汽车电子测量管理论文

摘要:“电子测量技术”网络课程是一个综合的网络教学平台。根据笔者多年来的教学研究与教学实践,文章阐述了“电子测量技术”网络课程建设的现实意义和主要内容。以下是小编精心整理的《汽车电子测量管理论文 (精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

汽车电子测量管理论文 篇1：

考虑燃料电池耐久性的FCEV能量管理策略研究

摘要： 为降低燃料电池的启停循环因素和动态负载循环因素对燃料电池性能的影响，保证燃料电池的耐久性，在等效氢气消耗最小策略基础上，增加负载限制策略和启停控制策略，实现对燃料电池输出的瞬时功率波动的限制和对燃料电池开启和关闭的控制。在更贴合车辆实际行驶情况的WLTC工况下进行仿真实验对比。结果表明，本文提出的策略相较于不使用限制策略和只使用负载限制策略的情况，等效氢气消耗分别增加595%和4.15%，但燃料电池的电压衰退分别减少5426%和4067%，启停次数分别减少44次和29次，在保证燃油经济性情况下，能够更好的减缓燃料电池的性能衰退，提高其耐久性和延长使用寿命。

关键词： 燃料电池电动汽车; 能量管理策略; 等效氢气消耗最小; 燃料电池耐久性

燃料电池电动汽车(fuel cell electric vehicle，FCEV)是一种无污染、能量效率高且燃料可再生的最有发展前景的新能源汽车之一[1]。然而，燃料电池制造成本高、使用寿命较短是限制其进一步发展的主要原因[23]。为了减缓燃料电池的性能衰退，提高其耐久性并延长使用时间，合理的能量管理策略具有重要的研究意义。关于燃料电池汽车的能量管理策略有很多种，大致分为基于规则的策略和优化的策略两种。基于规则策略主要有功率跟随策略[45]、恒温器策略和模糊控制策略[6]等;基于优化的策略主要有动态规划策略[7]和等效燃油消耗最小策略(equivalent consumption minimization strategy，ECMS)[8]等。冯耀先等人[9]基于等效燃油消耗最小策略，考虑燃料电池启停工况和怠速工况的影响，提出先“启停”后“低功率”的优化思想，并使用工况识别对能量管理模式进行切换，使燃料电池的开启和关闭受到限制。但没有考虑到动态负载循环工况对燃料电池的影响。林歆悠等人[10]针对燃料电池的剧烈加减载情况，使用电压反馈优化控制策略对输出电压进行控制，使得燃料电池整体电压衰减得到减缓。但没有考虑到启停工况对衰退的影响。启停循环和动态负载循环工况是导致燃料电池耐久性下降的主要因素[1112]，本文以提高燃料电池耐久性为目标，在使用ECMS策略保证燃油经济性的前提下，增加负载限制策略(load limiting strategy)和启停控制策略(startstop control strategy)，减少启停循环次数、减少负载波动幅度，延长燃料电池的使用寿命。本研究可以为硬件在环仿真和实车实验提供一定的指导价值。

1燃料电池汽车建模

本文研究的燃料电池汽车动力系统主要包括整车动力学模型，燃料电池模型和动力电池模型。燃料电池作为主要能量源为整车提供动力，动力电池作为辅助动力源协同工作。

在高需求功率时，動力电池承担部分需求来减小燃料电池的输出功率[13，18]，达到“削峰”的目的，动力系统参数如表1所示

1.1整车动力学模型

整车动力学模型仅考虑行驶过程中的纵向动力学，忽略操纵稳定性和行驶过程中车轮与地面之间的滑移。根据汽车理论[14]，在行驶过程中的动力学平衡方程为

其中，m为汽车的整备质量，kg;g为重力加速度，m/s2;f为滚动阻力系数;α为道路坡度;CD为汽车的风阻系数;A为迎风面积，m2;ua为汽车行驶速度，m/s;δ为旋转质量换算系数。

