农业机械虚拟驾驶仿真系统在《拖拉机汽车驾驶实习》实践课程中的应用

崔玉鑫 孙裕晶 姜珊 王超飞

摘要：《拖拉机汽车驾驶实习》实践课程是农业机械化及其自动化专业的必修实践环节，为了高效的完成教学任务，使学生掌握更多的技能，总结现有实践教学环节的问题，发现问题，改进教学方法，引入农业机械虚拟驾驶仿真系统参与到《拖拉机汽车驾驶实习》实践课程中。

关键词：拖拉机；驾驶实习；教学改革；农业机械；虚拟驾驶；仿真系统

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）39-0177-02

一、引言

《拖拉机汽车驾驶实习》实践课程是农业机械化及其自动化专业的必修实践环节，全国本科院校中有46所开设了这个专业[1]。在全国高校中，只有清华大学和吉林大学具有高级驾驶仿真系统，但是不对本科生开放，是面向科研的汽车动态模拟研究，目前在教学和科研领域还没有农业机械虚拟驾驶仿真系统应用。

二、教学目的与任务

拖拉机汽车驾驶实习的目的是使学生在指导教师的指导下，能够独立进行农业机械驾驶，初步了解农机具的行驶特性，掌握农业作业机具的操作技能，便于在将来进行农机设计时，能充分考虑农机具的驾驶及行驶特性，提高设计的实用性和适应能力。本实践旨在提高学生对专业基础课和专业教育课课程内容的认识，同时提高学生的综合素质。

三、教学目的与任务教学的基本内容和要求

1.通过驾驶实习，使学生了解农机的基本行驶性能，学习拖拉机、联合收割机的相关驾驶知识，了解拖拉机、联合收割机在进行不同作业时以及不同工作条件下的驾驶要求及安全维护知识，如行驶速度、割台高度、脱粒滚筒速度等。训练学生进行拖拉机、联合收割机的驾驶操作，使学生掌握拖拉机和联合收割机的基本驾驶技术，包括启动、换档、直行、倒行、转弯、停车、挂接及安全维护知识等；掌握拖拉机和联合收割机进行生产作业的基本操作技术，包括拖拉机悬挂装置的升降，聯合收割机割台高度、脱粒滚筒速度等工作参数的控制，最后达到能够独立驾驶拖拉机、联合收割机等农机的目的。

2.要求学生了解农机基本仪表作用，掌握农机驾驶的基本技术及工作装置的操作及控制技术，同时注意培养学生在驾驶过程中的观察和分析能力，引导学生运用理论指导操作，解决操作中的问题。

3.拖拉机、汽车的场地驾驶训练。模拟驾驶员场地考试，在规定场地内驾驶拖拉机，汽车完成出库、入库、移库等项目。训练中应按规定路线、顺序行驶；不碰擦桩杆；车身不出线，停放正直。在实习过程中，严格遵守汽车驾驶规程，严格服从指导教师的安排，不准擅自驾驶车辆。

四、教学方法与措施

为了满足教学要求，各高校采用了多种形式的教学方法与措施，主要有以下几种。

1.言传身教：绝大多数高校采用了言传身教这种教学模式，它要求教师有丰富的理论知识和驾驶经验。

2.多媒体：利用多媒体视频资源辅助教学，属于理论教学部分。

3.实车驾驶：让学生驾驶拖拉机，完成出库、入库、直线驾驶、转弯驾驶和挂接等操作。

4.仿真模型：利用网络上低端的汽车仿真模型来模拟驾驶，这种方式仅仅是情景模拟汽车驾驶操作，由于没有动态运动平台配合与实际情况相去甚远。

五、现有《拖拉机汽车驾驶实习》实践环节存在的问题

毫无疑问，在拖拉机汽车驾驶实习实践环节中，实车驾驶是最理想的方式，最能够满足教学要求，达到教学的目的，但不是每所学校均能达到这一要求的，因为实车驾驶实践环节存在以下问题。

