马彬 童亮

摘  要 针对目前智能网联汽车课程内容较多、关注问题较全面及开设的课程课时限制问题，对教学内容进行优化整合研究。以OBE理念为基础，结合智能网联汽车智能感知、决策和控制三个关键内容，将智能网联汽车技术整合、控制理论基础算法基本原理、智能车辆先进驾驶辅助系统、基于MATLAB的编程能力培养等内容进行梳理整合，同时给出建议教学学时。优化后的课程知识结构更加合理，覆盖面更广，符合新工科建设及一流本科专业建设的需求。

关键词 OBE理念;车辆工程专业;智能网联汽车技术;MATLAB

中图分类号：G642.0   文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）24-0072-04

Optimization of Teaching Content in Intelligent Networked Ve-hicle Technology//MA Bin， TONG Liang

Abstract The teaching content is studied and optimized pointing to the more course content， comprehensive concerns and the limitation of course hours in the course of Intelligent Networked Vehicle. Based

on the idea of OBE， four parts are sorted out， integrated and some suggestions are given in teaching hours according to the three domi-

nate contents of intelligent perception， decision-making and control，

including the integration of intelligent networked vehicle technology，

the basic principle of control theory algorithm， the advanced driving assistance system of intelligent vehicle， and the programming ability training based on MATLAB. The optimized knowledge structure of the course is more reasonable and had a wider range， which meets the needs of new engineering construction and classic specialty con-struction.

Key words idea of OBE; vehicle engineering; intelligent networked vehicle technology; MATLAB

0  概述

智能网联汽车技术是智能车、自动驾驶车辆方向的重要课程之一，是集复杂传感器感知技术、现代通信与网络技术、导航与定位、车辆系统动力学/运动学、现代智能决策与控制理论为一体的综合性多学科交叉课程，也是理论联系实际的课程[1-3]。课程目标是为学生从事智能车辆开发等工作提供一定的理论和实践基础，提升学生的专业理论水平和实践能力，具有很强的理论性和实践性。目前，随着智能网联汽车的快速发展，对智能网联汽车相关技术及服务人员的需要出现爆发式增长，而培养体系过多注重新能源汽车相关技术的培养，缺乏系统的智能网联汽车相关技术知识。根据工程教育认证和一流本科专业建设要求，车辆工程专业培养计划需要顺应国家和行业的需求，将智能网联汽车融合入车辆工程专业建设当中，从而适应社会对相关人才的需求。

智能网联汽车是指通过车载环境感知系统（典型如激光雷达、深度摄像头、组合导航等先进车载传感设备）和通信信息终端实现与车、路、人等的信息交换，具备智能决策和协同控制的新一代汽车，能够替代人来做驾驶决策及操作。其中，智能网联汽车技术包含车辆智能感知、决策和控制三個关键内容，各内容之间既存在紧密联系，又存在较大差异，是一个有机的整体[4-6]。可以看出，智能网联汽车技术包含较多教学内容，而受限于课时缺乏，如何在有限的课时安排下使智能网联汽车技术教学达到相应的效果，是当前尚未解决的关键问题。

当前，国内车辆工程专业智能汽车与新能源汽车技术方向主要培养具备智能汽车与新能源汽车技术等专业知识和工程技术能力，能从事汽车设计、研发与服务等方面工作的高素质应用型工程技术和管理人才。北京信息科技大学需要根据目前智能网联汽车开发要点、技术需求现状和智能网联汽车产业的发展方向，对智能网联汽车技术现有教学内容和教学资源进行优化，整合及新增智能算法基础、优化算法与典型控制算法，从而构建面向首都的融传授知识、培养能力、提高素质于一体的具有自身特色的智能网联汽车技术课程。

1  智能网联汽车技术课程内容现状分析

1.1  教学内容向多学科融合方向发展

随着新能源、人工智能、新一代通信等技术与道路交通的深度融合，智能网联环境成为未来道路交通的重要形态。智能网联汽车是交通、车辆、新一代通信技术、现代控制理论与智能算法的结合体，内容涉及智能汽车先进传感器技术、环境感知技术、导航定位技术及先进驾驶辅助系统及其控制等，可归纳为感知、决策和控制三个方面的关键内容。然而，如何将先进的感知系统、决策过程和控制方法等关键核心技术融入智能网联汽车技术课程中，成为教学人员需要解决的一个重要问题。

