車輛工程專業(yè)《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》教學(xué)改革探討

胡艷 黃盼盼

摘 ? 要：針對(duì)《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》在本科教學(xué)中存在的問(wèn)題，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)踐環(huán)節(jié)三個(gè)方面進(jìn)行教改探討。相關(guān)探討為提升教學(xué)效果，增強(qiáng)課程理論與實(shí)踐的聯(lián)系，為提高學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力提供有益參考。

關(guān)鍵詞：車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) ?車輛工程 ?教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G64 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（a）-0188-02

Abstract：According to the problems existing in the teaching process of "Vehicle system dynamics"， teaching reform is discussed from three aspects： teaching content， teaching method and practice. The related discussion provides beneficial reference for improving teaching effect， strengthening the connection between curriculum theory and practice， and improving students' ability to solve practical engineering problems.

Key Words： Vehicle System Dynamics;Vehicle engineering;Reform in Education

1 ?《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)改革的意義

《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》是江蘇師范大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的一門面向車輛工程專業(yè)本科生的專業(yè)必修課。該課程主要涉及車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、輪對(duì)結(jié)構(gòu)與輪軌接觸幾何關(guān)系、客車懸掛系統(tǒng)與車輛動(dòng)力學(xué)性能關(guān)系、貨車轉(zhuǎn)向架基本結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)原理、車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型等方面的知識(shí)。學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)可以掌握車輛主要結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)與系統(tǒng)動(dòng)力性能之間的關(guān)系、了解基本的輪軌接觸理論、掌握車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立方法，并為以后深層次專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及科研工作打下一定基礎(chǔ)[1]。

《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》涉及振動(dòng)理論、接觸理論、控制工程等多學(xué)科知識(shí)，學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有較大的困難。傳統(tǒng)的教學(xué)模式多為課堂灌輸式教學(xué)，偏重于講授理論知識(shí)，針對(duì)動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)際操作的講解較少。目前，主機(jī)廠、設(shè)計(jì)院在進(jìn)行新型轉(zhuǎn)向架研發(fā)、線路試驗(yàn)之前均需對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行大量的動(dòng)力學(xué)仿真試驗(yàn)。通過(guò)仿真試驗(yàn)可模擬車輛實(shí)際運(yùn)行工況，從而發(fā)現(xiàn)前期設(shè)計(jì)不足之處，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)而研發(fā)出動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)良的產(chǎn)品?，F(xiàn)有教學(xué)方式中，學(xué)生雖可掌握車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面的理論知識(shí)，但根據(jù)實(shí)際工況對(duì)車輛進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真方面的能力略顯不足，因此急需改革。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)的角度對(duì)《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》的本科教學(xué)進(jìn)行探討[2-3]。

2 ?《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)改革探討

2.1 教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)車輛工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)所需的基本理論和基本技能的要求，教學(xué)大綱在編制時(shí)需注重理論知識(shí)的傳授及實(shí)踐技能的培養(yǎng)。一方面要突出車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)特色，以“社會(huì)需要”為指導(dǎo)思想，兼顧學(xué)生后續(xù)培養(yǎng)和發(fā)展。另一方面根據(jù)車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)的工程性要求，體現(xiàn)工程與實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)。例如，學(xué)生畢業(yè)后有的在軌道客車領(lǐng)域工作，有的在軌道貨車領(lǐng)域工作，在講授車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，分別針對(duì)鐵路客車、鐵路貨車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解本課程在工程實(shí)踐中的應(yīng)用情況，為學(xué)生以后更快的適應(yīng)工作環(huán)境打下基礎(chǔ)。

根據(jù)本課程的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生應(yīng)掌握車輛動(dòng)力學(xué)模型的建模方法。為此，在教學(xué)過(guò)程中，除了進(jìn)行理論教學(xué)還，還應(yīng)安排一些上機(jī)課程。上機(jī)操作需注重教學(xué)內(nèi)容安排。由于多數(shù)學(xué)生都是初次接觸動(dòng)力學(xué)仿真軟件，應(yīng)循序漸進(jìn)、由淺入深的安排教學(xué)內(nèi)容：首先為學(xué)生介紹軟件的基本操作，然后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一些簡(jiǎn)單案例的操作，逐步引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成較為復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)仿真操作;在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)上機(jī)教學(xué)的同時(shí)，可以輔以理論教學(xué)，最終達(dá)到學(xué)以致用、理論指導(dǎo)實(shí)踐的教學(xué)效果。

