充分利用影音文件提高汽车试验学课程教学效率

张小龙

摘要：汽车试验学课程将试验理论与汽车性能紧密结合，实际中学生因实践学时不足对汽车性能的表现形式、测试系统的结构和原理等概念模糊。论文提出提炼科研素材，将试验影音文件添加到多媒体课件中，深入讲授课程中的难点和抽象内容。论文以汽车制动性能为例，采用了作者进行汽车道路试验科研中的试验视频文件、汽车动力学仿真软件Carsim仿真动画，以及自制的计算机软件分析录屏文件等进行课堂教学。多次实践教学表明：影音文件的利用有效提高了教学效果、激发学生学习兴趣，并对进一步拓展相关试验手段和技术具有很好的促进作用。

关键词：汽车试验学；影音文件；教学改革；汽车制动性

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）33-8039-03

“汽车试验学”是车辆工程专业核心课程，是继汽车理论和汽车设计之后，深入认识汽车运动性能并进一步奠定汽车动力学及电子控制基础的理论与实践紧密结合的课程。“汽车试验学”课程涉及到传感理论、测试理论与测试系统构建、实验数据分析与软件开发等，特别是要与汽车道路试验具体工况结合考虑系统可靠性、多测试设备数据同步，以及一些CAN总线通讯技术等，内容多、涉及面广，通常车辆工程专业学生在这方面的基础较薄弱，学生也普遍反映该课程难学。

主要原因有：一是先前课程如单片机原理、测试技术基础等课程实践学时少，建立不起理论和实践之间的联系；二是对汽车测试技术了解不足，随着汽车工业的发展以及人们对汽车性能要求的提高，许多新的测试技术和先进设备已经涌入汽车行业，而相关认识需要较长的时间积累，相关文献和教材少有提及；三是支持汽车试验学课程实践教学条件不足。

为了进一步提高“汽车试验学”课程教学效率，作者在“汽车试验学”课程教学中引入作者多年从事汽车性能试验的视频文件、汽车动力学仿真软件Carsim仿真动画，以及自制的计算机软件分析录屏文件等，在实践教学中起到了很好的效果。下面以汽车制动性能测试为例进行阐述。

1教学内容设计

汽车制动性能测试研究内容很广泛，广义上的弯道制动属于汽车操纵稳定性能范畴，应将授课范围缩小到汽车直线制动性能测试方法和数据处理内容上来。首先在回顾汽车制动系统结构基础上，给出制动力产生的原理以及存在的主要影响因素。然后结合实际生活经验描述汽车制动性包含的短距离停车和维持车速下坡两个方面，引入评价汽车制动性能的3个主要评价指标，并将重点进一步缩小到汽车制动效能测试上。接着根据汽车制动效能测试要求构建道路试验测试系统，分析目前国内外主要采用的测试设备和测试方法。最后根据典型试验设备，对其试验数据展开现场数据分析。

2教学素材选择与使用方法

根据教学内容设计，我们在课程多媒体课件中设计了如下素材，并将在应用中不断修改完善。

1）实际道路试验视频文件截取与格式转换。

汽车制动效能包括制动距离和制动减速度两个方面。一般情况下，对汽车制动效能的测试需要一定的前提条件，如紧急制动操作、车载情况（满载/空载）、路面附着情况、制动初始速度等。通常，路面附着情况对制动效能影响很大。我们学校的学生主要来源于安徽省，在冰雪路面上的汽车制动运动行为少有印象。在教学中，我们不但选择了高附着路面（水泥或沥青路面）汽车制动性能视频，如图1a所示，还重点给出了冰路面和压实雪路面汽车的制动性能测试视频，如图1b和图1c所示。这些视频文件主要来源于作者在研究汽车制动防抱死系统（ABS）科研试验，在PPT上使用时，还用转换软件将其转成了gif格式。

2）典型测试仪器设备及车上安装。

近年来GPS技术在汽车道路试验领域取得了广泛应用，在这之前主要采用光学传感器来完成速度的测量，但显然在冰雪路面上这种通过道路表面反射信号测量速度的方法效果是不好的。实际中我们采用了英国Racelogic公司开发的VBOXIII设备[1]，其是一个专门用于汽车道路试验的数据采集器，集成了GPS测试功能，并具有多路模拟输入/输出、数字输入/输出、CAN数据采集与传输功能，在教学中也重点讲解其测试原理和功能，以及基于其如何构建测试系统等，具体如图2所示。

3）引入先进汽车动力学仿真软件Carsim

CarSim是美国MSC公司设计、专门针对车辆动力学的仿真软件，可以实现硬件在环仿真，与Matlab/Simulink混合仿真等[2]。通过仿真车辆对驾驶员，路面及空气动力学输入的响应，预测汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性等，已被广泛地应用于现代汽车控制系统的开发。图3是基于Carsim7进行120km/h速度下双移线（DoubleLineChange，DLC）试验仿真界面和过程动画截图。

4）引入先进汽车测试数据分析软件VBOXTools

VBOX系列产品配套的数据处理软件VboxTools具有仪器设置、在线监控、强大的数据分析功能等，且操作简便，非常适合作为数据分析教学平台使用。图4是作者基于VBOXIII进行100km/h制动初速下的制动性能测试试验分析界面，图中当前显示包括速度、轨迹和速度值等，均可以根据用户需求更改。

5）自制数据分析视频文件

选择基于VBOXIII采集到的汽车在不同制动初始速度下高附录面紧急制动试验数据，应用VBOXTools软件进行打开、截取、保存，并基于matlab软件打开保存的数据、编写软件、软件解读和运行结果分析，所有在计算机上操作过程进行录屏，便于在上课时进行解读。图5是视频文件中截取的2张图片，其中图5a是matlab文本程序，图5b是其运行结果，计算得到的制动初速度在120km/h时的充分发出平均减速度为7.6175m/s2。

3结论

汽车试验学课程是理论和实践紧密结合的专业课，教学时存在车辆工程专业学生基础实践认知薄弱、实践教学条件不足等问题，作者提出充分利用科研积累视频文件丰富教学内容的方法，具体采用了汽车道路试验科研中的试验视频文件、汽车动力学仿真软件Carsim仿真动画，以及自制的计算机软件分析录屏文件等。多次实践教学表明了此方法有效提高了教学效果、激发学生学习兴趣，由于将抽象内容直观简单化，对进一步拓展相关试验手段和技术起到很好的促进作用。

参考文献：

[1]RacelogicLtd.VBOXIII100HzwithRTKRLVBR2G2[M].2007.

[2]MechanicalSimulaitonCorporation.VehicleSimSGUI（SimulationGraphicalUserInterface）ReferenceManual[M].2007.Obtainedfromhttp：//www.carsim.com.

[3]RacelogicLtd.VBOXToolsSoftwareManual（ver.1.4）[M].2008.