常成 卞康君 王紅霞 徐文博 金毅

1、河南工學(xué)院車輛與交通工程學(xué)院 2、南京研旭電氣科技有限公司

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車[1]。當(dāng)前，新能源汽車課程主要針對(duì)搭載有電驅(qū)動(dòng)裝置的主流新能源汽車進(jìn)行學(xué)習(xí)，其中主要包括的汽車種類有純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車[2]。

在課程教學(xué)中，主要針對(duì)各類型的新能源汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析講解，授課中要對(duì)汽車在各種工況運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)進(jìn)行講授，該授課過程通常采用相關(guān)圖片和數(shù)據(jù)圖表來說明。然而只通過這種傳統(tǒng)講解方式，不能使學(xué)生充分了解各類型新能源汽車的運(yùn)行和控制特點(diǎn)，因此應(yīng)需盡可能地加入實(shí)踐環(huán)節(jié)及實(shí)際控制演示。但無論是理論教學(xué)還是課程實(shí)驗(yàn)，因受到實(shí)驗(yàn)車輛和運(yùn)行場(chǎng)地的限制，一般難以實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)行來進(jìn)行演示講解。

近年來，半實(shí)物仿真技術(shù)發(fā)展迅速，并在許多公司、高校和科研院所的相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。半實(shí)物仿真技術(shù)主要包括快速控制原型（RCP）技術(shù)和硬件在環(huán)(HIL)仿真技術(shù)。快速控制原型技術(shù)，是利用虛擬控制器來控制實(shí)際對(duì)象，而硬件在環(huán)仿真技術(shù)則是利用實(shí)際控制器來控制虛擬對(duì)象[4]。而對(duì)于新能源汽車而言，其整車以及大部分系統(tǒng)部件都可以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行較精確的描述，而且其控制模型也可以通過MATLAB/Simulink 等半實(shí)物仿真設(shè)備的相關(guān)軟件進(jìn)行搭建。因此，通過這兩種半實(shí)物仿真技術(shù)，就可以在有限的教學(xué)條件下，實(shí)現(xiàn)多種工況下的半實(shí)物模擬運(yùn)行及相關(guān)控制策略的實(shí)時(shí)演示授課。

1 課程體系建設(shè)

1.1 課程建設(shè)目標(biāo)

所在院校車輛工程專業(yè)所開設(shè)“新能源汽車技術(shù)”課程為代表的新能源汽車相關(guān)課程，其總體目標(biāo)是使學(xué)生熟悉新能源汽車的分類、結(jié)構(gòu)組成、工作原理和相關(guān)的基本控制原則及方法，針對(duì)純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車等具有代表性的新能源汽車進(jìn)行講解。熟悉并掌握新能源汽車所采用的電池、電機(jī)和控制系統(tǒng)等主要部件的類型及特點(diǎn)。了解新能源汽車領(lǐng)域的新材料、新工藝、新技術(shù)，掌握新能源汽車的結(jié)構(gòu)及相關(guān)控制特點(diǎn)，提高學(xué)生對(duì)新能源汽車設(shè)計(jì)的能力，使學(xué)生所學(xué)知識(shí)技能與實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)更為貼近，培養(yǎng)出滿足當(dāng)前汽車工業(yè)所需的應(yīng)用型人才。

1.2 完善相關(guān)專業(yè)課程建設(shè)

新能源汽車課程的教學(xué)是在學(xué)生具有一定的機(jī)械、電氣原理和系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此在本門課程教授之前，學(xué)生應(yīng)已學(xué)習(xí)過“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“電工技術(shù)”“電子技術(shù)”“汽車構(gòu)造”“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程。此外，還要保證學(xué)生具有一定的編程與測(cè)試基礎(chǔ)，如“C 語言基礎(chǔ)”“MATLAB 應(yīng)用基礎(chǔ)”“汽車試驗(yàn)技術(shù)”等。

經(jīng)過完善以上相關(guān)專業(yè)課程的建設(shè)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程中，可以充分理解新能源汽車相關(guān)結(jié)構(gòu)原理和控制策略及方法等，掌握新能源汽車技術(shù)的相關(guān)重點(diǎn)內(nèi)容。

2 理論教學(xué)方法的改革

在本課程的傳統(tǒng)理論教學(xué)中，主要結(jié)合電子課件進(jìn)行講述，以教師講解和學(xué)生聽講的方式為主。這樣的授課模式比較單調(diào)，再加上本課程的理論內(nèi)容涉及面廣且較為新穎，容易導(dǎo)致學(xué)生難以完全掌握課堂中的理論內(nèi)容。

在本課程的授課中，所涉及的各類新能源汽車在多種工況下的運(yùn)行狀態(tài)是主要的理論教學(xué)內(nèi)容。比如，不同結(jié)構(gòu)類型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的典型工作模式、增程式電動(dòng)汽車能量管理控制策略以及純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收原理與控制等。關(guān)于上述內(nèi)容的講解，教師難以通過實(shí)際運(yùn)行測(cè)試進(jìn)行演示，學(xué)生則很難通過所列測(cè)試數(shù)據(jù)和工作原理圖來形象深刻的理解。

