范小彬

河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 河南焦作 454000

電子與控制技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用使其動(dòng)力性、安全性、舒適性和可靠性都得到了顯著提高，汽車的電子化程度已經(jīng)成為衡量汽車先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。

為了適應(yīng)社會(huì)對(duì)汽車電子專業(yè)高素質(zhì)人才的需求，目前國(guó)內(nèi)幾乎所有本科院校把汽車電控技術(shù)或類似課程列為車輛工程專業(yè)必修或選修課，并給予高度重視。但是，由于多數(shù)高校(特別是面向應(yīng)用型的本科院校)此門課程開設(shè)時(shí)間不長(zhǎng)，很多還在摸索中。為此，本文從該課程的教學(xué)內(nèi)容、教材選用及教學(xué)方法等方面展開探討。

1 課程特點(diǎn)

汽車電控技術(shù)是車輛工程專業(yè)中涉及機(jī)械、電子、液壓、控制、計(jì)算機(jī)、信息以及傳感技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，理論性、綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程之一，是汽車研究領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是學(xué)好汽車專業(yè)其他相關(guān)課程的橋梁。該課程綜合性強(qiáng)，知識(shí)覆蓋面廣，要求學(xué)生具有工程數(shù)學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、控制工程、測(cè)試與信號(hào)處理等課程扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，而且還要具有很強(qiáng)的綜合分析能力。

2 教材選用與教學(xué)內(nèi)容

教材是教學(xué)的基礎(chǔ)，合適的教材是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前，國(guó)內(nèi)已出版了大量適用于不同層面的汽車電控教材。其中，不乏優(yōu)秀的教材，例如，由清華大學(xué)王紹銧等編著，清華大學(xué)出版社出版的普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《汽車電子學(xué)(第2版)》。該書分3篇：第一篇介紹動(dòng)力傳動(dòng)控制系統(tǒng)，內(nèi)容包括汽車電子控制系統(tǒng)及其開發(fā)方法、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)和自動(dòng)變速器的電子控制；第二篇介紹底盤和車身電子控制系統(tǒng)，內(nèi)容包括底盤電子控制系統(tǒng)和車身電子控制系統(tǒng)；第三篇介紹汽車電子系統(tǒng)的可靠性和故障診斷，內(nèi)容包括汽車控制網(wǎng)絡(luò)、汽車電子系統(tǒng)的可靠性和汽車電子控制系統(tǒng)的故障診斷[1]。

國(guó)外汽車電控方面優(yōu)秀的教材或參考書比較多，例如由William B. Ribbens編著的Understanding Automotive Electronics，目前該書已到第7版。該書首先系統(tǒng)地介紹了汽車、控制系統(tǒng)、電子技術(shù)和微機(jī)控制等基礎(chǔ)，然后介紹了電控發(fā)動(dòng)機(jī)及其數(shù)字控制系統(tǒng)、傳感器與執(zhí)行器、車輛動(dòng)態(tài)控制、汽車設(shè)備等內(nèi)容[2]。

電動(dòng)汽車方面的參考教材有美國(guó)芝加哥伊利諾斯科技學(xué)院電機(jī)工程方面講座教授、電力及電力電子中心主任以及Grainger實(shí)驗(yàn)室主任Ali Emadi主編的Handbook of Automotive Power Electronics and Motor Drives。該手冊(cè)分為5個(gè)部分(共31章)，主要介紹了汽車電源系統(tǒng)，其中包括半導(dǎo)體器件、傳感器和其他組件；不同的電力電子轉(zhuǎn)換器，電機(jī)及相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器，各種先進(jìn)的電器負(fù)載以及電池技術(shù)[3]。

由于汽車電控技術(shù)是綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，所以僅僅依靠教材和課堂教學(xué)，還難以達(dá)到預(yù)期效果。所以，還要進(jìn)行全方位的教學(xué)資源建設(shè)，例如開發(fā)生動(dòng)的教學(xué)課件，建設(shè)汽車教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真平臺(tái)、網(wǎng)上交流平臺(tái)，進(jìn)行必要的課外實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)等。

