摘要：《汽車?yán)碚摗纷鳛檐囕v相關(guān)專業(yè)核心課程，教學(xué)難度較大，傳統(tǒng)的教學(xué)方法以PPT展示及講解為主。借助現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，將車輛專業(yè)動(dòng)力學(xué)軟件CarSim引入課堂教學(xué)，以車輛行駛滾動(dòng)阻力教學(xué)為例，結(jié)合軟件仿真與理論知識(shí)點(diǎn)授課，能夠有效提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。研究結(jié)論為《汽車?yán)碚摗氛n程教學(xué)方法提供了新的思路和可靠的實(shí)踐方案。

關(guān)鍵詞：《汽車?yán)碚摗?；CarSim；仿真教學(xué)

中圖分類號(hào)：G712" " " "收稿日期：2024-12-20" " " " DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.04.031

Exploration of Teaching Method for Automotive Theory Course Based on CarSim Software Simulation

Qiu Jianbin" Zheng Jiaqiu" He Qian" Zhong Lei

Chengdu Technological University，Chengdu 611730，China

Abstract：As a core course in vehicle related majors，Automotive Theory is difficult to teach， and traditional teaching methods mainly rely on PPT presentation and explanation. This paper utilizes modern computer-aided technology to introduce the vehicle dynamics software CarSim into classroom teaching. Taking the teaching of vehicle rolling resistance as an example， combined with software simulation and theoretical knowledge points， it can effectively improve teaching effectiveness and cultivate students' comprehensive abilities. Research couclusions can provided new ideas and reliable practical solutions for the teaching methods of the course Automotive Theory.

Key words：Automotive theory course;CarSim；Simulation teaching

1 前言

《汽車?yán)碚摗氛n程作為車輛工程及相關(guān)專業(yè)核心課程，授課內(nèi)容主要涵蓋汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性以及平順性等模塊。傳統(tǒng)的授課方式主要依托教材、教學(xué)PPT等工具及方法，對(duì)于學(xué)生而言很難快速掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)[1]。因此，有必要在教學(xué)方法、教學(xué)工具等方面作出探索創(chuàng)新，以達(dá)到更高的教學(xué)質(zhì)量及學(xué)習(xí)效果，許多學(xué)者也開展了形式多樣的教學(xué)方法改革，既有成績(jī)，也有不足[2-4]。本文為提高《汽車?yán)碚摗氛n程的教學(xué)效果，利用CarSim軟件建立基于圖形用戶界面（GUI）的汽車動(dòng)力學(xué)仿真模型。一方面在軟件中根據(jù)自己的要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，直觀清晰地查看相應(yīng)的響應(yīng)情況，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；另一方面，該輔助軟件也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。

2 CarSim仿真軟件介紹

CarSim是由Mechanical Simulation Corporation開發(fā)的專門用于車輛動(dòng)力學(xué)性能仿真的軟件[5]。CarSim可以準(zhǔn)確模擬各種車輛的動(dòng)態(tài)性能，包括乘用車、卡車、公交車和競(jìng)賽車等不同類型，軟件采用圖形化的用戶交互界面，如圖1所示。

CarSim可以模擬汽車在不同道路條件下的動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)，例如模擬車輛懸掛系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，包括懸掛剛度、減震器性能等方面的影響；模擬不同類型的路面條件，以評(píng)估車輛在不同路況下的性能表現(xiàn)；模擬駕駛員的行為操作，以評(píng)估駕駛員對(duì)車輛性能的影響；模擬車輛在碰撞情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；評(píng)估車輛的穩(wěn)定性，以提供安全性參考；評(píng)估車輛的燃油效率，以幫助優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)和駕駛策略；還通過(guò)模擬不同車輛參數(shù)和配置的影響，幫助優(yōu)化車輛的性能[6]。CarSim被廣泛運(yùn)用于汽車工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和優(yōu)化過(guò)程中，CarSim的優(yōu)勢(shì)在于其高精度的車輛動(dòng)態(tài)行為模擬能力，以及與其他軟件（如Simulink）的簡(jiǎn)便集成，這使得它在車輛系統(tǒng)研究與開發(fā)領(lǐng)域起著重要作用。

3 基于CarSim軟件的建模仿真

利用CarSim進(jìn)行汽車?yán)碚撓嚓P(guān)模擬實(shí)驗(yàn)要先收集車輛參數(shù)，再建立車輛模型，包括車輛的動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)等。根據(jù)車輛參數(shù)設(shè)置車輛的初始狀態(tài)，設(shè)定車輛的行駛條件，最后設(shè)定仿真時(shí)間及條件，進(jìn)行仿真分析。以汽車行駛過(guò)程中滾動(dòng)阻力分析為例，傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以將汽車行駛滾動(dòng)阻力的影響因素及關(guān)系清晰表達(dá)。

