李刚 石晶 刘树伟 秦玉英 陈双

摘 要：本文针对《汽车理论》课程实验教学条件缺乏、学生缺少实验机会问题，进行了基于驾驶模拟器的《汽车理论》课程实验教学改革方法探索。分析了汽车理论课程的特点、目前汽车理论实验教学存在的问题，介绍了基于驾驶模拟器进行汽车理论实验的优势，给出了基于驾驶模拟器的汽车理论实验方案并进行了相应分析。分析表明基于驾驶模拟器的汽车理论实验可有效解决目前实验条件不足问题，能够激发学生学习兴趣和提升创新实践能力。

关键词：汽车理论；实验教学；驾驶模拟器；教学改革

1 汽车理论课程特点和实验教学改革的必要性

《汽车理论》课程是汽车类专业的核心主干课程，内容包括基本力學理论分析、评估、测试等方面，理论课程的特点是强调计算和分析工作，学生多感觉难度比较大。

本课程为《汽车设计》课程提供理论依据，是车辆工程专业学生考研进修、工作进行产品开发的重要基础。

教学理论认为，学生只有通过大量的实验对理论知识进行验证，才能对所学课程建立较深层次的认识、理解，最终实现灵活运用。因此，如何通过实验教学改革，促进理论研究，提高教学质量的汽车理论面临的一项重要任务。

2 驾驶模拟器实验教学平台介绍

车辆驾驶模拟器主要由实车驾驶舱，各种传感器、投影仪、圆形屏幕，计算机实时仿真系统和仿真软件组成。我校目前驾驶模拟器采用的仿真软件是车辆系统动力学仿真软件CarSim软件和Matlab/Simulink软件，实时仿真系统为dSpace公司的1103产品。实验人员首先在计算机上通过CarSim仿真软件选择车型或者根据实际情况修改车型参数，然后设定仿真实验工况，将CarSim与Matlab/Simulink联合仿真程序编译下载到dSpace1103控制器里面。应用dSpace公司的Controldesk软件编写监控界面，实验时根据需要实时显示和保存所需数据。实验时驾驶员在驾驶舱内根据环形屏幕显示的实验工况场景，操纵方向盘控制汽车转向，踩加速、制动踏板控制车速。驾驶模拟器同时配备音响设备，实验时根据车辆行驶状态发出发动机工作声音、制动过程轮胎与地面摩擦等声音，使整个实验模拟过程显得更加逼真直观。

对于汽车理论实验，根据具体实验要求可以在驾驶模拟器上选取相应车型或者通过修改参数得到相应车型，设置相应的仿真实验工况进行实验，并通过数据采集系统对仿真车辆模型相应实验数据进行采集。

3 驾驶模拟器在《汽车理论》实验教学改革中的应用

3.1 改革的基本出发点

基于驾驶模拟器实验教学平台，《汽车理论》实验可以在原来的单一实车实验基础上增加驾驶模拟器实验，使受实验条件限制的实车实验如汽车急加速实验、高速制动实验、操纵稳定性实验可通过驾驶模拟器进行实验。驾驶模拟器汽车理论实验是对原有的单一实车实验教学体系的改革，同时利用驾驶模拟器实验教学平台可为学生提供一个探索性实验平台，提升学生创新实践能力。

3.2 改革方案

驾驶模拟器在《汽车理论》实验教学改革中的应用方案可包括以下三个方面。

3.2.1 指导学生熟练掌握仿真软件和驾驶模拟器的使用

指导学生进行车辆系统动力学软件CarSim的学习、编程软件Matlab/Simulink的学习和驾驶模拟器的操作学习。汽车仿真软件中，CarSim软件作为车辆系统动力学商业化软件相对于其他软件具有使用方便、易于理解、难度适中、仿真速度快的优势。CarSim软件能够与Matlab进行联合仿真，而Matlab软件是目前最常用的数据计算和分析处理软件。要求学生在学习《汽车理论》基本理论基础之上，能够应用CarSim软件确定车型、设计仿真实验工况进行仿真分析、提取实验数据，能够应用Matlab软件对所提取数据按照处理方法进行编程、绘图与分析实验结果。根据实验具体要求，要求学生能够很好使用驾驶模实验台进行实验工况设计、驾驶操作和进行实验数据的提取、分析。通过CarSim仿真实验、Matlab仿真实验、CarSim与Matlab联合仿真实验使学生深入理解与掌握汽车理论知识，提高学生学习积极性和《汽车理论》课程的教学质量。

3.2.2 增加驾驶模拟器《汽车理论》操纵稳定性实验学时

目前我校《汽车理论》实验主要包括电动机动态实车试验2学时，刹车实车实验2学时，舒适实车实验2学时。车辆操纵稳定性实验和一些极端条件下（如低粘附道路严重加速实验中，低粘附道路高速制动实验和紧急双线），由于受到实验场地、实验设备和人员限制，不能真实车辆实验，因此可增加驾驶模拟器汽车操纵稳定性实验2学时，极限工况实验2学时。

3.2.3探索性实验设计

打开一个驾驶模拟器测试台上，学生们在学习的过程中遇到的一些问题理论或研究汽车性能分析、探索性的控制问题可以通过设计实验验证在驾驶模拟器实验台进行验证。探索性实验包括一般问题的分析实验、创新实验两部分。实验设计通过学习者为中心的学习方式，激发学生的学习兴趣，启发学生思考和讨论，提高实践创新能力，扩大开放的学习过程。

3.3 初步实践效果

抽取部分学生在驾驶模拟器实验教学平台进行了汽车理论相关实验，一些学生的毕业设计题目基于驾驶模拟器实验平台进行。实践结果表明，学生对驾驶模拟器实验积极性高、思维活跃，对原本感到枯燥的汽车理论知识产生了浓厚的学习兴趣，并进行了多个探索性实验研究，其中一名同学的基于驾驶模拟器的汽车性能分析毕业论文还被学术期刊录用。

4 结论

基于驾驶模拟器的《汽车理论》实验教学改革，可有效解决目前汽车理论实车实验少、汽车理论实践教学缺乏、汽车理论教学过于抽象导致学生学习汽车理论兴趣不足等教学问题，能够很好提高学生学习积极性、提升学生创新实践能力。驾驶模拟器实验教学平台为汽车理论实验提供了一个良好的教学平台，在提高汽车理论教学质量方面可发挥重要作用。

【基金项目：辽宁省普通高等学校本科教育教学改革研究项目（UPRP20140726）；辽宁工业大学2014年教改项项目（2014008）】

参考文献

[1] 鲁力群.项目驱动下的汽车理论课程改革及实践[J].大学教育，2013（16）.

[2] 隗寒冰，李军.基于AVL/Cruise仿真平台的汽车理论实验教学改革研究[J].科技信息，2010（29）.

[3] 黄兵锋.MATLAB软件在汽车理论教学中的应用[J].科技信息，2010（08）.

[4] 杨雪松.MATLAB/Simulink&Simdriveline在汽车理论教学中的应用[J].科协论坛（下半月）.2010（03）.

[5] 李晶，任祖平.现代汽车教学实验室的构建[J].实验科学与技术，2007（06）.