费的时间，可以有更多的时间去设计怎么完成实训任务。以实现培养更高层次人才的目标。

（四）操作系统的进化

操作系统的进化是和硬件进化同步进行的，根据硬件的升级，基于LabVIEW 设计了上位机。将三个控制旋钮用虚拟控件所替代，将驱动电机的运行命令也通过上位机上的虚拟按钮去控制。对操作系统升级以后，操作的便利性大大提高，结合数据显示方式的进化，整个系统的可控性有了改进［7］。

二、实训要求分析

电驱动实训项目作为《电动机结构和原理》课程的课内实训项目之一，是为了让学生能更好地理解电动机的机械特性，并能绘制出电动机的特性曲线［8］。

（一）高职专科层次要求

职业教育在我国已经有了很长时间的实践了，从最早的中专、中职到高职一直以培养一线技术工作者为目标。电驱动实训项目对高职专科提出的要求也是能满足第一线的设备操作和数据采集等工作，即可达到培养目标。

因此，在针对高职专科进行的实训报告设计中主要强调动手能力，实训报告中为高职专科的学生制定了电池包电压电流检测、电机转速扭矩采集和数据后处理三项工作，同时也说明了上述工作内容的具体步骤，同学们只需按照流程完成操作。

（二）职业本科层次要求

对于职业本科而言，和职业本科一样都是以一线技术人员为培养目标，但在实际的工作能力上，对职业本科提出了更高的要求。要充分发挥职业本科作为高层次职业教育桥头堡的作用，要让学生在掌握实操能力的基础上，具备一定的理论知识。这体现在实际的实训过程中，就要求职业本科的学生能够按照实训目标自主完成操作流程的设计［9］。

在本次实训过程中要求学生深刻理解纯电动汽车驱动电机在不同工况下的效率变化情况，还需要去检测各种工况变化过程中，电池包输出电流和端电压的变化情况。通过上述两个实训能使学生理解电机匹配工作的原理和重要性，同时对电池管理系统的作用有更深刻的认识［10-11］。

三、总结

本文以电驱动实训平台的进化过程为研究对象，说明了职业本科教育不同层次的培养目标对实训过程的不同需求，体现了不同层次人才之间的技能侧重点不同。对于高职专科层次，实训项目的设计应该更贴近实际生产过程，并且是成熟的生产过程，因为相比之下高职专科理论知识储备不充足，对于职业本科层次，实训项目的设计在保证一定的实际操作训练的同时，应该保证有一定量的自主思考过程。具体的就是不再为学生们制定统一的实训流程，将实训内容设置为以目标为导向的任务。让学生结合自己所掌握的理论知识先完成实训过程的设计再去进行实训过程，这就要求我们的实训设备具备易操作和数据处理方便的特点，才能让学生将更多的时间投入到思考和设计实训流程中。

以上是基于电驱动实训平台进化过程对职业本科学生实训要求的分析，希望本文可以为更多的实训平台建设和开发提供思路。