新能源汽車教學(xué)中VR技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要：新能源汽車教學(xué)普遍存在安全水平不足、培訓(xùn)費(fèi)用較高、教學(xué)示范難度較大等問題，直接導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量不能得到迅速提升。在信息化時代的大背景下，VR技術(shù)正在快速進(jìn)步。VR技術(shù)具有虛擬仿真、信息交互等多項(xiàng)功能，在新能源汽車教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用，可以有效提高抽象知識的直觀水平，這對于降低教學(xué)成本、改善教學(xué)環(huán)境，以及提高安全水平都有著積極的影響。以此為背景，對新能源汽車教學(xué)中VR技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：新能源；汽車教學(xué)；VR技術(shù)

中圖分類號：G712 收稿日期：2023-06-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.033

1 前言

VR 技術(shù)（Virtual Technology）是在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的時代背景下提出的一種交互式三維動態(tài)示警演示技術(shù)，能夠?yàn)槿藗儎?chuàng)造一個真實(shí)的身臨其境的世界，廣泛應(yīng)用于教育、虛擬展示、模擬場館等眾多領(lǐng)域。傳統(tǒng)新能源汽車教學(xué)中許多教學(xué)質(zhì)量得不到提升的問題，也能通過VR技術(shù)得到有效的解決。因此，在新能源汽車教學(xué)中，要對VR技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析。

2 VR技術(shù)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用價值

2.1 提高專業(yè)知識的直觀性

新能源汽車教學(xué)中，需要對汽車各個系統(tǒng)以及控制過程進(jìn)行分析和講解。但是，整個教學(xué)內(nèi)容不僅抽象性較強(qiáng)，復(fù)雜程度也相對較高，大部分學(xué)生在對這部分內(nèi)容的理解中存在較大的難度，這也直接導(dǎo)致其學(xué)習(xí)興趣低下，老師的教學(xué)質(zhì)量也難以有效提高。VR技術(shù)能在新能源汽車教學(xué)中為學(xué)生打造一個真正意義上的虛擬世界。學(xué)生在對新能源汽車不同系統(tǒng)以及控制過程學(xué)習(xí)時，可以以更加直觀的方式對工作流程和控制原理進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，VR技術(shù)融入之后，其教學(xué)內(nèi)容更加生動有趣，這對于提高新能源汽車教學(xué)質(zhì)量有著積極的影響[1]。

2.2 提高教學(xué)安全水平

新能源汽車是在節(jié)能環(huán)保理念之下研發(fā)出的一種新型汽車類型，改變了傳統(tǒng)油車的動力系統(tǒng)，它以電能為基礎(chǔ)能源對汽車進(jìn)行操作。這也就意味著新能源汽車中很多線路都存在高壓系統(tǒng)，教學(xué)過程中的危險系數(shù)相對較高，尤其是操作過程中極易發(fā)生觸電事故。VR技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車教學(xué)，能夠?yàn)閷W(xué)生模擬一個真實(shí)的汽車操控系統(tǒng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，只需要在模擬環(huán)境中進(jìn)行練習(xí)，不需要在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際操作，有效提高了教學(xué)過程中的安全水平。而且，教師也可以以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和實(shí)際情況，模擬真實(shí)的操作環(huán)境，這對于提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力也有著積極的影響。

2.3 降低教學(xué)成本

傳統(tǒng)新能源汽車教學(xué)中，實(shí)訓(xùn)車間是最為主要的教學(xué)場地之一。不過，實(shí)習(xí)車間的建設(shè)成本普遍較高，學(xué)員在實(shí)習(xí)車間也會對系統(tǒng)產(chǎn)生一定的磨損，同時也會對設(shè)備產(chǎn)生一定的損耗，從而導(dǎo)致教學(xué)成本大幅增加的問題。不僅如此，隨著科技水平的不斷進(jìn)步和發(fā)展，新能源汽車的種類和系統(tǒng)也越來越先進(jìn)，開展新能源汽車教學(xué)需要對實(shí)訓(xùn)車間進(jìn)行不斷的優(yōu)化和升級，其中還涉及到大量教學(xué)儀器設(shè)備的采購工作，這也是造成成本上漲的一大原因[2]。VR技術(shù)具有較強(qiáng)的模擬能力，學(xué)生可以通過虛擬系統(tǒng)構(gòu)建真實(shí)的工作場景，打破傳統(tǒng)空間限制，這也是降低教學(xué)成本的重要方式之一。