1.2燃料电池模型

在理想条件下，输入任意大小的电流密度来维持燃料电池的热力学输出电压，但现实条件下实际输出电压会小很多，由于燃料电池在发生化学反应过程中存在不可逆损失，即极化损失。质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)的极化损失主要存在3种，分别是活化极化过电压损失(Vact)、浓度极化过电压损失(Vcon)和欧姆极化过电压损失(Vohm)[8]。在3种极化损失的影响下实际输出的电压(Vcell)为[20]

其中，Enernst为热力学电动势。热力学电动势为

其中，T为PEMFC工作过程中的温度，K;PH2为氢气压力，Pa;PO2为氧气压力，Pa。

温度和电流等变量的函数为

其中，CO2=PO2/508×106exp-498/T。

浓度极化过电压损失与电流密度为

欧姆极化过电压损失为

其中，ξi为拟合参数;CO2为阴极输入的氧气浓度，mol/cm3;i为负载电流，A;J为电流密度，A/cm2;Jmax为最大电流密度，A/cm2;Afc为燃料电池膜面积，cm2;ζ为质子交换膜厚度，μm;λ为质子交换膜含水量。

1.3动力电池模型

本文使用Rint内阻等效电路模型，该模型不影响电池内部的电化学反应过程[15]，因此不需考虑电池热平衡和电池均衡的影响，研究电流和电压等外部的物理特性，更好的与所建立的控制策略模型联系。等效模型电路如图1所示，UOC为动力电池的开路电压，R0为等效内阻，U为输出电压。

动力电池的电流为

其中，Rchg和Rdis为电池的充放电内阻，Ω;Pbat为动力电池的需求功率，W。

在充放电情况下，动力电池的效率为

采用安时积分法，估算动力电池的电荷状态(state of charge， SOC)，记Cso，即

其中，Cso为动力电池的电荷状态;Csoint为动力电池初始荷电状态;Cbat为电池容量，Ah。

2燃料电池耐久性的能量管理策略

燃料电池汽车经济性和耐久性是能量管理策略的两个核心衡量指标[1617]，在开发燃料电池汽车过程中，需要保证燃油经济性的前提下，平衡好燃料电池的耐久性，延长使用寿命。导致燃料电池耐久性下降的因素主要有四个是启停循环、怠速运行工况、动态负载循环工况和大负载运行工况[12]。各工况对燃料电池

寿命影响因素如图2所示。由图2可以看出，启停循环和动态负载循环工况是导致燃料电池性能下降的最主要因素，33%的电压衰退由启停循环导致，56%由动态负载循环造成，所以主要考虑对这两种因素进行限制。

针对整车的经济性和燃料电池的耐久性，本文使用3个子能量管理策略对这两个方面进行控制。在经济性方面，采用等效氢耗最小策略来保证燃油经济性;在耐久性方面，采用负载限制策略来减少负载波动的剧烈程度，采用启停控制策略来减少燃料电池的启停循环次数。

2.1等效氢耗最小策略

燃料電池汽车在行驶过程中通过两个能量源配合工作，所以整车行驶的氢气消耗C由燃料电池的氢气消耗Cfc和动力电池的等效氢气消耗Cbat构成[10，19]。

燃料电池的氢气消耗与燃料电池需求功率及其效率有关，即

动力电池的等效氢气消耗与动力电池需求功率及其充放电效率有关，即

其中，Pfc为燃料电池的输出功率，kW;ηfc为燃料电池的输出效率;QLHV为氢气的低热值，本文取120 kJ/kg;Pbat为动力电池的输出功率，kW;ηchg_avg和ηdis_avg为动力电池的平均充、放电效率。

