RC模型在职业学校汽车类专业中的应用

2020-03-28焦传浩

现代职业教育·高职高专 2020年40期

焦传浩

[摘要] 汽车前沿技术的相关内容在职业教育系统中的占比不大，但中等职业学校或技工院校的教学设备若想涵盖新能源汽车、线控汽车、无人驾驶汽车及物联网汽车这一部分认知层面的知识，却需要做出很大投资。调研汽车专业前沿技术教具的缺失程度，同时论证无线电控制模型（简称RC模型）作为汽车前沿技术补充教具的可行性，从而提出一套增强职业学校学生对汽车前沿技术认知的低成本解决方案。

[关键词] 职业教育;前沿技术;教学设备;RC模型

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0602（2020）40-0119-03

汽车前沿技术的示教设备一直是职业教育的盲区，近年来有关电动汽车的教学设备虽稳步增长，但有关汽车线控技术、无人驾驶汽车、智能网联汽车的具象化示教设备仍是空白。其原因在于汽车前沿技术的知识比例小、设备成本大，因此本文提出一种应用RC模型作为教学补充的方案，并对其可行性做出初步论证。

一、RC模型

RC是radio control的首字母简写，直译为“无线电控制”，RC模型有独立动力总成，人—机转化系统，渐进的油门刹车，独立悬挂、齿轮齿条配合步进电机的转向系统、齿轮，皮带或轴传动机构，包含球头球笼和万向节的前后羊角，总体来说，是一个微缩的完整车辆，其采用线控控制技术，可拓展L1级无人驾驶，可搭载物联网模块，可改装性极强。

二、汽车类专业前沿领域教学设备的短板

（一）职业学校汽车前沿技术知识比重

中等职业学校和技工院校系统中，劳动部教材以总章节中20%的比例对汽车新技术做了认知要求，即汽车类专业毕业生知识结构的理想状态应符合图1（其中前沿领域包括电动汽车、线控汽车、无人驾驶、车联网四大类），而与之对应的教学设备应成关联比例。

（二）职业学校汽车前沿技术教具比重

通过走访天津市劳动保障技师学院、天津市机电工艺学院、天津市东丽职教中心学校、天津市南洋工业学校、沧州市职业技术教育中心、唐山市开平区综合职业技术学校这六所位于雄安新区内的中等职业学校和技工学校，发现其教学设备的数量构成如下。

要特别说明的是，图2中12%的前沿领域全部来自于新能源汽车，有关线控汽车、无人驾驶汽车、网联汽车的教学设备是零。

（三）RC模型用于解决上述问题的潜力

1.從体积上，RC模型多采用整车的1∶10比例构架，无须专门的实训室，对装配和操作空间没有严格要求，若合理分组，完全可以在常规教室中使用。

2.从安全性上，RC模型的动力电池组电压在14.8v（4S）以下，辅助电池组在7.4v（2S）—11.1v（3S）之间，均处于安全电压范围。

3.从经济性上，图示入门级RC模型的部分电器设备价格如下表。

从中我们可以看出，RC模型与整车电器相比，投入甚微。

当然，以上只是将RC模型补充到教学设备体系中的先决条件，下面章节中我们将对RC模型所能涵盖的教学内容开展讨论。

三、以纯电动汽车为例对比RC模型和整车认知效果

将RC模型应用作为教学设备的补充，需要论证RC模型从结构、原理和功能层面与真实车辆的相近性。

（一）RC模型从结构上高度贴近新能源汽车

本小节我们以电动RC模型的结构展开说明。

图3是电动RC模型的动力元器件连接图，图4是纯电动汽车的动力元器件连接图。从图上我们可以看出，两者构件上的相似程度达到77%左右，主要区别在于驱动电机的工作形式带来的差异，交流电机需配合逆变器使用，而直流电机在RC模型上则可以直接使用，电动汽车上的DC—DC模块实际上连同BMS一起整合到了RC模型的外挂充电机中。所以，除逆变器外，我们可以看出RC模型几乎具有电动汽车的一切关键零部件。

（二）RC模型可执行并实现与电动汽车相同的动作和功能

1.整车控制器

RC模型的整车控制器，与电动汽车整车控制器一样采用数字信号，从图5可以看出，RC模型不仅可以调整油门，其刹车踏板的线性特性还可以实现编程混空，甚至可以精细设定车辆的ABS功能。

2.外挂充电机+BMS模块

RC模型的外置充电机+BMS模块可以执行包括常规锂电池、聚合物锂电池、磷酸铁锂电池、镍氢电池等多种电池组在内的电池均衡、电池阻抗测试、充电、快速充电、放电任务，涵盖电动汽车车载充电机和BMS模块的90%以上功能。

3.电机和电机控制

RC模型区别于电动汽车，使用有刷（或无刷）直流电机，但其控制器的基本控制逻辑相同。整车控制器发送的数字占空比信号，在电机控制器中转化为PWM波输入电机（图6），从而实现对电机的线性控制。

四、基于RC模型的线控汽车、无人驾驶汽车、物联网汽车拓展

（一）线控汽车

电动RC模型的整车控制器，接收的驾驶员操作信号是无线电信号，向电机控制器、转向舵机、换挡舵机等执行机构发送的执行信号是数字信号，属于典型的线控系统。应用在教学中，学生可以直观观察线控系统的构成和动作，还可以通过整车控制器监控屏幕掌握指令参数，增强对线控技术的认知。

（二）无人驾驶汽车

基于线控驾驶的RC模型，操作层面上无须机械输入，以此为基础，可轻松添加无线图传、短波雷达等装备，实现可视距离之外的驾驶操作。L1级别的无人驾驶在RC模型上非常容易实现。在无线图传系统的辅助下，车辆的“视觉”“听觉”及“语音”系统可以实时传输到无线电发射端（发射端对应需要具备显示器，麦克风和扬声器），这样就可允许RC车辆驶出可视范围之外，而整个过程可由学生自主装配。

（三）智能网联汽车

4G通讯网络的介入可以使RC模型进入车联网领域。单一装备物联网模块的RC模型可以向云端上传信息或接收指令，两台装备物联网模块的RC模型则可实现V2V通信，若具备物联网功能的公共基础设施模块参与，RC模型也可实现V2X通讯。学生可以通过云端实时查看车辆信息和其他车联网功能，包括车辆位置、行驶轨迹、和电子围栏功能。

五、结论

RC模型作为职业学校汽车前沿技术的补充教具，具有占用空间小、使用安全、成本低、功能完善的优势，同时需要指出，RC模型也是目前能同时满足“线控+无人驾驶+车联网”的最小单元，考虑到职业学校这三个门类的示教设备几乎为零，我们有理由相信将应用RC模型作为职业院校汽车前沿技术相关方面的补充能够在不改变现有实训场地条件的前提下，快速填补空白，最终完善教学设备的组成结构。

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