2.4 提高考核價值

考核是各項(xiàng)教學(xué)工作開展過程中一項(xiàng)最主要的基礎(chǔ)性內(nèi)容。考試可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)水平進(jìn)行有效的衡量，提高對專業(yè)知識的掌握程度。但是傳統(tǒng)新能源汽車教學(xué)中，考核的有效性不足，這主要表現(xiàn)在考核內(nèi)容和操作方式的針對性不足。在新能源汽車教學(xué)中對VR技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，可以對學(xué)生的實(shí)踐操作進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，了解學(xué)生在實(shí)際操作中存在的問題，制定針對性的解決方案。學(xué)生也可以以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，快速發(fā)現(xiàn)操作過程中存在的錯漏問題，這對于提高考核的價值也有著積極的影響。

近年來，隨著VR技術(shù)的在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用價值逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，越來越多的新能源汽車VR教學(xué)系統(tǒng)得以產(chǎn)生。VR教學(xué)系統(tǒng)以三維仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、計(jì)算機(jī)信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，可以讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中獲得實(shí)際實(shí)驗(yàn)和操作的全部體驗(yàn)和信息，從而低成本、安全可靠地完成教學(xué)目的，提高教學(xué)效果。

3 新能源汽車教學(xué)中應(yīng)用 VR 技術(shù)

3.1 VR 技術(shù)應(yīng)用于安全使用教學(xué)

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，大多家庭都會有一輛小型轎車。傳統(tǒng)油車在實(shí)際使用中是以石油為基礎(chǔ)能源進(jìn)行驅(qū)動的。石油整體儲量有限，在使用中也會造成二氧化硫以及二氧化碳污染，嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量。由此，在生態(tài)環(huán)保理念下開發(fā)出新能源汽車。由于新能源汽車驅(qū)動能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，新能源汽車以電能為基礎(chǔ)動力驅(qū)動，結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)油車存在較大差異。

在新能源汽車教學(xué)中，安全使用是最為主要的教學(xué)模塊之一，需要對電氣火災(zāi)救助內(nèi)容、電氣火災(zāi)滅火內(nèi)容進(jìn)行充分的講解，還要對各類安全規(guī)則和自救方法進(jìn)行全面的分析[4]。通過VR技術(shù)可以建立虛擬場景，讓學(xué)生在安全、可控的前提之下，對火災(zāi)現(xiàn)場和滅火措施進(jìn)行充分的了解，也可以對觸電后心肺復(fù)蘇內(nèi)容進(jìn)行全面的分析。

例如，大部分新能源汽車專業(yè)的學(xué)生在畢業(yè)之后，都會加入到新能源汽車生產(chǎn)及整理工作中。所有工廠在進(jìn)行管理中，6S管理是主要的管理內(nèi)容之一，安全管理也是6S管理的核心內(nèi)容之一。在VR軟件設(shè)計(jì)中，在工作任務(wù)中可以融入6S管理內(nèi)容。學(xué)生在使用VR軟件進(jìn)行新能源汽車設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及維修的過程中，就已經(jīng)滿足了工程安全6S管理的要求，這對于提高安全教育水平也有著積極的影響。

3.2 VR技術(shù)在結(jié)構(gòu)認(rèn)知教學(xué)中的運(yùn)用

結(jié)構(gòu)認(rèn)知也是新能源汽車教學(xué)的主要內(nèi)容之一，只有對新能源汽車整體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)有了全面的了解，新能源汽車推廣的基礎(chǔ)才能得到夯實(shí)。但是，新能源汽車結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所涉及的內(nèi)容較多，學(xué)生理解難度較大。而且，新能源汽車部分結(jié)構(gòu)密封性較強(qiáng)，如果全部拆掉，將嚴(yán)重影響汽車的整體運(yùn)營能力，同時即使經(jīng)過拆解，也無法對該結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面分析。

在實(shí)際應(yīng)用中，VR技術(shù)能夠建立起三維立體的模型。學(xué)生可以在電腦內(nèi)或手機(jī)內(nèi)，利用VR技術(shù)對任意結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行放大、縮小、移動、旋轉(zhuǎn)等處理，甚至可以利用VR技術(shù)對不同零部件進(jìn)行分層拆解處理。