为维持动力电池的Cso，使动力电池不会出现过充的情况，需要引入动力电池的修正函数k，以保证Cso处于合适的工作范围。动力电池的修正函数为

其中，μ为平衡系数，本文取06;CsoH和CsoL为动力电池Cso上下限，本文取08和04。

总体价值函数优化目标Pfc_opt为

其中，Ubatmin和Ubatmax分别为总线电压的最小值和最大值，V;Pfcmax为燃料电池最大输出功率，kW。

2.2负载限制策略

负载波动的剧烈程度是造成燃料电池性能衰退和耐久性下降的最主要因素，本文采用文献[10]提出的方法，反映当前燃料电池电压的变化情况，即

其中，udecay为当前燃料电池电压的变化情况;σ为标准差函数;Ptfc～Pt-4fc为燃料电池5 s内的输出功率，kW。

在复杂的运行工况下，采用固定的功率波动限制值ΔPfc，能够更快的达到需求功率且提升燃油经济性，但会加大对燃料电池的损伤。为了减小负载波动带来的性能衰退，需要对燃料电池系统输出的瞬时功率波动进行限制。最大功率波动限制值ΔPfcmax设置为4 kW，根据反馈得到的燃料电池瞬时变化速率和最大变化速率udecay_max，对功率波动限制值进行自适应调整。功率波动限制值为

2.3启停控制策略

燃料电池的启动和停止是造成其耐久性下降的另一重要因素[11]，本文采用启停控制策略，启停控制策略如图3所示，设定燃料电池需求功率Pref低于怠速运行功率，则燃料电池不开启。设定燃料电池需求功率高于怠速运行功率，燃料电池开启且保持高于最低运行功率Plow(本文中取4 kW)，直到接收到燃料电池停止信号。车辆在行驶过程中会出现制动情况，导致整车需求功率由正转负，但行驶中存在短暂停车的可能，所以本文将车速连续5 s为零的情况作为停车信号，也就是燃料电池的关闭信号，将需求功率与车速信号联系在一起，既可以控制燃料电池的启停，又可以在一定程度上防止燃料电池在低负载区域工作。

3仿真验证与分析

DECMS能量管理策略在更贴合车辆实际行驶情况的WLTC工况下进行仿真，WLTC工况功率分配图如图4所示。燃料电池和动力电池相互配合运行，在整车需求功率较为复杂的情况下，燃料电池的输出功率较为稳定，启停次数较少，这都有利于减少燃料电池的性能衰退，增强其耐久性。

为了体现负载限制策略和启停控制策略对减少燃料电池电压衰退的效果，将等效氢耗最小策略(ECMS)、等效氢耗最小策略加上负载限制策略(LECMS)、等效氢耗最小策略加上负载限制策略再加上启停控制策略(DECMS)3种能量管理策略，在WLTC工况下进行仿真对比。

3种控制策略燃料电池输出功率对比如图5所示。由图5可以看出，单纯的ECMS策略下，采用固定的功率波动限制值，燃料电池输出功率波动较大，启停次数较多，而且多次运行在怠速工况下。

与ECMS策略对比，在LECMS策略下，采用自适应的功率波动限制值，燃料电池输出功率波动程度得到了改善，启停次数减少。在DECMS策略下，燃料电池的启停在行驶工况的影响下，可以看出启停次数受到了明显的控制，输出功率多在高效率区，并且没有出现怠速运行的情况。

动力电池的SOC过低或过高都会影响其输出效率，SOC随时间变化曲线如图6所示。由图6可以看出，对动力电池的SOC具有一定的调节能力，使其维持在合理的区间。

燃料电池动态负载循环反映一定时间内输出功率变化率的累积量，将输出功率变化率积分等于50 kW定义为一个动态负载循环，即输出功率由怠速功率到额定功率再到怠速功率的循环。电压衰退代表燃料电池的损伤程度，越小代表耐久性表现越好。燃料电池电压衰退随时间变化曲线如图7所示，由于负载限制策略和启停控制策略的影响，DECMS策略下燃料电池的损伤较小，3种策略下电压衰退大小分别是2176，1677和996 μV，启停次数分别为47，33和4次。

与ECMS和LECMS相比，DECMS电压衰退分别减少了5426%和4067%，启停次数分别减少了44次和29次，说明DECMS能量管理策略能够更好的减缓燃料电池性能衰退，增强其耐久性，延长其使用寿命。

