虚拟仿真软件在新能源车辆工程专业实验教学中的应用

张忠洋，郑利民，孙晓帮，张大明，张丽萍，高宇

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

虚拟仿真软件在新能源车辆工程专业实验教学中的应用

张忠洋，郑利民，孙晓帮，张大明，张丽萍，高宇

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

随着计算机技术的快速发展，仿真技术应用领域的越来越广泛。新能源车辆工程专业重视学生的能力培养，基于现有条件和实验的局限性，难以满足专业需求，因此运用仿真软件技术使学生更加深刻掌握理论和实践操作知识。文章主要研究虚拟仿真软件在教学中的特点及具体应用。

虚拟仿真；新能源车辆工程；实验教学

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.072

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-210-03

前言

随着环境污染和世界能源危机问题的日益严重，汽车作为尾气排放和能源消耗的重要源头面临着严峻的考验，需要大力发展新能源汽车，在此过程中离不开人才的培养。在高校里设置了新能源汽车工程专业，专业的发展离不开实验室建设，因为实验是培养人才不可缺少的环节之一，实验室建设收到设备更新、台套数、场地规模、经费使用等因素制约，进而影响了教学效果。利用虚拟仿真软件可以改善当前现状，提升教学质量。

1、虚拟仿真软件的特点

1.1 降低实验室建设成本、缓解经费紧张

传统的实验需要各种实验设备和场地，而且实验必须在实验室中完成。而虚拟仿真实验只需在原有机房中安装相应的软件，学生就可以进行实验，节省放置设备空间和实验场地规划装修费用。另一方面科技技术不断变化，而学校为了更好的适应社会需求，需要定期更新仪器设备。但受到经费的限制，实验室的设备更新较为缓慢，而虚拟仿真技术能够有效的解决教学资源紧张的局面，通过计算机信息技术模拟出不同的虚拟环境。

1.2 降低教学运营成本

在实验室中做实验时，不可避免仪器设备会有磨损、损坏情况，需要有专职人员对其维护修理。实验前需进行预做，保证实验前设备的正常工作；在运行过程中需要消耗电力等能源、并有耗材产生。实验后需对仪器设备检查，整理工具，清洁卫生等以预防故障发生。这无形当中增加了教学运营成本。虚拟仿真软件实验只需保证电脑软件正常运行即可，而且每次实验学生人数可以适当增多。

1.3 减低实验风险

在实验室进行实操时，不可避免存在多种危险因素。拆装时工具的使用；测量时工作电压电流的峰值；场地环境是否有油渍；衣服、头发能否碰到旋转部件、实验台工作的温度、噪声等等。但虚拟仿真技术为学生提供安全的操作环境，只需使用鼠标键盘即可，并且也能够完成实物拆装、检测、原理性实验。

1.4 提高学生的学习能力

虚拟仿真技术能够提高学生的学习能力，让学生获得更为深刻的表象和直观的认知，从而进行知识和认知的巩固。学生在虚拟练习中，大脑获得生动、直观、形象的信息，记忆能力和理解能力得到提升。课上实验内容完成后也可进行其他实验项目的训练，增强学生的求知欲和探索欲。

1.5 提高教学工作效率、完善考核机制

学生在传统实验实际操作过程中，需要指导教师分组或逐一进行指导、评价。老师任务量大，效果不显著。而利用仿真的软件，学生的操作失误后，系统会自动弹出对话框，提示无效操作或禁止操作。学生再重新梳理知识结构，反复练习，直到掌握知识点为止。教师对学生的考核，只需将试题和标准答案输入到系统中，学生随机抽题，试卷提交后，自动出成绩。

2、专业虚拟仿真软件的具体应用

2.1 车用电机仿真软件的应用

新能源汽车与传统汽车的区别在于动力源不同，其中一部分靠电机来提供动能，有仿真软件的电机的类型有：直流电机、交流异步电机、永磁同步电机。利用软件可以掌握电机的工作原理、结构组成、装配关系等。以直流电机为例：

图2 直流电机组成与装配关系

2.2 纯电动汽车仿真软件的应用

纯电动汽车由整车控制器、动力电池系统、电机系统、充电系统及部分组成，结合虚拟仿真软件，运行虚拟拆装模块中动力系统模型，透视或隐藏观察内部零部件的结构和运动过程。

图3 电动汽车车架透视

图4 电动汽车车架隐藏

图5 电动汽车动力电机拆解

2.3 普锐斯混合动力仿真软件的应用

普锐斯混合动力仿真软件可使学生了解混合动力的基本构造及工作原理。掌握不同工况下，能量流动关系。利用虚拟仿真软件可对普锐斯发动机、变速器进行模拟拆解，掌握各元件的装配关系。

图6 普锐斯发动机结构

结合仿真软件演示普瑞斯混合动力系统行星变速机构、MG1电机、MG2电和发动机之间的连接形式，可以任意放大、缩小和360度旋转，从不同角度观察各机构连接的细节。在8种典型工况(汽车起动、低速行驶、起动发动机、低载荷循环、爬坡/急加速、制动、倒车、停车)下，三维互动软件演示动力电池、逆变器、MG1电机、MG2电机、行星排之间能量流动的关系。如启车模式：充分利用电动机启动时的低速扭矩。当汽车启动时，TOYOTA油电混合动力系统仅使用由HV蓄电池提供能量的电动机的动力启动，这时发动机并不运转。因为发动机不能在低旋转带输出大扭矩，而电机可以灵敏、顺畅、高效地进行启动。点火启动时，发动机将进行运转，直至充分预热。

图7 普锐斯变速器结构

图8 变速器各部件的连接形式

图9 启车模式能量传递过程

3、结论

利用计算机仿真模拟系统来部分替代实物实训操作作为辅助教学手段，不仅可行而且具有显著优势。仿真系统可以降低教学成本，提高学习效率，今后也将是大势所趋。随着计算机技术的不断发展，建模成本及开发成本有望进一步降低，且更具有互动性和真实感的模拟系统将会不断的推陈出新，并投入到实际应用中去。

[1] 李海琼.虚拟仿真技术在汽车维修教学中的应用研究[J].山西青年,2016,07:222.

[2] 奚德琳.基于计算机仿真技术在汽车实训教学中应用的需求及可行性分析[J].电子测试,2015,09:119-121.

[3] 王建锋,陈香香.仿真软件在汽车维修实践教学中的应用[J].中国教育技术装备,2013,06:135-137.

[4] 段敏等.新能源汽车工程专业方向实验（实践）教学体系[J].辽宁工业大学学报,2016,04:106-111.

Virtual Simulation Software in Experimental Teaching New Energy Vehicle Engineering Major

Zhang Zhongyang, Zheng Limin, Sun Xiaobang, Zhang Daming, Zhang Liping, Gao Yu
(Auto&Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001)

With the rapid development of computer technology, simulation technology applications more widely. New Energy Vehicle Engineering students the ability to pay attention, based on the limitations of existing conditions and experiment, it is difficult to meet the professional needs, and therefore the use of simulation software technology to enable students to grasp a more profound theoretical and practical knowledge of the operation. This paper mainly on virtual simulation software characteristics and the specific application in teaching.

Virtual simulation; New energy vehicle engineering; Experimental teaching

U467

A

1671-7988 (2016)12-210-03

张忠洋（1983-），男，工程师，就职于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。

2016年辽宁工业大学教改研究项目（2016090）。