在教學(xué)內(nèi)容上，汽車電控技術(shù)應(yīng)包含汽車電器、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)、汽車底盤電控技術(shù)、汽車車身電控技術(shù)等幾大模塊。隨著汽車新技術(shù)的發(fā)展，汽車電控內(nèi)容也要不斷增加，過時(shí)的內(nèi)容要擯棄或少講，例如對(duì)于在傳統(tǒng)教材中篇幅較大的蓄電池原理和充電部分、化油器部分等內(nèi)容，教師可以少講或不講；對(duì)一些實(shí)用或者難以理解的地方要深入細(xì)致地講解，如對(duì)汽車電路圖的講解等[4]。

3 教學(xué)方法

根據(jù)汽車電控技術(shù)的特點(diǎn)，課堂可以采取的教學(xué)方法主要有：(1)演示教學(xué)。對(duì)原理比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或電氣系統(tǒng)，采取教學(xué)課件、仿真軟件、模型、實(shí)物、視頻等多種演示方法，從不同的視角來表現(xiàn)結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)情景教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。在教學(xué)實(shí)施全過程中，利用實(shí)物、多媒體技術(shù)、示教板等手段表現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景。例如，如果能對(duì)一個(gè)具體的解體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試和講解，就會(huì)讓抽象、枯燥的課堂變得愉悅起來，并且學(xué)生記憶深刻，起到事半功倍的效果。為了了解最新結(jié)構(gòu)，還可帶領(lǐng)學(xué)生到汽車或零部件企業(yè)、汽車修理廠、4S店等實(shí)地參觀學(xué)習(xí)。(3)案例式教學(xué)。以具體案例引發(fā)學(xué)生解決實(shí)際問題的興趣，使學(xué)生從這樣的教學(xué)方法中聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際。(4)小組討論式教學(xué)。對(duì)某些專題進(jìn)行討論教學(xué)，組織學(xué)生在課下廣泛收集資料，在課堂上分小組討論。(5)啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)。

4 實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)

該課程實(shí)踐性很強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力要求較高，所以在學(xué)好理論課程的同時(shí)，還需要掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)從層次上可分為演示性、驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)等類型。目前，國(guó)內(nèi)汽車電控技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在著實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少、開出率低；演示、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，設(shè)計(jì)和研究性實(shí)驗(yàn)少；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、類型模式單一；實(shí)驗(yàn)設(shè)備配備不足，實(shí)驗(yàn)教師素質(zhì)有待提高等問題。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置必須保證較好的覆蓋面。通常需要開設(shè)：汽車電路實(shí)驗(yàn)、汽車傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、電控汽油燃油噴射系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、電控柴油機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、電控自動(dòng)變速器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、電控?zé)o級(jí)變速器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、ABS系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、電控懸架系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)、自動(dòng)巡航系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、車載CAN總線系統(tǒng)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)、安全氣囊系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等必做或任選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。讓學(xué)生學(xué)會(huì)正確使用解碼器、數(shù)字萬(wàn)用表、示波器等設(shè)備，能夠診斷發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、ABS等電子控制系統(tǒng)的故障。

對(duì)本科院校，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要以綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，對(duì)實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵的方法步驟應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)，盡量讓學(xué)生獨(dú)立操作與思考，強(qiáng)化其動(dòng)手實(shí)踐技能。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容上應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)原理的掌握與應(yīng)用，使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，在深入掌握汽車電子電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理的基礎(chǔ)上，理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用測(cè)試設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)以獲得數(shù)據(jù)并加以分析，在實(shí)踐過程中提高學(xué)生的綜合分析能力[5]。

對(duì)于部分實(shí)驗(yàn)，可采用數(shù)字仿真平臺(tái)進(jìn)行輔助教學(xué)，即在進(jìn)行實(shí)物操作前利用3D虛擬仿真軟件進(jìn)行虛擬仿真，這樣一方面可節(jié)約時(shí)間和成本，另一方面也可彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量的不足。

盡量開設(shè)一些多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)融合的汽車電控新技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該類實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的研究性，其內(nèi)容強(qiáng)調(diào)對(duì)所掌握的專業(yè)知識(shí)的綜合與創(chuàng)新。必要時(shí)應(yīng)打破課程、學(xué)時(shí)上和實(shí)驗(yàn)室建制、管理上的限制，采用多種靈活的形式，要求學(xué)生利用課內(nèi)、課外時(shí)間去完成實(shí)驗(yàn)。