由于负载限制和启停控制策略对燃料电池功率输出的限制，在一定程度会导致燃油经济性下降，等效氢气消耗随时间变化曲线如图8所示。

由图8可以看出，氢气消耗随着时间不断增长，由于存在较大的制动能量，在最后阶段氢气转化为电能，储存在动力电池中，等效氢耗降低。在3种策略下，等效氢气消耗分别为1966，200，2083 g，与ECMS和LECMS相比，DECMS分别增加了595%和415%。

4结束语

本文以整车的经济性和耐久性两方面为研究目标，采用等效氢耗最小策略来保证燃油经济性，用负载限制策略和启停控制策略来增强燃料电池的耐久性。经过仿真验证对比，本文提出的DECMS策略，与ECMS和LECMS策略相比，等效氢气消耗分别增加了595%和415%，但电压衰退分别减少5426%和4067%，启停次数分别减少44次和29次，说明DECMS能量管理策略在保证一定的燃油经济性情况下，能够更好的減缓燃料电池的性能衰退。由于本文主要研究了在行驶过程中对启停循环工况和动态负载循环工况的限制，没有对怠速工况和大负载工况进行控制，在以后的研究中需要进一步探讨。

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Research on FCEV Energy Management Strategy Considering

Fuel Cell Durability QIU Junzheng ZHAO Hong LIU Xiaotong XU Fuliang LU Laiwei

(a. College of Mechanical and Electrical Engineering; b. Power Integration and Energy

Storage Systems Engineering Technology Center， Qingdao University， Qingdao 266071， China)

Key words： fuel cell electric vehicle; energy management strategy; ECMS; fuel cell durability

收稿日期： 20211119; 修回日期： 20211215

基金項目： 青岛市民生科技计划(196188nsh)

作者简介： 仇俊政(1997)，男，硕士研究生，主要研究方向为新能源汽车技术。

通信作者： 赵红(1973)，女，博士，副教授，主要研究方向为新能源汽车技术。 Email： qdlizh@163.com

作者：仇俊政　赵红　刘晓童　徐福良　路来伟

汽车电子测量管理论文 篇2：

“电子测量技术”网络课程建设的探索与实践

摘要:“电子测量技术”网络课程是一个综合的网络教学平台。根据笔者多年来的教学研究与教学实践,文章阐述了“电子测量技术”网络课程建设的现实意义和主要内容。

关键词:电子测量;网络课程;教学改革;

作者简介:许华(1960-),女,浙江杭州人,中国计量学院信息工程学院,副教授,主要研究方向:电子测量、通讯技术;夏哲雷(1957-),男,浙江杭州人,中国计量学院信息工程学院,教授,主要研究方向:电子测量、图像处理。(浙江 杭州 310018)

基金项目:本文系中国计量学院2008年校重点建设课程项目(项目编号:2008043)的研究成果。

“电子测量技术”是工科电信和电子类专业学生一门很重要的专业基础课,是培养学生知识、能力和素质综合发展的重要一环。“电子测量技术”课和学生今后的工作联系紧密而又直接,学生今后要从事现代化的工作就要用现代化的手段和仪器,“工欲善其事,必先利其器”。“电子测量技术”课可以使学生适应“电子测量技术”迅速发展的状况,为解决今后遇到的大量现代测量问题准备必要的理论基础和实际知识。“电子测量技术”课在丰富学生知识方面集中了多门类、多学科科技工作者的智慧,大量必备的知识使学生能尽快进入“角色”。例如误差分析及数据处理知识;多种常用仪器的基本知识;从事科技工作的基础知识;现代测量的前沿知识等等。

一、建设“电子测量技术”网络课程的必要性及意义

随着网络技术的不断发展,网络这个媒体越来越广泛地在学生学习活动中得到应用。在校园网环境下建设“电子测量技术”网络课程,不仅能使学生学习达到图文并茂、声像俱佳的交互式教学效果,而且学生还可以在任意时间、任意地点重温传统课堂的教学内容,同时可在网上用软件进行教学内容的动画演示,使抽象的疑难问题变得容易和具体。例如示波器的扫描是一个动态的过程,而书本上只能给出静态的图像,我们在网络课堂中配以动画,使抽象的知识内容形象化、具体化,加深了学生对所学知识的理解和记忆,适合个性化学习,有利于调动学生学习的主动性、积极性。总之,“电子测量技术”网络课程的建设有利于优质教学资源的共享,克服了普通教学模式的弊端,拓宽了教学空间,为学生学习提供了很大的便利,这些优越性使得“电子测量技术”网络课程建设势在必行。