而半實(shí)物仿真技術(shù)在該環(huán)節(jié)中可完全應(yīng)對(duì)各工況下的模擬測(cè)試，在演示測(cè)試中，通過硬件在環(huán)仿真技術(shù)，利用實(shí)際控制器對(duì)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)中所建立的整車模型或是部分整車模型與部分真實(shí)部件的組合進(jìn)行運(yùn)行控制，通過運(yùn)行條件設(shè)置來模擬多種工況（如勻速行駛、急加速、急減速和爬坡等）中行駛的運(yùn)行狀態(tài)。在此過程中，根據(jù)所設(shè)置的模擬運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，實(shí)際控制器對(duì)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)中的控制對(duì)象進(jìn)行控制指令輸入，同時(shí)系統(tǒng)將控制對(duì)象的響應(yīng)信號(hào)反饋給控制器。這樣，在教室中就可以依據(jù)課堂內(nèi)容，為學(xué)生演示新能源汽車的實(shí)時(shí)運(yùn)行特點(diǎn)，從而加深學(xué)生對(duì)課程理論內(nèi)容的理解和掌握。

3 實(shí)踐教學(xué)方法的改革

新能源汽車課程教學(xué)是為了提升學(xué)生在新能源汽車領(lǐng)域的研發(fā)和設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，解決工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的各種問題。依據(jù)本課程的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，針對(duì)各種形式的新能源汽車具體結(jié)構(gòu)形式，熟悉其控制方法與策略，是本課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容之一。當(dāng)前主流的快速控制原型系統(tǒng)可以充當(dāng)控制算法和邏輯代碼的硬件運(yùn)行環(huán)境，利用MATLAB/Simulink建立模型下載到快速控制原型控制器中，通過調(diào)整和測(cè)量相關(guān)參數(shù)，來達(dá)到迅速完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的目的。

因此，在實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的環(huán)節(jié)中，利用快速控制原型技術(shù)對(duì)新能源汽車進(jìn)行相關(guān)控制策略的驗(yàn)證，將有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的鞏固。同時(shí)，學(xué)生也可以根據(jù)自己的構(gòu)想對(duì)具體車型的整車控制、能量管理和制動(dòng)能量回收等控制策略進(jìn)行方法或參數(shù)更改，就可以迅速驗(yàn)證所提出方法的正確性和合理性。通過這種方式，不但可以提高學(xué)生的實(shí)際操作能力，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生對(duì)新能源汽車控制技術(shù)的研究興趣。

4 考核方式改革

在課程的傳統(tǒng)考核方式中通常是以期末試卷、論文或報(bào)告的成績(jī)?yōu)橹?，再加上考勤、作業(yè)等平時(shí)成績(jī)作為最終課程考核成績(jī)，這對(duì)于多學(xué)科交融的新能源汽車課程是難以全面評(píng)價(jià)學(xué)生的掌握程度以及實(shí)際應(yīng)用能力的。因此，除了最終的期末考試方式之外，還要在平時(shí)的過程性考核中，加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核，該項(xiàng)成績(jī)所占最終成績(jī)的比例也應(yīng)適當(dāng)加大。對(duì)于實(shí)踐環(huán)節(jié)考核，可以充分利用線上線下相結(jié)合的方式，學(xué)生的實(shí)際操作過程以錄像的形式進(jìn)行記錄，并將該記錄上傳至線上教學(xué)平臺(tái)中，由學(xué)生互評(píng)和教師批閱的綜合成績(jī)作為此次實(shí)踐環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。運(yùn)用這樣的評(píng)判方式，將有利于學(xué)生快速發(fā)現(xiàn)所掌握知識(shí)的薄弱點(diǎn)，在評(píng)價(jià)他人的同時(shí)，也能發(fā)現(xiàn)自身學(xué)習(xí)掌握的不足之處，最后經(jīng)過教師批閱并給予評(píng)語，學(xué)生的實(shí)際操作能力將進(jìn)一步得到提升。

5 結(jié)語

新能源汽車課程的開設(shè)主要是為了培養(yǎng)汽車專業(yè)學(xué)生具有一定的相關(guān)理論基礎(chǔ)和解決實(shí)際問題的能力，從而適應(yīng)當(dāng)前新能源汽車工業(yè)的發(fā)展需要。半實(shí)物仿真技術(shù)在新能源汽車課程的教學(xué)中，將有助于提高學(xué)生對(duì)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的掌握程度。此外，半實(shí)物仿真技術(shù)也是新能源汽車在工業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)中的重要方法之一，學(xué)生關(guān)于此技術(shù)的學(xué)習(xí)實(shí)踐對(duì)提升自身職業(yè)技能也是大有益處的。因此，基于半實(shí)物仿真技術(shù)來完善新能源汽車課程的教學(xué)內(nèi)容和方法是非常重要的。學(xué)校可積極通過產(chǎn)教融合、產(chǎn)學(xué)合作的手段來搭建半實(shí)物仿真教學(xué)平臺(tái)，從而改進(jìn)教學(xué)方法、豐富教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生所學(xué)的新能源汽車專業(yè)知識(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。