在新能源汽車教學(xué)中，驅(qū)動電機(jī)爆炸就是最主要的教學(xué)內(nèi)容之一。但是，驅(qū)動電機(jī)爆炸是一個瞬時操作過程，單純通過文字講解的方式，學(xué)生理解難度較大。通過應(yīng)用VR技術(shù)，學(xué)生可以在爆炸后清醒地認(rèn)識到驅(qū)動馬達(dá)內(nèi)部的定子、鐵芯、轉(zhuǎn)子、機(jī)座和電池結(jié)構(gòu)，還可以充分了解馬達(dá)控制器、空調(diào)系統(tǒng)和其他結(jié)構(gòu)。

例如，在虛擬實(shí)訓(xùn)基地中，可以分析大眾、奧迪、奔馳、特斯拉、通用、豐田、本田、日產(chǎn)、比亞迪、北汽新能源、廣汽傳祺、榮威、眾泰、江淮等不同品牌新能源汽車的高壓電池結(jié)構(gòu)，分別以高壓電池結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)研究對象，對不同品牌新能源汽車的高壓電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。不需要額外對電池系統(tǒng)進(jìn)行采購，只要進(jìn)入虛擬倉，根據(jù)不同品牌提供的官方數(shù)據(jù)，就可以利用VR技術(shù)建立這些高壓電池的虛擬結(jié)構(gòu)。甚至可以在虛擬世界中，對不同品牌高壓電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析。

3.3 VR技術(shù)運(yùn)用到原理教學(xué)中

新能源汽車與傳統(tǒng)油車最大的區(qū)別不僅僅是結(jié)構(gòu)，更主要的是其工作原理與傳統(tǒng)油車工作原理有著較大的區(qū)別。學(xué)生只有對新能源車的工作原理有了充分的了解，才能對整個新能源車的運(yùn)行原理有一個全面的認(rèn)識，這對學(xué)生在以后的工作中涉及新能源車的運(yùn)行水平，以及維修、保養(yǎng)水平的提高，都有積極的作用。

利用VR技術(shù)，對各個系統(tǒng)和零部件之間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程進(jìn)行真實(shí)的模擬。學(xué)生只需要以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，通過觀察就可以了解新能源汽車整體的工作原理，以此來完成最終的學(xué)習(xí)任務(wù)。例如，在對新能源汽車永磁同步電機(jī)工作原理進(jìn)行講解中，可以以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，建立永磁同步電機(jī)工作原理演示模型。利用這個動態(tài)演示模型就可以結(jié)合永磁同步電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，對工作原理進(jìn)行真實(shí)的演示。

除此之外，在對上下電流程工作原理進(jìn)行講解的過程中，也可以借助VR技術(shù)建立虛擬模型。通過對虛擬模型進(jìn)行觀察，不僅可以深化學(xué)生對新能源汽車工作原理的理解程度，還能提高學(xué)生對于新能源汽車教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注程度。例如，作為一款應(yīng)用于輔助汽車教學(xué)的實(shí)操軟件，國騰安汽車動力總成VR實(shí)操系統(tǒng)通過虛擬仿真的方式展現(xiàn)了汽車動力總成的構(gòu)造。通過實(shí)訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)員可以更加直觀地了解發(fā)動機(jī)的整體構(gòu)造和運(yùn)轉(zhuǎn)原理，如發(fā)動機(jī)拆裝、變速器拆裝、懸掛拆裝、剎車拆裝以及空調(diào)系統(tǒng)拆裝等。通過1∶1的造型，真實(shí)展現(xiàn)汽車動力總成結(jié)構(gòu)，為汽車實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練教學(xué)帶來更為“炫酷”的全新體驗(yàn)。

3.4 性能測試教學(xué)中應(yīng)用VR技術(shù)

新能源汽車已然成為汽車行業(yè)未來進(jìn)步和發(fā)展的主要方向之一，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)中要提高對新能源汽車的重視程度。性能測試也是主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一，通過性能測試對新能源汽車的結(jié)構(gòu)問題和系統(tǒng)問題進(jìn)行全面的理解，這對于提高新能源汽車的維修質(zhì)量也有著積極的影響。通過VR技術(shù)，新能源汽車教學(xué)中的性能檢測教學(xué)質(zhì)量能夠得到提升。例如，可以以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，獲取真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與演示模型。通過與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以對新能源汽車的操作性能進(jìn)行評估。