二、Blackboard网络教学平台简介

Blackboard(简称BB)网络教学平台由美国Blackboard公司研发,是一个以互联网为介质的课程管理系统,其是以课程为中心,集成了网络“教”与“学”环境的网络教学平台,它的主要功能可分为内容展示、交流互动和管理三大部分。在此平台上,教师可以开设网络课程,展示教学内容;学生可以自主选择要学习的课程并进行自主学习。根据教学的需要,学生之间以及师生之间可以进行讨论、交流。该平台为每一门课程都提供了教学组织管理、反馈交流管理、考核管理、统计管理等管理功能模块。2006年中国计量学院引进Blackboard教学管理平台,为全校开展网络辅助教学创造了良好的条件。以下主要从“电子测量技术”课程平台的建设方面,谈谈实践和体会。

三、“电子测量技术”网络课程主要模块功能

根据“电子测量技术”课程的特点,我们查阅了大量的相关资料,进行了广泛的调研,在此基础上进行了认真的分析和对比,并将自身的教学经验和体会融入其中,进行课程的系统设计,确定课程的主要内容和关键问题。网络课程资源并不仅仅是“电子课本”或“电子练习册”,而是一种通过网络表现的课程内容和实施教学活动的综合性的教学资源。“电子测量技术”网络课程充分利用多媒体资源(图像、音频、视频、动画)和LabVIEW软件,丰富了网络教学平台的内容和展现形式,给网络教育带来了强大的生机和活力。“电子测量技术”网络教学平台已经完成的内容模块如图1所示,这些模块的主要功能有如下几点。

1.课程信息

根据对“电子测量技术”知识的要求,编写符合国家要求的教学大纲,用于指导和规范该课程的教学;提供“电子测量技术”课程的相关信息(教材、课程简介、教学日历、教学重点、学习要求等)对学生了解和学习该课程将起到帮助作用;通过此模块的查阅,可使学生明确该课程学习目的、学习内容和学习重点难点等,使学生明确教师的教学过程和教学进度,学生通过提前了解该课程的教学过程,就可以有目的、有节奏地学习各章内容。

2.网络课堂

网络课堂提供了与教材内容同步的电子教材,网络课堂集图像、声音、文字于一体,给人以强烈的视觉冲击,它以特有的魅力诱导、刺激学生的多重感官,使枯燥的教学过程变得生动、活泼,网络课堂为学生提供条理清晰、结构严谨、深入浅出、通俗易懂、便于自学的教学系统,课件中的动画及色彩不仅可以提高学生的学习兴趣,而且可以激发学生的想象力,还可帮助学生加深对问题的理解。例如图2是声音信号(小提琴)的时域波形与频域波形的动画演示,通过动画可以更形象地展现声音信号的声音和频谱分析及频谱分析仪的原理,时域测量与频域测量的关系,使学生加深理解示波器和频谱分析仪的原理,激发学生的学习兴趣,使课程达到很好的教学效果。

3.教学课件

“电子测量技术”课程采取多媒体的授课方式,给学生的课堂学习带来生动的教学内容,提高学生学习的兴趣。教师把课程的相关内容放到网络教学平台上,学生即可进行自主学习,它弥补了传统教学课时授课信息量小的缺憾,使学生的学习从课堂内延伸到课堂外,保证了学生知识的完整性。

4.在线测试

利用BB平台的在线练习或测验功能,教师不仅可以自由控制学生进行练习或测验的时间,还可以根据每套练习或测验题目的数量和难易程度等设定完成时间的长短和具体操作形式。更为重要的是,学生在做完在线练习或测验提交之时即刻就能得到成绩反馈,甚至在某些题目上出错的原因和解释等信息。学生通过自测可以知道自己对哪方面知识已经熟练掌握,对哪方面知识掌握得还不够,以便今后有目的地学习和复习。