1.2  学生通信、控制方法基础薄弱

目前，车辆工程专业课程设置主要针对汽车设计和构造、新能源汽车技术等开展相关课程的教学。基础课程包括汽车理论、汽车设计、汽车构造、发动机原理等;控制理论基础方面，只对经典控制理论中的机械控制工程进行学习;通信及程序编译方面，课程设置为C语言程序设计B、数值计算方法与应用、电子技术基础、电工技术基础等。

由课程结构可以看出，目前车辆工程专业的教学多针对传统课程教学，目标是使学生掌握一些基础编程和电工电子技术，但是在智能网联汽车中广泛使用的现代控制理论中的状态方程建模及求解[7-8]、智能网联汽车所需通信及控制策略的编译等存在一定的不足。因此，开设的智能网联汽车技术还应考虑学生的基础知识储备问题，才能培养能从事汽车设计与研发、生产经营与管理、产品营销与服务等方面工作的高素质应用型工程技术和管理人才。

1.3  课程内容丰富，学时受限

同时增加实践类内容的比重，从而培养学生解决复杂工程问题的能力和“双创”能力。然而，在实际教学过程中留给智能网联汽车技术的理论教学学时较少，学时问题一直是未能解决的关键问题。现行智能网联汽车技术类课程主要分为智能汽车感知与导航技术、智能汽车网联技术和无人驾驶车辆技术基础等，一般通过2～3门课程对智能车辆感知、决策和控制分别进行详细阐述。虽然现有教材能够充分展现智能网联汽车技术中新能源汽车的关键内容，但对智能网联汽车技术的整合程度较低，当前学时要求不能保证学生选择所有课程。因此，这就需要在有限的学时内整合课程资源和课程体系，使学生掌握智能网联汽车关键技术，为教学目标达成和就业提供必备的理论基础。

2  基于OBE理念的教学内容优化

所谓OBE理念，是指“以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式，是以学生为中心，以培养目标与毕业要求为导向，通过课程体系等支撑毕业要求，进而支撑培养目标，实施内外部评价反馈的持续改进体系”。这就要求以培养目标为基础，反推教学过程中的课程设计、实践课程设计等，以具有明确学习目标的形式来规划课程和实践内容，需要从教学和实践的多种角度来激发学生学习的热情，增强教学效果。

一方面，结合当前智能网联汽车技术课程内容缺陷和在教学计划中所承担的具体任务，需要在对现有内容进行整合梳理的基础上，适当添加控制理论基础中与智能汽车关联性最大的基础内容，适当增加机器学习和人工智能基础内容部分，为智能网联汽车技术开发提供必要的理论基础。

另一方面，针对课程中动力学方程建模、状态方程求解、最有估计及轨迹规划过程中需要具备的计算机求解和控制程序编辑的需要，以OBE为目标添加MALTAB课程内容并开设课内实践环节。根据不同的编辑内容和特点，灵活运用多种教学方法，充分利用多媒体、网络信息技术，并辅以多媒体技术课件、网上自主式学习等多种教学手段和形式开展教学，调动学生学习积极性，促进学生对算法编译能力的提高[9]。通过这种混合教学模式，使学生具备从事智能网联汽车技术开发的计算机编程基础，培养学生解决复杂工程问题的能力和“双创”能力。

2.1  现有智能网联汽车技术整合

按需进行教材整合和内容调整，同时强化教材整体性，加强立体化教学内容建设。在现有课程资源的基础上，将智能网联汽车内容主要分为车辆建模基础、控制原理和智能系统三部分关键内容。首先，对车辆建模基础进行完善和优化，以原理的形式进行简要介绍，从而解决学生通信基础知识不足的问题。其次，控制原理部分适当地增加优化控制的内容，并通过车辆智能决策过程的介绍来实现对优化控制的补充，以实例开发的形式进行理论内容的加深和理解;最后，在车辆智能系统部分介绍无人驾驶车辆主动转向控制技术、路径规划及路径跟踪技术、智能网联汽车智能防撞技术、车辆智能检测技术、智能汽车车道保持技术、智能汽车自适应巡航技术及智能网联汽车车路协同控制技术等关键技术，进一步提高理论的实用性。

