车辆工程研究生课程_研究生课程《车辆电子控制》教学内容改革与教学方法探索

　　摘 要 从培养车辆工程专业硕士研究生理论联系实际和独立科研能力的角度出发，对《汽车电子控制》课程的教学内容和教学方法进行了改革。将教学内容划分为基础理论和方法的讲解与介绍、典型案例分析和课堂专题讨论三部分，比较系统地完成了学生理论联系实际的学习过程，取得了比较良好的教学效果。
　　关键词 研究生 车辆工程 电子控制 教学改革
　　中图分类号：G643 文献标识码：A
　　
　　Reform of Teaching Contents and Teaching Methods Exploration of
　　Graduate Course "Vehicle Electronic Control"
　　YANG Xinhua, FU Lijuan, LI Zhaohui
　　(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)
　　Abstract From point of view of graduate training vehicle engineering theory with practice and independent research capacity, the "vehicle electronic control" course content and teaching methods of reform. The teaching content is divided into basic theory and methods of explanation and description, typical case studies and classroom seminars of three parts, the students completed a more systematic process of learning theory with practice, to obtain a relatively good teaching.
　　Key words graduate; vehicle engineering; electronic control; teaching reform
　　
　　1 背景介绍
　　为硕士研究生开设的《车辆电子技术》是一门针对车辆工程专业学生的选修课程。作为研究生课程，这门课程与本科阶段所学的课程必须有所区别，如选修课《汽车电子与电器》。本科教学已经对汽车电子与电器的基本结构、原理为主进行比较系统的介绍，学生在本科阶段对汽车电子技术已经有了比较初步和全面的了解，因此在研究生阶段开设汽车电子技术必须针对研究生的知识特点，对教学内容和教学方法进行改进，以满足研究生教学的需要。
　　我校于2004年开始招收硕士研究生，研究生的课程开设时间不长，特别是一些专业选修课由于选课学生数量不多，开设次数更少，并且在研究生的教育与教学方面尚需要进一步进行探索和改革以适应学科发展的需要。随着近几年我校车辆电子控制方向研究课题的增加，选择汽车电控系统作为研究方向的研究生数量也不断提高，将《车辆电子技术》作为主要选修课程的学生数量急剧增多。在为车辆工程的工程硕士新制定的培养方案中，该门课程更名为《汽车电子控制》作为学生的学位必修课程，并将推广到工学硕士的培养方案中。
　　之前的教学大纲以汽车典型电控系统为案例，主要着重于电控系统原理、结构和分析方法的介绍。由于现代汽车电控系统比较复杂繁多，32学时的课堂教学中介绍结构原理的课时占据了比较大的比重，而对控制系统分析、设计的基本理论和方法的介绍就不够。学生普遍存在的问题是缺乏独立研究、思考、分析问题的能力。
　　针对以上情况，笔者在该门课程的教学过程中尝试对教学内容和教学方法进行改革，以基础知识串讲、案例教学和专题讨论相结合的教学方法对课程教学进行改革，目的是通过对教学内容和教学方法的改革，让学生能够真正掌握车辆电控系统研发的基本理论和一般性方法，为日后进行相关科研课题的工作和学位论文的撰写奠定比较扎实的专业知识的基础。
　　2 教学内容和方法的改革
　　2.1 教学材料的改革
　　以往选用的教学参考教材是庄继德编写的《汽车电子控制系统工程》和周云山编写的《汽车电子控制技术》两本书。前者对汽车电子控制系统的控制理论、系统分析的数学方法和实现控制系统的方法进行了介绍，但是书中所涉及的有关控制理论方面的知识较少，对于刚从车辆工程本科毕业的研究生，由于缺乏控制理论方面的背景知识，这本教材显得过于艰涩，知识缺乏过渡性。而后者介绍了有关汽车电子控制系统的工作原理、性能指标、系统的动态模型以及在满足动态模型的约束条件下，对给定的性能指标进行控制系统设计的方法和步骤。但是同样由于内容较多，理论和基本方法介绍较少，学生很难将其与工程实际相结合。因此，笔者综合了两本书的主要内容，添加了相关的基础知识和一般性理论和方法的介绍内容，去除了冗余内容，留下几个典型的车辆电控系统作为案例，按照现有学生的知识框架重新编写了适合我校学生实际情况的讲义，并将其制成多媒体课件供教学和学生参考用。
　　2.2 教学内容和方法的改革