5.实践教学

随着技术的发展,本课程实验内容和方法也在不断改革。我们在保留传统实验的基础上,结合当前技术特点,增加综合性、设计性、创新性实验及虚拟实验内容。虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境,实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目。所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。

虚拟仪器(LabVIEW)不同于虚拟实验,是仪器与测量技术和计算机硬件与软件技术的有机融合,其丰富的控件、图形用户接口(即虚拟仪器面板)、强大的数据处理功能和外部通信接口功能等,非常适合作电子信息、通信工程等电子信息类专业进行综合性实验的集成化通用平台。基于虚拟仪器技术,可以开出从基础实验(虚拟仪器使用)到综合应用(虚拟仪器设计)的多层次实验。由于虚拟仪器技术具有实践性强的特点,对于学生的应用能力、创新能力的培养具有重要意义。

6.视频资料

通过视频能将原本枯燥、缺乏吸引力的讲授变得生动有趣、动静分明、图文并茂,对教学有着很好的补充作用,尤其适用于像电子测量这类综合性、实践性强的课程。当今的各行各业都离不开电子测量技术和电子测量仪器。即使是那些过去和“电”不相干的行业,诸如地质、化学、生物、医学、土木建筑等等行业,现在也用上了电子测量的技术和工具、手段,并且使得这些行业的工作发生了巨大的变化。比如在医学领域这个以医生“灵巧的手”为基础的行业,用上了生命监护仪、B超、X光、各种电子窥镜、核磁共振等新的设备,甚至现在能够用机器人在包括脑部手术在内的各种外科手术中发挥重大作用。借助视频资料,可以让学生了解电子测量技术的广泛应用。

学生登录网络课程是为了学习新知识新内容,教师要丰富课程内容,必须上传更多更好的资料。在这个板块里,我们提供了非常丰富的视频资料,例如奥运计时系统、时间历程、电波授时原理、明察秋毫谈测距、数字示波器操作、实时频谱分析仪操作、医学仪器、LabVIEW、虚拟示波器在汽车维修中的使用、无线通讯综测仪等等。

在电子测量教学中适当运用视频资料更符合学生实际的学习活动,便于学生理解和掌握教师讲授的知识,开阔了学生的视野,提高了学习者的兴趣。例如奥运计时装置的原理就是用电子计数器测量时间,结合视频资料讲解计数器测量时间的原理,这种教学方式更容易让学生接受和消化,可以在较短的时间内获取更多的知识。

7.知识拓展

“电子测量技术”的发展速度很快,为了使学生更快更好地了解电子测量技术的发展动态,知识拓展里面会不断更新电子行业发展的最新技术,介绍与课程相关的新知识,让学生更好地了解本门课程在电子时代的应用前景。激发他们的学习兴趣,从而达到更好的教学效果。

8.讨论版

Blackboard教学平台提供了 “讨论区”、“交流”等工具。使用这些工具可以实现教师与学生之间的互动和交流。目前本课程平台利用讨论区提供的异步交流工具已开辟了课程在线答疑讨论区,这样很好地解决了师生课外交流少的问题,为学生在学习中的疑问能够及时得到教师的解答提供了方便。通过讨论区还可以及时了解学生在学习过程中碰到的学习难点和共性问题,以便在课堂讲授中解决。

四、结束语

“电子测量技术”网络课程是一个综合的网络教学平台,在现代计算机普遍应用的环境下,建设网上在线学习平台,是时代的要求,也是对传统教室授课方式的有益补充。希望通过这个平台能丰富高校的教学活动,加深学生对课堂学习内容的理解,提高学生学习效率。从而达到为“电子测量技术”课程教学改革服务的目的。

参考文献:

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(责任编辑:苏宇嵬)