利用CarSim軟件進(jìn)行汽車行駛滾動(dòng)阻力的仿真分析，通過(guò)模擬車輛在不同行駛條件下的動(dòng)力系統(tǒng)輸出和車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，得到汽車的滾動(dòng)阻力數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。本次設(shè)計(jì)首先通過(guò)CarSim軟件收集了仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)，包括輸入?yún)?shù)、輸出結(jié)果以及其他相關(guān)信息;再利用Matlab繪制圖表、圖形和統(tǒng)計(jì)圖表等可視化工具，將數(shù)據(jù)可視化，以便更直觀地理解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和趨勢(shì)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，解釋仿真結(jié)果的含義，結(jié)合教材內(nèi)容進(jìn)行講解。

在本次設(shè)計(jì)模擬中，采用的實(shí)驗(yàn)車型是E級(jí)-SUV車型，如圖2所示。

影響汽車行駛滾動(dòng)阻力的因素主要有汽車質(zhì)量、接觸面的摩擦力以及輪胎尺寸。因此，把汽車質(zhì)量、路面的摩擦力，以及輪胎尺寸作為變量，仿真分析汽車滾動(dòng)阻力變化關(guān)系，如表1所示，其他數(shù)據(jù)設(shè)定保持一致。

3.1 汽車質(zhì)量與滾動(dòng)阻力影響分析

圖3為汽車質(zhì)量與滾動(dòng)阻力關(guān)系圖。分析圖3得知，汽車的質(zhì)量與汽車行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力成正比，汽車的質(zhì)量越大，則汽車行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力越大。這是因?yàn)槲矬w的質(zhì)量增加會(huì)導(dǎo)致物體的慣性增加，從而需要更大的力來(lái)克服阻力。

3.2 路面摩擦力與滾動(dòng)阻力影響分析

圖4為路面摩擦因數(shù)與滾動(dòng)阻力的關(guān)系圖?？梢钥闯?，當(dāng)路面的摩擦因數(shù)增大時(shí)，滾動(dòng)阻力也會(huì)增大。這是因?yàn)槁访婺Σ亮?huì)使物體在滾動(dòng)時(shí)受到更大的阻力，從而增加滾動(dòng)阻力的大小。相反，當(dāng)路面的摩擦因數(shù)減小時(shí)，滾動(dòng)阻力也會(huì)減小。

3.3 輪胎尺寸與滾動(dòng)阻力影響分析

圖5為輪胎尺寸與滾動(dòng)阻力的關(guān)系圖?？梢钥闯觯话闱闆r下，汽車輪胎半徑越大可能滾動(dòng)阻力越大。半徑越大意味著與地面接觸面的縱向尺寸也越大，垂向合力與輪心的偏距可能也會(huì)越大。相較于汽車質(zhì)量以及路面摩擦力來(lái)說(shuō)，汽車輪胎半徑大小對(duì)于汽車行駛阻力的影響并不明顯。

利用CarSim軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)﹐不僅使原本比較枯燥的理論教學(xué)變得形象生動(dòng)、直觀易解，鍛煉學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的活學(xué)活用﹐而且使學(xué)生結(jié)合專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)軟件的使用方法﹐拓寬了學(xué)生的專業(yè)技能，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和工程應(yīng)用能力。

4 基于CarSim仿真的教學(xué)效果

4.1 綜合成績(jī)比較

為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)在《汽車?yán)碚摗氛n程教學(xué)中引入CarSim軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后的教學(xué)效果，課程組在總結(jié)學(xué)生作業(yè)完成情況﹑理論考核情況的基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)中的不同授課對(duì)象與教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)分析。對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行綜合評(píng)分，各部分成績(jī)占比如圖6所示，取最終兩組學(xué)生考核成績(jī)平均值比較，結(jié)果如2所示。數(shù)據(jù)顯示，基于CarSim軟件混合式教學(xué)模式班的成績(jī)高于傳統(tǒng)教學(xué)班，因此混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果更好。

4.2 畢設(shè)效果

筆者所在學(xué)院課程組教師在車輛工程專業(yè)及汽車服務(wù)工程專業(yè)畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，選取了部分學(xué)生利用CarSim軟件進(jìn)行車輛性能仿真、動(dòng)力系統(tǒng)匹配及傳動(dòng)裝置參數(shù)選取等方面的課題進(jìn)行研究，多名學(xué)生在畢業(yè)答辯中取得優(yōu)異成績(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真軟件的優(yōu)勢(shì)，將《汽車?yán)碚摗氛n程中抽象難懂的知識(shí)點(diǎn)借助CarSim軟件圖形化的用戶交互及仿真界面生動(dòng)直觀的表達(dá)，對(duì)仿真輸出結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)合教材理論知識(shí)點(diǎn)講解。結(jié)果表明，基于CarSim軟件仿真的《汽車?yán)碚摗氛n程教學(xué)有助于提高課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握運(yùn)用，能夠有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)及綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)領(lǐng)域研究的興趣和基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

邱健斌，男，1995年生，助教，研究方向?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車、道路交通安全。

何倩（通訊作者），女，1996年生，助教，研究方向?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械故障診斷。