城市轨道交通车辆系统动力学课程建设研究

[摘 要]城市轨道交通在各大城市正在以前所未有的速度进行兴建与发展，车辆作为乘客运输的载体，是城市轨道交通的重要组成部分。针对城市轨道交通车辆系统动力学知识体系特点和专业学生特点，通过课程教学知识体系的建立，科研与教学课堂相结合，传统与数字化教学手段的实施以及实验辅助教学等方式，对城市轨道交通车辆系统动力学课程的建设和教学改革进行探索和研究。

[关键词]车辆系统动力学 城市轨道 课程建设 知识体系

[中图分类号] G423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）15-0167-02

城市轨道交通在各大城市正在以前所未有的速度进行兴建与发展，车辆作为乘客运输的载体，是城市轨道交通的重要组成部分。与铁路客运的运营形式不同，城市轨道交通车辆的运行具有“间距短、起制动频繁、小曲线半径线路多和坡度大”等特点，其动力学的特征也具有其特殊性，因此城市轨道交通车辆系统动力学的课程教学也与干线铁路车辆系统动力学的课程理论体系区別也较大，对本科的教学区别也较大，车辆系统动力学在本校车辆工程的专业教学工作处于非常重要的地位。

近年来，本校的车辆系统动力学教学的培养方案一直以来都以传统的机械振动课程知识点为主体进行传授，教师只能在课程教学当中参插入铁路车辆动力学特有的知识点来完成该课程的知识体系教学。在对培养大纲的修订过程中，车辆系统动力学课程被确定为车辆工程专业核心课程，同时作为专业课程建设的主要课程进行资助建设，这为本课程的建设工作和课程发展带来了新的契机。

针对城市轨道交通车辆系统动力学的课程建设，为了该课程教学效果的提高，作者在城市轨道车辆系统动力学课程的教学理论体系和内容，教学手段和教学方式以及考核形式等方面作了一定的改革与分析思考，在该课程的实验和实习教学环节中做了一些创新尝试。本文在此基础之上总结了城市轨道交通车辆系统动力学的教学课程建设理念和实践创新探索。

一、课程知识体系研究确定

城市轨道交通专业属于铁路专业范畴，但城市轨道交通车辆动力学系统与传统铁路车辆的动力学系统在结构上、性能指标和运行性质上有比较大的区别，具有其自身特点，研究和制订具有城市轨道交通车辆系统自身特点的课程素材和相关课程理论体系，对该课程的理论教学和培养目标的实现具有重要的作用。

研究确定出的课程素材，具有较强的城市轨道交通专业特色，体现了课程在维修保障和基于动力学故障诊断方向教学的全面性，并在城市轨道车辆轮轨关系和动力学仿真理论方面有一定的理论深度。

课程理论体系的确立，紧跟当前车辆系统动力学的发展，保证了城市轨道车辆系统动力学理论的系统性、完整性和时效性。

知识体系的建立是一个由简入繁、由易到难的过程。课程内容从车辆系统动力学能够解决的基本问题入手，介绍车辆系统力学理论在实际当中的基本应用，引导学生的学习兴趣；以轨道车辆单轮对系统为基础介绍、分析车辆蠕滑力与微分方程的建立之间的关系，分析其求解思路和建立模型需注意的特点特性问题；在此基础之上，分析车辆多自由度垂向和横向的线性理论模型，并引用实际轨道响应分析以及多自由度系统所形成的大型矩阵的求解方法；进一步详细分析车辆系统各种动力学相关理论如蠕滑理论、轮轨接触几何关系、垂向横向动力学分析、稳定性分析、平稳性分析和悬挂参数对动力学性能影响分析；适当分析非线性因素和悬挂系统部件对轨道车辆动力学的影响，由此让学生充分理解轨道车辆动力学的基本分析方法。循序渐进，由浅入深，加强学生对车辆系统动力学基本概念和基本现象的认识和理解。

二、车辆动力学理论研究和工程项目研究与课堂教学相结合，引导学习兴趣

轨道车辆工程专业学生就业面相对较窄，专业特征较明显，基本上在一些铁路车辆维护企业和城市轨道运营保障部门。轨道车辆系统动力学课程的主要目标是掌握车辆主要结构和悬挂参数与系统动力性能之间的关系，基本的轮轨接触理论和计算方法、轨道激扰及其对车辆系统动力性能的影响等内容。该课程的教学需要学生正确建立轨道车辆轮轨及车辆各部件之间动力学相互作用的力学概念，掌握轨道车辆动力学分析这种应用动力学领域与常规机械动力学方法不一样的特有的动力学基本原理，能够简单分析工程工作实践中遇到的动力学问题，学会思考与解决动力学工程实际问题，培养科学研究分析问题的基本思路。

