研究生精品課程車輛系統(tǒng)動力學(xué)教材建設(shè)初探

潘公宇 楊曉峰

[摘 要]高質(zhì)量的研究生教材，既能豐富研究生的課程內(nèi)容，避免研究生課程“本科化”，又能提高研究生的科研能力和國際視野，因此，打造適應(yīng)一流學(xué)科建設(shè)背景下的車輛系統(tǒng)動力學(xué)教材，對于車輛工程專業(yè)碩士的核心學(xué)位課程建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生開展主動學(xué)習(xí)，提升學(xué)生知識應(yīng)用能力和科研能力，提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的意義。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)車輛系統(tǒng)動力學(xué)教材，提出了教材建設(shè)的思路并進(jìn)行了應(yīng)用實踐，并通過多元化教學(xué)方法和虛擬仿真實驗教學(xué)手段等，取得了較好的效果。

[關(guān)鍵詞]車輛系統(tǒng)動力學(xué);精品課程;教材建設(shè)

[基金項目]江蘇大學(xué)2017年研究生精品課程《車輛系統(tǒng)動力學(xué)》項目（2017012）;江蘇大學(xué)2019年高等教育教改研究課題（2019JGYB036）

[作者簡介]潘公宇（1965—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，博士，江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院交通運輸系教授，主要從事車輛系統(tǒng)動力學(xué)及車輛NVH控制技術(shù)研究;楊曉峰（1983—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，博士，江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院交通運輸系副教授，主要從事車輛動態(tài)性能模擬與控制研究。

[中圖分類號] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0105-02[收稿日期] 2020-04-13

一、引言

車輛系統(tǒng)動力學(xué)是車輛工程專業(yè)碩士研究生的核心學(xué)位課程，在一流學(xué)科建設(shè)的背景下，對車輛系統(tǒng)動力學(xué)課程建設(shè)提出了更新、更高的要求。而研究生教材作為課堂教學(xué)的主要參考依據(jù)，擔(dān)負(fù)著傳授知識和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的雙重任務(wù)，對提高教學(xué)質(zhì)量、深化教學(xué)改革具有非常重要的作用[1]。文章在分析了國內(nèi)外相關(guān)車輛系統(tǒng)動力學(xué)教材的基礎(chǔ)上，提出了教材建設(shè)的思路并進(jìn)行了應(yīng)用實踐。

二、國內(nèi)外相關(guān)教材

1.德國教材?！镀噭恿W(xué)》是由德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)M.米奇克教授編寫的一部經(jīng)典教材，該教材的第1版是1970年出版的。2004年推出了第4版，由（德）Manfred Mitschke（米奇克）及Henning Wallentowitz（瓦倫托維茨）共同編著，該教材對汽車動力學(xué)進(jìn)行了全面的總結(jié)。將主動系統(tǒng)作為車輛標(biāo)準(zhǔn)配置引入到驅(qū)動與制動、振動以及操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)理論中，并討論了車輛在受到干擾時的整車行駛理論問題，還考慮到了車輛與駕駛員之間的相互作用。書中通過以圖表形式給出的大量車輛數(shù)據(jù)和計算實例說明了上述理論的適用性，并在對結(jié)果的討論中為車輛性能的改進(jìn)提出了建議。主要內(nèi)容包括：概述;A篇：驅(qū)動和制動;B篇：車輛振動;C篇：行駛的操縱穩(wěn)定性。