2.2 教學(xué)方法

《車輛工程動(dòng)力學(xué)》教材中涉及大量的公式推導(dǎo)，要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)、力學(xué)功底。學(xué)生面對(duì)眾多的推動(dòng)公式，往往望而卻步，產(chǎn)生抵觸情緒。因此，在教學(xué)過(guò)程中不能采用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，需借助多媒體工具結(jié)合三維軟件、動(dòng)力學(xué)仿真軟件充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去探索知識(shí)。例如，在講授轉(zhuǎn)向架橫向阻尼器、縱向阻尼器等結(jié)構(gòu)對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響時(shí)，首先通過(guò)三維軟件展現(xiàn)轉(zhuǎn)向架的整體結(jié)構(gòu)，讓學(xué)對(duì)了解相應(yīng)阻尼器在轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)中的位置，并進(jìn)一步講解其結(jié)構(gòu)及作用;然后通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真軟件直觀的展示阻尼變化對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)的影響，激發(fā)學(xué)生的興趣。考慮到大部分學(xué)生都有Solidworks、Pro/E等三維軟件的運(yùn)用基礎(chǔ)，為鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，指導(dǎo)學(xué)生利用上述軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，比如，進(jìn)行受電弓系統(tǒng)升降弓的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)的動(dòng)力學(xué)軟件，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，逐步使學(xué)生由原來(lái)的“被動(dòng)傾聽(tīng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”。

2.3 實(shí)踐環(huán)節(jié)

《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》是一門與實(shí)踐聯(lián)系密切的專業(yè)課程。根據(jù)鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能和試驗(yàn)鑒定規(guī)范要求，新造車輛經(jīng)5000-8000 km的運(yùn)用考驗(yàn)后須鑒定其動(dòng)力學(xué)性。鑒于該課程與實(shí)踐聯(lián)系緊密，在教學(xué)過(guò)程中需重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在對(duì)車輛進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真方面，可運(yùn)用SIMPACK、ADAMS等動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行模擬。以simpack軟件為例，實(shí)踐中根據(jù)車輛結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)向架的特點(diǎn)，首先分析車輛系統(tǒng)的拓?fù)潢P(guān)系圖，進(jìn)而作為建立車輛系統(tǒng)模型的依據(jù)。實(shí)際操作過(guò)程為減低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，可分步驟進(jìn)行教學(xué)，首先介紹Rail Track 和Wheel Set 模塊、標(biāo)準(zhǔn)線路模型、輪軌接觸參數(shù)設(shè)置等方面的知識(shí)，再指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行輪對(duì)模型建立、線路設(shè)置及輪軌接觸設(shè)置等方面的練習(xí)。學(xué)生掌握上述知識(shí)點(diǎn)后，再講解sender和receiver的使用、名義應(yīng)力的計(jì)算、轉(zhuǎn)向架子結(jié)構(gòu)建模、整車建模等方面的知識(shí)，進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生分別建立轉(zhuǎn)向架和整車的動(dòng)力學(xué)模型。最后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，分析軸箱定位參數(shù)、中央懸掛參數(shù)、線路激擾對(duì)車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響。此外，還應(yīng)注重工程實(shí)踐中動(dòng)力學(xué)評(píng)估報(bào)告的應(yīng)用。在教學(xué)過(guò)程中采用實(shí)際工程中某型車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)估報(bào)告為教學(xué)案例，講解車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面的知識(shí)，一方面使理論教學(xué)聯(lián)系了工程實(shí)踐，另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3 ?結(jié)語(yǔ)

《車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》作為車輛工程專業(yè)非常重要的專業(yè)必修課，與工程實(shí)踐的聯(lián)系非常緊密。需根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)、工程實(shí)踐需要設(shè)定教學(xué)內(nèi)容，注重理論聯(lián)系實(shí)踐，著重培養(yǎng)學(xué)生利用相關(guān)知識(shí)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真的能力。教學(xué)時(shí)需綜合運(yùn)用多種手段以調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，鍛煉學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力并培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 堯輝明. 城市軌道交通車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程建設(shè)研究[J]. 大學(xué)教育， 2014（15）：167-168.

[2] 成建聯(lián). 適應(yīng)新工科建設(shè)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程教改思考[J]. 教育教學(xué)論壇， 2018（32）：158-159.

[3] 吳錦武，丁相玉.《機(jī)械振動(dòng)》課程分類教學(xué)方式改革與探索[J]. 教育教學(xué)論壇， 2018（28）：134-136.