堯輝明 余朝剛 文永蓬 鄭樹彬

[摘 要]“卓越計(jì)劃”下城市軌道車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程應(yīng)達(dá)到一定的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)水平。需要明確新形勢(shì)下的課程教學(xué)方向，闡述本課程建設(shè)中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求。我校為該課程自主研發(fā)設(shè)計(jì)的車輛動(dòng)力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以進(jìn)行多項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，為該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有效的解決方案。

[關(guān)鍵詞]城軌車輛動(dòng)力學(xué) 課程建設(shè) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號(hào)] G642.423 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）08-0148-02

為切實(shí)貫徹和落實(shí)“卓越計(jì)劃”中“大力改革課程體系和教學(xué)形式”的指導(dǎo)原則，依據(jù)城市軌道交通車輛工程專業(yè)的“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行城市軌道交通領(lǐng)域的集成與創(chuàng)新，以強(qiáng)化實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)城市軌道交通車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，著力推動(dòng)基于問題的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)等多種研究性學(xué)習(xí)方法。

一、城軌車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程介紹

本課程是機(jī)械類城市軌道車輛專業(yè)的一門重要的專業(yè)特色基礎(chǔ)課，其理論性強(qiáng)，與城軌工程生產(chǎn)實(shí)際有著密切的聯(lián)系。本課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生以下能力。

（一）車輛動(dòng)力學(xué)思維洞察力和科學(xué)思維力

通過對(duì)課程的學(xué)習(xí)能夠從動(dòng)力學(xué)角度分析車輛運(yùn)動(dòng)行為，能夠從車輛運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)的角度，思考問題和解決問題。

（二）動(dòng)力學(xué)建模分析問題的能力

能夠閱讀并理解各類動(dòng)力學(xué)教材、參考書和動(dòng)力學(xué)理論科技文獻(xiàn)，具有不斷地?cái)U(kuò)展知識(shí)面，獲取新知的能力。能夠從工程實(shí)際問題出發(fā)，明確問題導(dǎo)向目標(biāo)，確定影響參變量，考慮約束條件，初步建立符合動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律的數(shù)學(xué)模型的能力，能夠理解求解車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的基本方法。

（三）探索動(dòng)力學(xué)規(guī)律的能力

能夠使理論模型與實(shí)際問題相關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行正確判斷和依照動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行決策的素質(zhì)。

二、“卓越計(jì)劃”下本課程基本教學(xué)方向

結(jié)合“卓越計(jì)劃”的特點(diǎn)，根據(jù)城軌車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)要求，為培養(yǎng)面向城市軌道交通車輛工程設(shè)計(jì)以及維保專業(yè)工程人才，城軌車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程體系必須不斷優(yōu)化，既要保證城市軌道交通車輛工程專業(yè)學(xué)生所學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)合理、基礎(chǔ)扎實(shí)，具有較為明顯的專業(yè)特色，又要體現(xiàn)滿足學(xué)生個(gè)人需求，具有一定的延展性，適應(yīng)城市軌道交通車輛發(fā)展需要的特點(diǎn)，突出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)業(yè)本領(lǐng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，注重培養(yǎng)學(xué)生良好的工程素質(zhì)。因此，城軌車輛動(dòng)力學(xué)課程必須注意車輛工程、運(yùn)營(yíng)工程、交通工程以及通信工程等相關(guān)學(xué)科專業(yè)知識(shí)的交叉，拓寬學(xué)生的視野，避免完全按照企業(yè)的要求培養(yǎng)單一型應(yīng)用人才。

為切實(shí)貫徹和落實(shí)“卓越計(jì)劃”中“大力改革課程體系和教學(xué)形式”的指導(dǎo)原則，依據(jù)城市軌道交通車輛工程專業(yè)的“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行城市軌道交通領(lǐng)域的集成與創(chuàng)新，以強(qiáng)化實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)城市軌道交通車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程體系和教學(xué)方法，著力推動(dòng)基于問題的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)等多種研究性學(xué)習(xí)方法。

在車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)中，注重引導(dǎo)學(xué)生思考動(dòng)力學(xué)性能的改進(jìn)如何影響到車輛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如何運(yùn)用動(dòng)力學(xué)的理論來分析整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)。通過案例的講解、分析，引出學(xué)生激烈的討論，并在討論中引導(dǎo)學(xué)生的觀點(diǎn)不偏離，啟發(fā)學(xué)生對(duì)輪軌式車輛動(dòng)力學(xué)機(jī)理思考，讓學(xué)生樹立正確的動(dòng)力學(xué)思維方法和分析原則。通過這些師生互動(dòng)，打破傳統(tǒng)教學(xué)的灌輸式，采用啟發(fā)式教學(xué)方法讓學(xué)生充分參與課程的討論。

這些教學(xué)方法的創(chuàng)新，離不開高校和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的機(jī)制，通過共同制訂培養(yǎng)目標(biāo)，共同建設(shè)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，共同實(shí)施培養(yǎng)過程，共同評(píng)價(jià)培養(yǎng)質(zhì)量，采用理論與實(shí)際相結(jié)合、講授與討論相結(jié)合、課堂與現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合以及再回課堂的教學(xué)方法，讓學(xué)生理論和實(shí)踐綜合獲益，培養(yǎng)滿足卓越計(jì)劃要求的合格工程型人才，力爭(zhēng)使動(dòng)力學(xué)課程在教學(xué)方法上有所突破。

三、城軌車輛動(dòng)力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

本課程由于其課程的特殊性，并沒有專用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，只能針對(duì)目前課程的基本理論體系和市場(chǎng)上現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

通過對(duì)課程的理論知識(shí)體系進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)要求購(gòu)置了兩臺(tái)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基于傳統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將城軌車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容轉(zhuǎn)換成一定方式，而用常規(guī)的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)來完成該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。