轨道车辆的动力学方向的科学理论研究和工程实际项目研究能够带动该教学质量的提升，课程的教学团队在总结当前车辆系统动力学研究方向和研究理论的基础之上，积极开展城市轨道车辆系统动力学相关研究工作，以科研促教学，形成了基于动力学理论的故障诊断以及安全监测预警为研究方向，车辆-轨道耦合动力学轨道病害检测为支撑的理论研究体系，为教学质量不断提高提供理论依据和教学素材。

车辆动力学课程的理论研究较抽象，但是又高于课程理论教学，有效地有筛选性地将一些问题带到课程的教学内容当中，能够提高学生理论联系实际的能力，能够有效培养学生科学研究的思路和方法。可以在课堂上提出与项目研究相关理论问题的各种假设设想，让学生进行思考和提出解决方案，提出相对应的物理模型，进一步建立数学模型。这样就将学生的理论学习和科研实践联系起来，同时也向学生渗透普遍的科学研究思路，引导学生的科学研究兴趣并培养他们的科研基本素质。

三、传统和数字化教学手段结合，实验教学方法辅助

城市轨道交通车辆是交通运输的大宗部件，机械设备一般比较庞大，这对课程教学质量的提高产生一定的难度。车辆系统动力学课程教师通过对教学方法和教学手段的有效性把握，制订出针对城市轨道交通车辆专业比较适用的教学方法和手段，并且确定了该课程的教学目标和教学大纲，依托学校校企合作的有利形势，制订了该课程知识理论体系和实践相结合的教学模式，分模块分阶段地进行教学改革。

城市轨道车辆系统动力学是一门机械振动理论的应用科学理论实践课程，振动理论的分析需要进行理论公式和推导过程分析。板书的方式在公式推导方面容易让学生加深对理论的理解，多媒体的大信息流能够让学生更好地对动力学大宗部件有感性认识，但是多媒体课件的节奏不太好控制，学生普遍反应记录笔记来不及。课程教学组经过教学方法的讨论和实践，论证之后发现采用多媒体课件与板书结合的形式效果较好，也就是在使用多媒体屏幕进行实践结果和多媒体动画的演示过程中，针对一些必要的推导过程进行详细板书和讲解。通过这种方式，学生可以通过多媒体动画和大宗部件的结构与图片展示获得良好的感性认识，同时也可以对课程教学的重点内容进行有效的笔记学习，学生可以充分地掌握新的概念和理论方法，也可以良好的带动学生积极性，充分提高课堂教学的效率。

在本课程的实践性教学体系构建的过程中，课程建设组也特别注重学生实践能力的培养，尽力将该课程的实践教学从模拟型向实践型转变，由学生被动接受知识性向自主学习知识性转变，由理论方法验证性向工程实际问题综合性转变，由理论性向应用性转变。开设综合性和设计性实验，初步设想设定车辆动力学悬挂系统要求达到的减振目标，让学生自主设计实验项目和方案，并独立完成实验，注重让学生建立起工程的系统概念。为了适应应用型高级人才培养目标的实验体系研究和实验环节的建设，构建车辆系统动力学实验平台，课程建设组编写该课程的实验指导书和任务书，编写相关的课程设计指导书，主要安排反映车辆关键部件实际动力系统运行机理和城市轨道交通车辆动力学系统现场主要突出问题的实验，使学生了解车辆动力学系统的研究发展和基本技术方法，建立现代车辆系统动力学解决问题的实际概念，完成轨道车辆动力学理论学习的基础训练。

四、结束语

城市轨道交通车辆系统动力学课程教学具有其自身专业性质特点，也具有课程自身知识体系的特点，作为专业课当中的主干专业课程，教师在传授给学生理论知识的同时应该注重他们应用知识能力的培养，使他们能够应用知识解决车辆维修维护当中的各种实际问题，这是本校产学研治学思路的根本，也是工程专业特色课程的培养目标。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 冯婉玲，段远源.高校精品课程建设初探[J].清华大学教育研究，2006（2）.

[2] 尧辉明，杨俭.城市轨道车辆制动技术多媒体课件教学研究[J].中国教育信息化，2010（9）.

[3] 王红军，张怀存，钟建琳等.基于工程能力的“机械制造技术基础”课程建设[J].中国电力教育，2013（1）.

[4] 孟云鹤，陈克俊，郑伟等.导弹飞行动力学与控制课程建设的思考[J].高等教育研究学报，2009（6）.

[5] 趙丽滨.飞行器结构动力学课程建设探索与实践[J].力学与工程应用，2010（8）.

[6] 赵丽滨，张建宇.数字化教学在飞行器结构动力学课程建设中的应用[J].Proceedingsof2010ThirdInternationalConferenceo

nEducationTechnologyandTraining，2010.

[责任编辑：钟 岚]