但在實(shí)際應(yīng)用過程中，VR技術(shù)還需要學(xué)生與車輛之間完成制動能量回饋測試、防溜車測試、馬達(dá)超速測試等最主要的測試內(nèi)容，以及確保性能測試成績的空調(diào)制冷系統(tǒng)壓力檢測等交互操作。例如，北京理工偉業(yè)科教有限公司已經(jīng)定制了新能源汽車VR3D虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在3D虛擬環(huán)境中，可以通過虛擬儀器測量絕緣電阻，通過虛擬示波器顯示故障波形，還可以通過絕緣電阻搖表學(xué)習(xí)遙表使用方法，學(xué)習(xí)故障診斷邏輯。根據(jù)維修手冊電動機(jī)溫度傳感器電阻表和對應(yīng)引腳，用萬用表測量電阻值，并可模擬電動機(jī)溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)溫度傳感器檢測的目的。

3.5 VR技術(shù)在技能訓(xùn)練中的應(yīng)用

VR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，可以以新能源汽車為基礎(chǔ)，建立訓(xùn)練模式、自由導(dǎo)航模式、評估模式三種技能訓(xùn)練模式。

學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)中，只需要以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，就可以實(shí)現(xiàn)新能源汽車的操作、維修等諸多內(nèi)容。在實(shí)際操作過程中一旦出現(xiàn)錯誤，VR技術(shù)會根據(jù)電腦、錯誤時間、錯誤方法及時糾正錯誤內(nèi)容，并提示學(xué)生對錯誤內(nèi)容要及時進(jìn)行校正，一旦出現(xiàn)錯誤，也會及時進(jìn)行校正。

例如，在新能源汽車教學(xué)中，需要對新能源汽車的電池進(jìn)行拆卸和檢查，這也是技能訓(xùn)練的重要內(nèi)容之一。VR技術(shù)可以模擬一個真實(shí)的操作環(huán)境，讓學(xué)生對電池拆卸方法、檢查內(nèi)容、檢查流程進(jìn)行重復(fù)性演練，并且對學(xué)生的操作流程進(jìn)行記錄和評估。在實(shí)際教學(xué)中，為了不斷提高VR技術(shù)的在技能訓(xùn)練方面的應(yīng)用價值，要設(shè)計(jì)三級管理模式：

a.在利用VR技術(shù)開展技能訓(xùn)練的過程中，需要系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)操作示范的功能。

b.系統(tǒng)要能通過語言或文字的方式對操作技巧進(jìn)行提示。

c.在系統(tǒng)進(jìn)步發(fā)展中，要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際操作情況，對考試成績進(jìn)行精準(zhǔn)評定。

例如，北京理工偉業(yè)科教有限公司定制的新能源汽車VR3D虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可以在3D虛擬環(huán)境現(xiàn)場自動提示拆裝步驟，通過選擇各種不同的對應(yīng)工具來拆裝電機(jī)和裝配電機(jī)，從而完成電機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)、變速器拆裝實(shí)訓(xùn)、交流異步電機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)、輪轂電機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)、開關(guān)磁阻電機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)，以及奇瑞電機(jī)的旋壓器拆裝、配電盒拆裝、電機(jī)整體拆裝等多項(xiàng)拆裝實(shí)訓(xùn)工作。

4 結(jié)語

新能源汽車教學(xué)中對VR技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，可以提高理論知識的直觀性以及教學(xué)安全水平，提高考核價值，這對于降低教學(xué)成本也有著積極的作用。VR技術(shù)可以在安全使用、結(jié)構(gòu)認(rèn)知、工作原理、性能測試以及技能訓(xùn)練等方面得到充分的應(yīng)用，這對于新能源汽車教學(xué)質(zhì)量的提升有著積極的影響，也是推動新能源汽車教育行業(yè)在信息化時代背景下發(fā)展的重要途徑之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]倪書存.VR技術(shù)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2023，40（1）：134-135.

[2]晏寶忠.基于VR技術(shù)的新能源汽車教學(xué)應(yīng)用與研究[C]//中小幼教師新時期第三屆“教育教學(xué)與創(chuàng)新研究”論壇論文集，2022：409-412.

[3]傅貞林.VR技術(shù)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用[J].時代汽車，2022（7）：108-109.

[4]張榮貴，李智強(qiáng).基于VR技術(shù)的新能源汽車教學(xué)應(yīng)用與研究[J].機(jī)電技術(shù)，2021（1）：101-104+114.

[5]秦彩寧，夏美藝，李恒賓，等.VR技術(shù)在新能源電動汽車教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)碼世界，2020（12）：251-252.

作者簡介：

鄧業(yè)林，男，1984年生，副教授，研究方向?yàn)樾履茉醇夹g(shù)。