基于此，本課程設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括車輛動(dòng)力振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)試與車輛動(dòng)力系統(tǒng)的主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)和被動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。

（一）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一：振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)試

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：車輛振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)試方法；車輛共振動(dòng)法測(cè)試振動(dòng)固有頻率的原理與方法。實(shí)驗(yàn)要求：掌握車輛振動(dòng)系統(tǒng)單自由度固有頻率的測(cè)試方法；能夠運(yùn)用共振振動(dòng)法測(cè)試振動(dòng)固有頻率。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要針對(duì)城軌車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)振動(dòng)的基本概念理論的鞏固和深化學(xué)習(xí)而設(shè)計(jì)，通過該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)囕v振動(dòng)的振動(dòng)形態(tài)基本參數(shù)概念有基本認(rèn)識(shí)，能感性地感知振動(dòng)對(duì)車輛的基本影響，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生利用振動(dòng)理論解決車輛動(dòng)力學(xué)問題的基本素質(zhì)。

（二）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二：主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)和被動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：車輛系統(tǒng)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的基本知識(shí)；車輛系統(tǒng)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的基本原理；車輛系統(tǒng)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振效果的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)要求：了解車輛系統(tǒng)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的基本知識(shí)；掌握主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的基本原理；掌握主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振效果的測(cè)量。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要針對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)比較重要的懸掛系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)理論為目的而設(shè)計(jì)，通過該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)囕v的懸掛系統(tǒng)工作基本理論有基本認(rèn)識(shí)，能進(jìn)一步地理解懸掛系統(tǒng)參數(shù)對(duì)車輛舒適度及平穩(wěn)性性能指標(biāo)的影響關(guān)系，同時(shí)可以激發(fā)學(xué)生針對(duì)改良車輛舒適度指標(biāo)，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上產(chǎn)生一些創(chuàng)新思維。

四、自主設(shè)計(jì)車輛動(dòng)力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

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圖1 自主設(shè)計(jì)走行部關(guān)鍵部件預(yù)警監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖1所示為本課程建設(shè)項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)的城市軌道交通車輛走行部關(guān)鍵部件預(yù)警監(jiān)測(cè)和故障診斷創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)由四大系統(tǒng)組成：即信號(hào)發(fā)生器、多自由度振動(dòng)硬件模擬系統(tǒng)、實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)和特征值數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)是為電磁激振器提供激勵(lì)信號(hào)，使得激振器的輸出滿足預(yù)期實(shí)驗(yàn)要求；采用美國(guó)NI公司的多功能數(shù)據(jù)采集卡，利用與該數(shù)據(jù)采集卡配套的LabVIEW軟件完成數(shù)據(jù)采集、處理、分析、顯示、存儲(chǔ)等。電磁激振器可按給定的信號(hào)振動(dòng)，因而可以更好的模擬軌道不平順性?？梢詫?shí)測(cè)的軌道不平順數(shù)據(jù)經(jīng)過AD模塊轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)功率放大器后，輸給激振器，激振器的輸出形式便和輸入保持一致。多自由度振動(dòng)硬件模擬系統(tǒng)由下層結(jié)構(gòu)垂向自由度，上層結(jié)構(gòu)由垂向和側(cè)滾兩個(gè)自由度組成，并能根據(jù)不同的彈簧剛度和不同重量的結(jié)構(gòu)件調(diào)整其姿態(tài)，使得靜止?fàn)顟B(tài)下，上下層結(jié)構(gòu)能處于水平狀態(tài)，使測(cè)試數(shù)據(jù)更真實(shí)。上層結(jié)構(gòu)和L型自潤(rùn)滑球頭桿端關(guān)節(jié)軸承的鏈接接頭功能如上。L型自潤(rùn)滑球頭桿端關(guān)節(jié)軸承能同時(shí)滿足上層結(jié)構(gòu)側(cè)滾和垂向運(yùn)動(dòng)。

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圖2 關(guān)鍵部件動(dòng)力學(xué)創(chuàng)新試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物圖

通過該自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)，學(xué)生可以在此實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成多項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，如：

a.車體振動(dòng)舒適度檢測(cè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；

b.城軌車輛懸掛系統(tǒng)故障診斷方法驗(yàn)證創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；

c.車輛動(dòng)力學(xué)平穩(wěn)性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；

d.小型化車輛動(dòng)力學(xué)測(cè)試裝置創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等。

五、結(jié)束語(yǔ)

“卓越計(jì)劃”下的城市軌道交通車輛動(dòng)力學(xué)教學(xué)，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐能力培養(yǎng)上提出了更高的要求。良好的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有助于學(xué)生動(dòng)力學(xué)理論方面的理解，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于振動(dòng)理論的掌握。通過自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和使用可以提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，并且培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新科研能力，使創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐進(jìn)行融合，能有效地提高不同于鐵路車輛動(dòng)力學(xué)的城市軌道車輛動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李培根.工程師教育培養(yǎng)該何以卓越[J].中國(guó)高等教育，2011（6）.

[2] 鄭樹彬，朱文良，方宇，等.“卓越計(jì)劃”下的城軌車輛專業(yè)工程教育課程體系創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].大學(xué)教育，2013（1）.

[3] 文永蓬，廖愛華，師蔚，等.“卓越計(jì)劃”下城軌車輛故障診斷與維修課程優(yōu)化與創(chuàng)新[J].大學(xué)教育，2014（3）.

[4] 林健.基于工程教育認(rèn)證的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”質(zhì)量評(píng)價(jià)探析[J].高等工程教育研究，2015（5）.

[5] 王東旭，馬修真，李玩幽.艦船動(dòng)力“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2011（4）.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]