1.硬件要求高。要满足教学要求，学校要配备专用车，而且最好是教练车。教练车越多，分组越多，每组学生人数越少，学生实践机会越多，效果越好。

2.环境要求高。要有专门的驾驶实习场地，学校有这样的条件当然是最好的了。在社会上很难找到理想的实习驾驶环境，租用费用也高的离谱。

3.危险性高。大多数学生在进行驾驶实践之前从未接触过农业机械，对其性能和操作技巧并不了解，而且很多学生的动手能力相对薄弱，尤其是女同学，对这样的学员进行驾驶培训，目前的培训设备并不专业，不具备像汽车驾校使用的专门的培训用拖拉机，在实习过程中学生将拖拉机开到了20多厘米高的路边花坛上的情况时有发生，由于过分紧张，脚还一直踩在油门上，发生这样的情况对于驾驶者本人以及周围的人与物都是非常危险的事情。同时，实习指导教师也未受过专业的训练，让学生直接接触实物拖拉机进行驾驶危险性高，在驾驶过程中万一出现问题，教师未能及时处理，将会产生不可估量的损失。

4.成本高。拖拉机的正常运行、维修，教练员的精力投入均需经费的投入。

5.重污染。农业机械由于其作业环境的恶劣，在设计时主要考虑其输出马力和成本，这些决定了其属于一种高消耗、高污染的机械，在每次的驾驶实习过程中消耗的燃油量大，同时尾气排放量大，拖拉机运行过程中噪声大，给周围建筑物内的教学和日常工作带来了很大的困扰。加之该实习时间在每年的8月底，室外的风吹日晒对于实习指导教师本身也是巨大的考验。

我们专业是配备3台拖拉机进行驾驶实习，每台拖拉机配备两名指导教师进行实习，联合收割机等机械只能在仓库静态观摩学习，没有专门的实习场地，只能在学校内找部分空地进行，但是来往行人不断，存在很大的安全隐患，在编制新教学大纲的过程中，教务对于《拖拉机汽车驾驶实习》这一传统的实践环节的学时又进行了减半。

六、《拖拉机汽车驾驶实习》实践教学方法改革

在国外，驾驶模拟器最早出现在航空驾驶训练中，随着仿真技术的成熟，逐渐应用到汽车训练中。目前发达国家已普遍运用汽车驾驶模拟器作为培训工具。日本政府在1970年以正式法律规定，汽车驾驶培训学校必须装备汽车驾驶模拟器；美国在20世纪70年代中期就有500多所汽车驾驶学校装备了汽车驾驶模拟训练器；大多数欧洲国家也相继制定了使用汽车驾驶训练模拟器的法规。在我国驾驶模拟器也迅猛发展起来，在航空训练等特种领域都已广泛应用。[2]

笔者开发了一套农业机械虚拟驾驶仿真实验台，用于农业机械化及其自动化专业的教学与科研活动。农业机械虚拟驾驶仿真实验台主要由驾驶模拟舱、运动平台控制系统、计算机实时模拟与控制系统、视景模拟系统、数据采集与触感模拟系统、声响系统和中央控制台六大系统组成。驾驶模拟舱用于构建虚拟驾驶环境，由显示器呈现视景，利用模拟操纵机构（方向盘、操纵杆等）实现人机互动，具有真实的人—机操作界面、重复可控的试验工况、可任意嵌入实物试验、高速的仿真运算能力、无风险的极限工况试验等功能，从而使学生在实验台上操作时具有与实物操作一样的驾驶体验。运动平台用于模拟实物农机在作业时的驾驶舱的运动情况。[3]

农业机械虚拟驾驶仿真实验台让学生在机时少的条件下进行虚拟驾驶训练，通过农业机械虚拟驾驶仿真实验台与真机虚实相结合来完成该实践课程。通过农业机械虚拟驾驶仿真实验台，不仅让学生练习了手脚的灵活性，还能让学生体验到更多的农业机械（播种机、联合收割机等）在不同的作业环境（播种、施肥、喷药、收获等）下的操作流程（割台起降、设备挂接等）的体验，而非现有实践过程中简单的驾驶前进训练。用此实验台进行实习，不需要燃油，也不占用大面积场地，同时能进行多种农业机械在复杂工作环境的作业训练；减少必要的实物驾驶时间和避免事故的发生，同时节约成本、减少消耗和污染。该实验台除了可以进行驾驶实习，还可用于新农机的产品展示及其研发过程中的性能测试，可推广到农机的培训机构，具有较好的应用前景。

参考文献：

[1]http：//gaokao.chsi.com.cn/zyk/zybk/schools.action？specialityId=73384840&ssdm

[2]王晶，刘小明，李德慧.驾驶模拟器现状及应用研究[J].交通标准化，2008，（11）：160-163.

[3]刘东波，缪小冬，王长君，李舜酩，高岩.汽车驾驶模拟器及其关键技术研究现状[J].公路与汽运，2010，（5）：53-59.