2.2  控制理论基础算法基本原理

控制是智能网联汽车的核心内容，也是智能网联汽车教学的关键。根据智能网联汽车关键系统的开发需求，在对智能网联汽车进行建模的过程中，需要大量的矩阵运算和代数方程求解以及深厚的数学功底才能够掌握。依据学生基础课程设置现状，提取现代控制理论中与智能网联汽车相关的基础内容，将控制理论基础算法及流程开发、最优控制基本原理、智能决策基本原理、控制方法等内容补充进入智能网联汽车中。此外，针对智能车辆多传感器特征，通过传感器数据进行状态估计是智能车辆中不可或缺的关键内容，因此，通过添加卡尔曼滤波这一经典最优估计算法，填补学生在这一块儿的空白。通过整合，内容基本包含智能网联汽车的最优估计和控制基本理论，使教学内容更加贴合OBE理念，更好地支撑培养目标，也为外部评价反馈的持续改进提供基礎。

2.3  智能车辆先进驾驶辅助系统

使学生具备智能网联汽车技术开发等技术基础是智能网联汽车培养人才的另一个关键目标，因此需要对智能网联汽车先进驾驶辅助系统进行具体介绍，也是车辆建模、决策和控制等相关内容的实际工程应用。针对自适应巡航控制和智能网联汽车车路协同控制技术的关键内容，对自动驾驶车辆主动转向控制、路径规划/跟踪、车道保持技术、自适应巡航控制等控制技术进行整理。针对这些控制策略的基本控制过程，以及当中所涉及的感知信息获取与处理、动力学建模及仿真要求、控制策略建模及求解、控制变量的选取和所施加控制需要的建模、规划及控制的理论和实际应用内容进行归纳和整理，形成智能车辆先进驾驶辅助系统新章节。

2.4  基于MATLAB的编程能力培养

控制策略开发分为控制算法仿真部分和硬件系统仿真部分。智能网联汽车重点突出车辆的控制，对学生的代码书写能力要求较高，即便当前出现代码生成、硬件在环仿真等控制策略验证方法，控制策略开发过程中的MATLAB代码读写仍然是不可或缺的关键内容。因此，在对智能网联课程内容进行设计时，不仅要强调理论控制策略的控制过程和控制原理，还应从代码读写方面进行内容的调整。这样一方面能够对理论教学进行进一步的强化，使学生在实际编译过程中能够理论联系实际，加深理论应用;另一方面能够提高学生的思维能力，同时培养从实际过程中解决实际问题的能力。在对课程内容进行设计时添加MATLAB的卡尔曼滤波实现、MATLAB的矩阵最优求解、基于MATLAB的轨迹规划技术等智能网联汽车关键内容的MATLAB编程和代码实现。

经过调整后的智能网联汽车主要教学内容如图1所示，教学内容如表1所列，建议学时如表2所列。

3  结论

以智能网联汽车智能感知、决策和控制三个关键内容为依据，针对课程內容较多、关注问题较全面及开设的课程课时限制问题，对现有教学内容进行梳理整改，梳理整合智能网联汽车技术整合、控制理论基础算法基本原理、智能车辆先进驾驶辅助系统、基于MATLAB的编程能力培养等内容，并列出建议教学学时。通过课程内容优化，使课程涵盖面更广，知识结构更加合理，课程体系和教学内容更加符合新工科建设及一流本科专业建设目标的需求。优化后的教学内容有助于提升学生的学习能力、实践能力及创新能力，确保教学质量的提高和培养的人才能够更好地服务社会，适应智能网联汽车技术的发展和需求。■

参考文献

[1]李祎承，蔡英凤，王海.车辆工程专业智能网联汽车课程改革研究[J].教育教学论坛，2020（51）：165-167.

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[3]李学慧，李玉善.《智能网联汽车技术》在线课程建设探索与实践[J].教育现代化，2019，6（44）：105-107.

[4]王瑾.汽车智能网联与新能源技术趋势下汽车电子技术专业课程设置[J].南方农机，2020，51（18）：140-141.

[5]赛迪智库网络政策研究所.智能网联汽车政策解析[N].中国计算机报，2021-02-01（012）.

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[8]何德峰，俞立，徐建明.基于MATLAB的现代控制理论实验教学实践[J].实验技术与管理，2016，33（3）：123-126.

[9]袁也.基于行动导向的汽车“三化”融合的课程开发与研究：以《智能网联汽车技术》课程为例[D].天津：天津职业技术师范大学，2019.