2.美國教材?！盾囕v動力學(xué)與控制》（第2版）是由美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的拉杰什·拉賈馬尼（Rajesh Rajamani）教授編寫的教材。該教材涵蓋了巡航控制、自適應(yīng)巡航控制、制動防抱系統(tǒng)、車道自動保持系統(tǒng)、高速公路自動行駛、橫擺穩(wěn)定性控制、發(fā)動機(jī)控制、被動懸架、主動懸架和半主動懸架、輪胎模型以及輪胎—路面參數(shù)識別。全書共由16章組成。第1章為概論，第2章為車輛側(cè)向動力學(xué)，第3章為自動車道保持系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向控制，第4章為車輛縱向動力學(xué)，第5章為車輛縱向控制，第6章為自適應(yīng)巡航控制，第7章為車隊的縱向控制，第8章為電子穩(wěn)定性控制，第9章為汽油和柴油發(fā)動機(jī)的均值建模，第10章為被動式汽車懸架的設(shè)計與分析，第11章為主動懸架，第12章為半主動懸架，第13章為輪胎縱向力與側(cè)向力，第14章為公路車輛的輪胎—路面摩擦力測量，第15章和16章是第2版新增加的，其中第15章是側(cè)傾動力學(xué)與側(cè)翻預(yù)防，第16章是混合動力車。

3.日本教材。在汽車工程領(lǐng)域及車輛動力學(xué)領(lǐng)域非常知名的日本神奈川工科大學(xué)安部正人教授編寫的《車輛操縱動力學(xué)：理論與應(yīng)用（原書第2版）》建立了完整的動力學(xué)方程，對無論是高爾夫小型車還是高端運動轎車關(guān)鍵部件的設(shè)計提供了詳細(xì)的理解;并且在MATLAB工具箱的支持下，對影響車輛動力學(xué)的關(guān)鍵領(lǐng)域都可以進(jìn)行分析，包括輪胎力學(xué)、操縱系統(tǒng)、車輛側(cè)傾、驅(qū)動與制動、四輪驅(qū)動，以及受車輛和駕駛員協(xié)調(diào)控制影響的車輛動力學(xué)與可控性等方面的問題。另外，他編寫的日語著作《車両の運動と制御》一直被視為本領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)典之作，1979年一經(jīng)出版便得到了全世界車輛動力學(xué)業(yè)內(nèi)學(xué)者的廣泛認(rèn)可，并先后被翻譯成多國語言廣為參讀[2]?！盾囕v操縱動力學(xué)：理論與應(yīng)用（原書第2版）》是在對《車両の運動と制御》的不足進(jìn)行了全面修改，并結(jié)合當(dāng)下備受關(guān)注的車輛動力學(xué)問題進(jìn)行了內(nèi)容補(bǔ)充的基礎(chǔ)上編寫的，是汽車工程領(lǐng)域及車輛動力學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典之作。

4.國內(nèi)教材。國內(nèi)喻凡、林逸教授等編著的《汽車系統(tǒng)動力學(xué)》（第2版）是普通高等教育十三五汽車類規(guī)劃教材，采用國內(nèi)學(xué)生熟悉的編寫方法，內(nèi)容具有良好的普遍性。該教材除了介紹車輛動力學(xué)建模的基礎(chǔ)理論、輪胎力學(xué)及汽車空氣動力學(xué)基礎(chǔ)之外，重點介紹了受汽車發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)影響的驅(qū)動動力學(xué)和制動動力學(xué)，以及行駛動力學(xué)和操縱動力學(xué)內(nèi)容。該版新增加了一章關(guān)于駕駛員模型、人—車—路閉環(huán)系統(tǒng)及車輛操縱品質(zhì)評價的內(nèi)容;新增應(yīng)用分岔理論進(jìn)行非線性懸架動力學(xué)及前輪擺振分析的一個實例。