作者：许 华 夏哲雷 卫 力

汽车电子测量管理论文 篇3：

基于车身电子测量与校正仿真实训系统的软件开发与实现

摘 要：该文总结了汽车钣金维修教学过程中存在的一些问题，并以车身电子测量与校正仿真实训系统开发为例，阐述了汽车车身仿真实训系统的设计思路和关键技术，详细阐述基于工作过程的汽车车身测量与校正一体化虚拟教学系统的操作过程，旨在弥补实践教学中硬件资源的不足，节约实训成本，更好地发挥理实一体化教学模式的优势，培养高素质人才。

关键词：车身 仿真 实训系统 维修 开发

车身电子测量与校正项目是汽车车身维修行业典型工作任务之一，在企业生产维修、机动车从业资格培训、汽车维修技能大赛等方面应用极为广泛。在传统教学模式下，工位占地面积大，教学组织困难;车身反复校正，金属出现加工硬化回弹系数变化，难以达到理想的实训效果;测量设备精密度高、昂贵、易损，不适合学生大量实训练习。为了解决上述问题我们开发了这款集教学、实训、生产维修、考核评价为一体的仿真实训软件，经过多个平行班的试用，使用该仿真实训软件开展教学可以有效地提高教学效率，调动学生的学习兴趣，降低教学成本，取得了广大师生的一致好评。

1 车身实践教学中存在的问题

1.1 仪器精密度高、易损，不适合学生大量实训练习

一套SHARK超声波车身电子测量与校正项目实训设备包括电子测量软件、计算机、车身校正平台、测量工具、校正工具、汽车白车身等部分构成，价格一般在100万左右。在教学过程中，由于车身电子测量系统采用的是超声波定位测距原理，测量工具的精确度高、易损，学生在教学过程中规范性差，且操作频率远远超过在实际维修中的使用强度，容易导致仪器损坏，严重影响教学效果。实训中对车声进行反复校正，车身损坏严重，金属材料出现加工硬化，回弹系数随之改变，导致车身校正实训无法达到预期效果。

1.2 学生人数多、工位少，学生在实操现场看多做少

该实训项目占地面积大，由于教学中还有车身校正操作还要留下足够的安全距离，一个实训工位至少占地60m2。如果多工位同时开展实训，无疑需要占据大量的空间，教学组织困难，所以大部分学校在该实训教学项目的教学中多采用教师示范课的形式，甚至有些学校直接将其改为理论课来讲解，学生实训机会极少，学生技能水平普遍不达标。

1.3 教学过程中无法为学生提供良好视角，教学组织困难，师生互动差

该实训项目，随机性强，每次校正后的数据存在偏差，教学中过程控制难度大，设备占地面积大，测量点小，无法给所有学生提供良好的视角，极大影响学生的学习兴趣，学生的知识掌握水平以及技能熟练度差。

2 系统设计思路与架构

2.1 设计思路

《车身电子测量与校正实训仿真软件》基于LS-DYNA平台开发，3D Scan软件建模，3D MAX软件动画，MATLAB/SIMULINK语言编程，针对奔腾SHARK超声波车身电子测量的教学过程进行研究，基于行业典型的工作任务进行数据采集，建立了仿真模型，实现软件的动态仿真操作。软件能够有效解决一体化教学过程中工位少、教学效果差、学生动手操作机会少等问题，实现助教、助学、仿真实训、理论测评等诸多功能，有效改善教学与实训效果。

此外，针对教学过程采用软件操作与实操录像交互的形式，通过建立实训仿真软件，对各类设备工具进行建模，操作过程实现动态仿真，有效地改善学生的学习环境，并且为教师提供给完善的监控后台，便于课后反思，提高教学效率。

2.2 设计架构

仿真教学系统包含场景导入、单元实训、评价考核等模块，在场景导入模块里，虚拟车间并结合实操视频车身修复车间整体概况和操作流程，虚拟车间多功能3D图形和动画展示车身电子测量和校正的车身结构和布局，以卡通游戏形式提供进一步了解和熟悉车身的机会，通过营造良好的场景感，充分激发同学们的学习积极性。仿真软件同时具备记忆和容错功能，全程记录实操的过程和时间，为后续考核提供依据。系统基于LS-DYNA平台开发设计与实现的，它利用3D Scan软件建模、3D MAX软件动画、MATLAB/SIMULINK语言编程，利用3D场景进行互动和车身测量和校正的操作。