一些研究性實(shí)驗(yàn)可在Matlab工具箱Diad&Gauge和Simulink，LabVIEW等仿真平臺(tái)上進(jìn)行。例如，Matlab中有專用工具箱，其內(nèi)容涵蓋了汽車建模、汽車電子控制、汽車控制仿真技術(shù)等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通過仿真實(shí)驗(yàn)可將汽車和控制緊密地結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，既加強(qiáng)了學(xué)生的基本功訓(xùn)練，又讓學(xué)生掌握了先進(jìn)、高效的實(shí)驗(yàn)手段。

由于實(shí)車測(cè)試?yán)щy、危險(xiǎn)性高、所處環(huán)境難以實(shí)現(xiàn)等原因，一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難題。針對(duì)這種問題，有條件的高校，要充分利用硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在設(shè)計(jì)該類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，首先，對(duì)所要搭建的平臺(tái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)；然后，在EDA軟件開發(fā)環(huán)境下對(duì)平臺(tái)硬件系統(tǒng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，搭建平臺(tái)硬件系統(tǒng)；最后，在Matlab/Simulink等仿真建模環(huán)境下建立發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤子系統(tǒng)等半實(shí)物仿真模型，開發(fā)汽車電子控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)。

例如，通過動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以設(shè)置不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速箱輸入與輸出轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、換擋手柄狀態(tài)、變速箱擋位信號(hào)的情況下，直觀地觀測(cè)到TCU基于這些信號(hào)發(fā)出對(duì)變速箱模型的控制信號(hào)，例如換擋控制信號(hào)、離合器控制信號(hào)等。從而可以讓學(xué)生更好地理解變速箱的工作原理以及發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

再如，通過汽車網(wǎng)絡(luò)硬件在環(huán)平臺(tái)，并結(jié)合汽車控制器開發(fā)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，可以使學(xué)生理解汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議構(gòu)成子網(wǎng)之間的關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)基本概念、總線協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)可靠性等內(nèi)容。

還有，硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)可以把電工電子、自動(dòng)控制、信號(hào)與系統(tǒng)等前面已修課程綜合起來，從而提高綜合應(yīng)用能力。例如，硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)中往往涉及信號(hào)量的采集以及輸出信號(hào)的調(diào)制等，并且是通過圖形化建模(編程)語(yǔ)言(如Matlab/Simulink等)實(shí)現(xiàn)的，可以直觀地分析信號(hào)和系統(tǒng)的時(shí)、頻域特性，并進(jìn)行系統(tǒng)綜合(如濾波器設(shè)計(jì)等)[6]。

另外，借助各實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可進(jìn)行汽車電子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)、學(xué)生課外科技活動(dòng)等[7]。

汽車電子控制技術(shù)課程應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)踐能力的考核，采用筆試與實(shí)踐能力相結(jié)合的考核方法。評(píng)定成績(jī)時(shí)，還要把實(shí)驗(yàn)課堂提問、作業(yè)、上課情況以及開放實(shí)驗(yàn)，甚至汽車電子控制技術(shù)論文等，納入考核中。

5 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用型本科院校在教學(xué)方式、方法上要強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性、實(shí)踐性。要以提高教學(xué)質(zhì)量為核心，以理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，特別是學(xué)生綜合專業(yè)能力的培養(yǎng)。

[1] 王紹銧,李建秋,夏群生.汽車電子學(xué)[M].第2版.北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[2] William B. Ribbens. Understanding Automotive Electronics[M].Elsevier Science, 2003.

[3] Ali Emadi. Handbook of Automotive Power Electronics and Motor Drives[M]. Taylor & Francis, 2005.

[4] 鄭必松,李步照.汽車電器與電子設(shè)備課程教學(xué)改革嘗試[J].揚(yáng)州教育學(xué)院學(xué)報(bào),2009,27(4):85-87.

[5] 屈敏.汽車電子電氣課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科技信息,2011(28):1.

[6] 戴海峰.汽車電子教學(xué)中硬件在環(huán)測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的引入[J].出國(guó)與就業(yè):就業(yè)版,2011(16):203-204.

[7] 仇成群.汽車電子虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究探討[J].裝備制造技術(shù),2011(11):211-213.