车辆工程专业《车辆系统动力学》教学改革探讨

胡艳 黄盼盼

摘   要：针对《车辆系统动力学》在本科教学中存在的问题，分别从教学内容、教学方法和实践环节三个方面进行教改探讨。相关探讨为提升教学效果，增强课程理论与实践的联系，为提高学生解决工程实际问题的能力提供有益参考。

关键词：车辆系统动力学  车辆工程  教学改革

中图分类号：G64                                    文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0188-02

Abstract：According to the problems existing in the teaching process of "Vehicle system dynamics"， teaching reform is discussed from three aspects： teaching content， teaching method and practice. The related discussion provides beneficial reference for improving teaching effect， strengthening the connection between curriculum theory and practice， and improving students' ability to solve practical engineering problems.

Key Words： Vehicle System Dynamics;Vehicle engineering;Reform in Education

1  《车辆系统动力学》课程教学改革的意义

《车辆系统动力学》是江苏师范大学机电工程学院开设的一门面向车辆工程专业本科生的专业必修课。该课程主要涉及车辆系统动力学指标及评估标准、轮对结构与轮轨接触几何关系、客车悬挂系统与车辆动力学性能关系、货车转向架基本结构及动力学原理、车辆系统动力学模型等方面的知识。学生通过该课程的学习可以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、了解基本的轮轨接触理论、掌握车辆系统动力学模型建立方法，并为以后深层次专业课程的学习及科研工作打下一定基础[1]。

《车辆系统动力学》涉及振动理论、接触理论、控制工程等多学科知识，学生掌握相关知识点有较大的困难。传统的教学模式多为课堂灌输式教学，偏重于讲授理论知识，针对动力学仿真实际操作的讲解较少。目前，主机厂、设计院在进行新型转向架研发、线路试验之前均需对所设计的产品进行大量的动力学仿真试验。通过仿真试验可模拟车辆实际运行工况，从而发现前期设计不足之处，优化设计参数，进而研发出动力学性能优良的产品。现有教学方式中，学生虽可掌握车辆系统动力学方面的理论知识，但根据实际工况对车辆进行动力学仿真方面的能力略显不足，因此急需改革。本文从教学内容、教学方法、实践环节的角度对《车辆系统动力学》的本科教学进行探讨[2-3]。

2  《车辆系统动力学》课程教学改革探讨

2.1 教学内容

根据车辆工程专业培养目标所需的基本理论和基本技能的要求，教学大纲在编制时需注重理论知识的传授及实践技能的培养。一方面要突出车辆工程专业人才培养特色，以“社会需要”为指导思想，兼顾学生后续培养和发展。另一方面根据车辆工程专业人才培养的工程性要求，体现工程与实践相结合的特点。例如，学生毕业后有的在轨道客车领域工作，有的在轨道货车领域工作，在讲授车辆系统动力学模型时，分别针对铁路客车、铁路货车动力学模型进行讲解，让学生了解本课程在工程实践中的应用情况，为学生以后更快的适应工作环境打下基础。

根据本课程的教学目标，学生应掌握车辆动力学模型的建模方法。为此，在教学过程中，除了进行理论教学还，还应安排一些上机课程。上机操作需注重教学内容安排。由于多数学生都是初次接触动力学仿真软件，应循序渐进、由浅入深的安排教学内容：首先为学生介绍软件的基本操作，然后指导学生进行一些简单案例的操作，逐步引导学生独立完成较为复杂的动力学仿真操作;在进行动力学上机教学的同时，可以辅以理论教学，最终达到学以致用、理论指导实践的教学效果。

2.2 教学方法

《车辆工程动力学》教材中涉及大量的公式推导，要求学生有较好的数学、力学功底。学生面对众多的推动公式，往往望而却步，产生抵触情绪。因此，在教学过程中不能采用传统的灌输式教学方法，需借助多媒体工具结合三维软件、动力学仿真软件充分调动学生的积极性，激发学习热情，引导学生主动去探索知识。例如，在讲授转向架横向阻尼器、纵向阻尼器等结构对车辆动力学性能的影响时，首先通过三维软件展现转向架的整体结构，让学对了解相应阻尼器在转向架结构中的位置，并進一步讲解其结构及作用;然后通过动力学仿真软件直观的展示阻尼变化对车辆动力学各项指标的影响，激发学生的兴趣。考虑到大部分学生都有Solidworks、Pro/E等三维软件的运用基础，为锻炼学生的动手能力，指导学生利用上述软件进行简单的运动学分析，比如，进行受电弓系统升降弓的运动学分析，进而引导学生学习专业的动力学软件，进行动力学仿真分析，逐步使学生由原来的“被动倾听”转变为“主动学习”。

2.3 实践环节

《车辆系统动力学》是一门与实践联系密切的专业课程。根据铁道车辆动力学性能和试验鉴定规范要求，新造车辆经5000-8000 km的运用考验后须鉴定其动力学性。鉴于该课程与实践联系紧密，在教学过程中需重视学生实践能力的培养。在对车辆进行动力学仿真方面，可运用SIMPACK、ADAMS等动力学仿真软件进行模拟。以simpack软件为例，实践中根据车辆结构及转向架的特点，首先分析车辆系统的拓扑关系图，进而作为建立车辆系统模型的依据。实际操作过程为减低学生学习的难度，可分步骤进行教学，首先介绍Rail Track 和Wheel Set 模块、标准线路模型、轮轨接触参数设置等方面的知识，再指导学生进行轮对模型建立、线路设置及轮轨接触设置等方面的练习。学生掌握上述知识点后，再讲解sender和receiver的使用、名义应力的计算、转向架子结构建模、整车建模等方面的知识，进而指导学生分别建立转向架和整车的动力学模型。最后进行动力学仿真，分析轴箱定位参数、中央悬挂参数、线路激扰对车辆系统动力学的影响。此外，还应注重工程实践中动力学评估报告的应用。在教学过程中采用实际工程中某型车辆的动力学性能评估报告为教学案例，讲解车辆系统动力学方面的知识，一方面使理论教学联系了工程实践，另一方面有利于培养学生的科学素养。

3  结语

《车辆系统动力学》作为车辆工程专业非常重要的专业必修课，与工程实践的联系非常紧密。需根据培养目标、工程实践需要设定教学内容，注重理论联系实践，着重培养学生利用相关知识进行动力学仿真的能力。教学时需综合运用多种手段以调动学生主动学习的积极性，锻炼学生解决工程实际问题的能力并培养其科学素养。

参考文献

[1] 尧辉明. 城市轨道交通车辆系统动力学课程建设研究[J]. 大学教育， 2014（15）：167-168.

[2] 成建联. 适应新工科建设的机械系统动力学课程教改思考[J]. 教育教学论坛， 2018（32）：158-159.

[3] 吴锦武，丁相玉.《机械振动》课程分类教学方式改革与探索[J]. 教育教学论坛， 2018（28）：134-136.