2.2.1 实训教学准备

实训准备主要包括部件组成、附件介绍、图纸识读、实操视频和理论测评等功能模块组成，为之后实训学习储备知识。

该部分的设计目的是使学生掌握车身电子测量的各部分名称、作用，了解车身的图纸识读方法，学生还可以通过实操视频学习使仿真更加贴近实操、给学习能力较强学生提供丰富的自学材料。学生在完成实训准备部分的学习后，也可以通过理论测评，检查自己的理论掌握水平。软件也会将学生的测评结果存储在后台，教师可以通过教师登录界面进行查看成绩，分析学生的在掌握情况。

2.2.2 车身电子测量

完成实训准备界面学习后，就可以开始车身电子测量仿真实训的学习。学生可以根据自己的掌握情况选择不同的实训模式。练习模式提供丰富的提示菜单，包括文字、声音、视频提示，可为初学者使用;考核模式无任何提示菜单，可作为学生自我检查，教师考核学生掌握情况使用。

仿真实训界面通过将菜单融入场景，做到了仿真实训与真实实训的有机结合，使得信息化技术服务于学生的学习，服务于教师的教学。软件还具有极好的容错性，可以针对学生不同的错误，给予不同的提示，培养学生严谨的职业素养。

2.2.3 车身校正

根据操作提示，对校正点进行测量后，确定校正方案，进行校正。在这个界面上我们实現了车身校正平台根据鼠标指令运动，左右双侧校正。校正时的采用Flash动画、校正时间轴与实时数据显示，通过实时仿真技术模拟真实的工作环境，解决了传统教学模式下，车身反复拉伸金属疲劳，实训效果差的问题。此外在拉伸作业中如果，操作违反安全操作规程软件将给予警报提示。

2.2.4 考核评价体系

后台数据库详细记录学生的仿真实训操作，导出实训报告。实训报告包括学生姓名(学号)信息、通过操作时间的长短、操作流程的规范包括错误操作的记录、测量数据的准确性等详细过程评价信息，方便学生检查自己的学习情况，并且也可以通过学生自评界面与教师互动，及时解决在学习中出现的问题。

教师管理后台向教师提供学生在仿真软件上的每一步操作，使教师能够更好地了解学生的学习情况，分析教学中存在的问题，发现学生的共性及个性问题，及时调整教学内容，修改教学计划，帮助教师分析学生的学习情况，将学生的考核得分以图标的形式直观地展示在教师的面前。

3 软件特色

该软件强化学生的车身电子测量与校正任务的知识和技能掌握程度，使学生充分了解车身电子测量和校正的工艺流程，反复练习、操作，并了解相关注意事项。对照车身实物及图纸，反复练习，实训效果大大提高。

(1)软件通过3DMAX开发仿真实训情境，设计双层次仿真实训模式，实现仿真实训操作与实物操作的有机结合。

(2)针对车身校正实训同步呈现难题，采用校正数据实时显示，Fash动画与虚拟开关联动，突破教学难点。

(3)利用即时考核评价工具，形成后台学习记录，为教师提供详尽的反馈信息，辅助师生分析存在的问题。

(4)该软件为学校教师团队自主研发而成，填补同类软件的空白。

总之，该车身电子测量实训仿真软件功能性强，可在理实一体化的基础上，增设工位机，化实为虚，呈现实物所不能呈现，突破传统教学模式的诸多限制，可助教助学，节约教学成本，提高教学效率。

参考文献

[1] 梁甜，石连栓，申荣卫.汽车发动机理实一体化虚拟教学系统的设计与开发[J].中国教育技术装备，2015(24)：36-38.

[2] 王雨婷.基于Unity3D的电梯安装仿真互动系统的设计与实现[D].东北大学，2014.

[3] 项朝阳，贺昉，段丹萍.基于Quest 3D的仿真制药实训系统的设计与实现[J].中国职业技术教育，2013(5)：77-82.

作者：张启森