三、車輛系統(tǒng)動力學(xué)教材建設(shè)的思路和實踐

車輛系統(tǒng)動力學(xué)是車輛工程專業(yè)研究生的一門核心課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握車輛動力學(xué)的基本理論與分析方法，深刻理解車輛在行駛過程中受到的各種力的相互作用及由此產(chǎn)生的對車輛行駛的影響;進(jìn)而提出汽車設(shè)計參數(shù)選取的原則和依據(jù)[3]。考慮到汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及控制技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，《汽車系統(tǒng)動力學(xué)基礎(chǔ)及其控制技術(shù)》從汽車系統(tǒng)動力學(xué)的基礎(chǔ)理論出發(fā)，系統(tǒng)介紹了汽車縱向動力學(xué)、操縱動力學(xué)和垂向動力學(xué)的力學(xué)分析、系統(tǒng)建模及動態(tài)響應(yīng)等，結(jié)合現(xiàn)代控制的基本理論，討論了控制技術(shù)在車輛工程中的應(yīng)用。通過重點介紹車輛系統(tǒng)動力學(xué)建模、仿真分析及試驗方法，研究車輛懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等系統(tǒng)參數(shù)與操縱穩(wěn)定性、行駛平順性的相互關(guān)系，分析研究控制理論在車輛系統(tǒng)動力學(xué)領(lǐng)域方面的應(yīng)用等，培養(yǎng)專業(yè)學(xué)位研究生分析解決問題的能力[4]。教材共5章，第1章是汽車動力學(xué)及控制理論概述，第2章是現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)，主要包括狀態(tài)空間法、線性系統(tǒng)的可控性和可觀測性、穩(wěn)定性、最優(yōu)控制等，第3章到第5章分別介紹了汽車的縱向動力學(xué)、操縱動力學(xué)和垂向動力學(xué)的力學(xué)分析、建模及其控制。車輛工程中的應(yīng)用主要包括驅(qū)動防滑控制、制動防抱死系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、穩(wěn)定性控制、半主動懸架及主動懸架等。該教材在編寫過程中，獲批全國工程專業(yè)學(xué)位研究生教育國家級規(guī)劃教材。

當(dāng)然，研究生教材建設(shè)是精品課程建設(shè)的一個環(huán)節(jié)，在課程建設(shè)和實踐教學(xué)中，還需通過多元化教學(xué)方法和良好的實驗實踐等，加強(qiáng)學(xué)生對教材及課程的理解。實際教學(xué)中，采用多元化的教學(xué)手段和方法，能夠充分發(fā)揮現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段和傳統(tǒng)教學(xué)手段各自的優(yōu)勢，并根據(jù)研究生的特點采用討論法、研究法等各種啟發(fā)式教學(xué)方法，能夠充分調(diào)動研究生自主學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立探索問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，以及創(chuàng)新思維和實踐能力[5]。同時，依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)構(gòu)建的高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，使得研究生在虛擬環(huán)境中開展實驗，可以有效地解決教學(xué)過程中動手難的問題，更加容易激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)和科研興趣。

四、結(jié)束語

研究生教材建設(shè)是研究生精品課程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，作為課堂教學(xué)的主要參考依據(jù)，擔(dān)負(fù)著傳授知識和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的雙重任務(wù)。作為車輛工程專業(yè)研究生的一門核心專業(yè)課，車輛系統(tǒng)動力學(xué)教材的選用和建設(shè)與課程質(zhì)量有很大的關(guān)系。文章在分析了國內(nèi)外相關(guān)車輛系統(tǒng)動力學(xué)教材的基礎(chǔ)上，提出了教材建設(shè)的思路并進(jìn)行了應(yīng)用實踐，并通過多元化教學(xué)方法和虛擬仿真實驗教學(xué)手段等，取得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳艷慧，崔議文，李勇，張瑾，李博.學(xué)術(shù)型研究生課程改革的探索與實踐—以吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)為例[J].學(xué)位與研究生教育， 2015（11）：33-38.

[2]潘公宇，江浩斌，等.車輛工程專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2017（4）：1-5.

[3]殷允杰，王潮霞.我國研究生國際合作與聯(lián)合培養(yǎng)新模式探索[J].教育教學(xué)論壇，2014（12）：176-177.

[4]王添翼.“雙一流”建設(shè)背景下推進(jìn)研究生課程建設(shè)國際化的思考與探索[J].高教學(xué)刊，2018（3）：16-18.

[5]肖梅，張雷，胡大偉，馬壯林，彭朝林.“雙一流”建設(shè)中的《智能運輸系統(tǒng)》課程改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2018（38）：129-130.