　　教学以车辆电控系统开发的“V”型流程（图1）为主线，着重培养学生对于电控系统开发的基础理论知识，掌握电控系统开发的常用手段和方法。按照这个基本思路，教学内容被划分了三个主要部分：其一基础知识和基本方法介绍；其二典型案例介绍与分析；其三课堂专题讨论。其课时分配按照1:1:1大致进行分配。
　　
　　
　　 图1 汽车电子控制系统“V”型开发流程
　　基础理论知识方面，增加了对于古典控制理论和现代控制理论对于控制系统分析方法的基本知识的介绍，这部分内容不求全面系统，而是仅介绍控制系统分析设计有关的理论知识。最后要求学生通过课程掌握系统分析建模方法，将理论应用到工程实际中，并完成一个汽车典型控制系统（四轮主动悬架）的理论建模作为平时作业提交。学生需要掌握动力学系统数学模型的建立方法才能顺利完成该作业。控制系统分析设计的基本方法方面介绍了基于MATLAB/Simulink/Stateflow的计算机辅助控制系统分析建模工具和方法。主要包括MATLAB控制系统分析设计的函数和工具，基于Simulink的计算机仿真模型的建立方法以及基于有限状态机原理的Stateflow控制逻辑设计方法。最后介绍硬件在环仿真的主要工具――dSpace仿真平台的使用方法。通过以上教学内容，学生能够基本掌握控制系统分析设计所涉及的主要方法和工具，剩下的工作仅仅是如何运用这些工具而已。
　　由于汽车电控系统比较繁多，以前的教学主要围绕各种电控系统的功能、原理等方面进行介绍，由于课时有限，很难做到全面、深入，学生收获不大。因此我们选择了比较具有代表性的几个汽车电控系统，作为典型案例，主要介绍如何使用之前介绍的计算机辅助控制系统分析与设计工具进行控制系统建模仿真、分析与设计。典型案例包括电控助力转向系统、电控防抱死制动系统以及液压电控无级变速器控制系统三个。这三个系统包括了机电控制系统、电液控制系统以及整车动力学模型，涵盖了车辆电子控制系统设计的主要方面。通过这三个典型电控系统分析设计过程的介绍，帮助学生吸收消化之前的理论基础知识和方法，让学生将理论与实际相结合，加深对理论和方法的认识。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　由于课程教授过程中恰逢学生进行开题报告阶段，大部分同学已经确定了研究方向，查阅了相关文献，并初步完成了开题报告的撰写，针对这种情况，课堂专题讨论部分主要结合学生具体情况，在论文选题与本课程相关的同学中挑选了五位，让他们所做的前期研究工作、目前研究现状、拟采用的研究思路和方法做成多媒体课件，然后在课堂上进行专题讨论。讨论的内容包括：线控动力转向系统、机械电子控制的金属带式无级变速器控制系统与控制策略、牵引力控制系统、底盘集中控制系统等。课堂讨论过程中主讲教师主要针对学生的研究思路、实验方案等具体内容对学生的选题进行提示性和指导性的提问，有时自问自答，有时他问我答，有时我问他答，帮助学生加深对目前最新研究成果的理解，启发学生研究的新思路和新方法，精炼论文的创新点，体现其自身的研究成果。例如，有学生在讨论过程中提出自己所做工作仿佛是前人工作的重复，自己很难提出新的方法或者理论。针对这个问题，教师在课堂上对目前该研究领域最新的研究成果进行了深入讨论，帮助学生换位思考，寻找研究“盲点”，提出新的思路和方法。通过这种方式的讨论，让学生有一种豁然开朗的感觉。
　　3 教学效果
　　课程教学以一篇命题论文作为课程成绩的主要依据。该论文要求学生建立给定参数的电控助力转向系统（包括整车转向系统）模型，分析所给系统的控制特性，设计满足使用要求的反馈控制系统。有能力的可进一步完成控制系统的计算机仿真分析。这种命题课程论文的形式要求学生运用课堂讲授的理论方法对车辆电控系统进行分析与设计，检验学生理论联系实际的能力。在所提交的20余篇论文中，除去抄袭他人研究成果的6篇（已打回要求重新撰写），大部分同学基本掌握了车辆电子控制系统分析设计的方法，能够独立进行相关的研究工作。其中一篇运用了动力学仿真软件AMAMS与Simulink的联合仿真方法，并进行了计算机仿真；另一篇根据所给系统，设计了基于PID的反馈控制系统，完成了控制系统的仿真。这两篇文章我们认为思路清晰，创新点突出，研究成果具有比较高的参考价值，可以评为优秀，并推荐公开发表。
　　课程结束之后，学生普遍反应该门课程有一定难度，但是对于汽车电子控制系统有了更深入的理解，对控制系统的分析设计方法有了更系统的认识和掌握，是一门能真正学到“东西”的课程。
　　4 结束语
　　以提高车辆工程专业汽车电子控制方向研究生研究能力为目的，对其课程《车辆电子技术》的教学内容和教学方法进行了改革。在教学内容上以车辆电控系统的“V”型开发流程为主线，以理论知识串讲、典型案例分析和课堂讨论相结合的方法进行，注重提高学生控制系统分析设计的能力以及独立进行科学研究的能力，取得了比较好的教学效果。
　　当然，该课程的教学还存在一些问题需要进一步完善和解决。如理论教学内容部分如何进一步系统化，教学所用讲义还需要进一步修改、调整和完善，以保证之后该门课程教学的连贯性和一致性。
　　
　　参考文献
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