汽车电子电气课程实践教学快速原型开发教学设计

孙慧玉 罗绍新 顾新艳

摘  要 汽车电子电气是车辆工程以及汽车服务工程专业人才培养方案中的专业核心课程，理论课程与实践课程的相互融合能够有效地提升学生的专业技能。首先针对汽车电子电气实践教学中存在的问题进行深入剖析，然后以RapidECU-EDU电控开发平台作为实践教学平台，基于控制器快速原型开发的教学理念设计汽车电子电气实践教学环节，使学生能够在实践教学中深刻掌握新能源汽车开发和测试流程，从而达到提升学生专业技能的目的。

关键词 新能源汽车;汽车电子电气;实践教学;快速原型开发;RapidECU-EDU电控开发平台

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）20-0012-03

Teaching Design of Rapid Prototype Development for Practical Course of Automotive Electronics and Electricity//SUN Huiyu， LUO Shaoxin， GU Xinyan

Abstract Automotive Electronics and Electricity as a core course in

the talent training program of the Vehicle Engineering and Automo-tive Service Engineering majors. The integration of the practical tea-ching and theoretical teaching can effectively improve the teaching efficiency. Firstly， the problems existing in the practical teaching steps of the Automotive Electronics and Electricity are analyzed in this paper. Secondly， the practical course of the Automotive Elec-tronics and Electricity based on the concept of the rapid control pro-totype development and the practical teaching platform of Rapid-ECU-EDU electronic control development platform is designed. This can enable the students to deeply understand the development and testing process of new energy vehicles in practical teaching. The purpose of improving the effect of practical teaching can be achieved.

Key words new energy vehicles; automotive electronics and elec-tricity; practical teaching; rapid prototype development; RapidECU-EDU electronic control development platform

0  引言

目前全球能源環境压力不断增大，各国相继推进能源改革，新能源汽车产业的蓬勃发展已经成为顺应世界潮流的发展趋势。从“十五”计划到“十三五”规划[1]，随着国家从早期的行政指导到如今各领域全方位战略部署，目前我国新能源汽车产业已经形成一定的市场规模。对比传统汽车，新能源汽车在能源结构和动力来源上的选择更加丰富，但这也直接导致了其动力控制、驱动技术以及结构性差异，因此，汽车电控技术成为新能源汽车研发的关键。同时，当今互联网时代产业竞争激烈、科学技术生命周期短暂，为了使新能源汽车行业能够进入良性循环，缩短系统测试时间和成本，加快系统集成匹配，汽车电控系统的开发效率亟待进一步提高。

南京工程学院是应用型本科院校，培养具备较高实践和创新能力的新型应用型人才是义不容辞的责任和使命，因此，实践教学环节是南京工程学院人才培养的关键环节。本文针对专业课程汽车电子电气的教学目标，设计基于控制器快速原型开发的实践环节，使学生能够在实践中熟悉和掌握新能源汽车开发和测试流程，最终实现提升学生专业技能的目的。

1  课程特点及教学目标

汽车电子电气是车辆工程以及汽车服务工程专业人才培养方案中的专业核心课程，主要介绍汽车供电系统、发动机系统、点火系统、仪表照明系统、电控自动变速器、电控空气悬架系统、电动助力转向系统、巡航控制系统、废气再循环系统、车身CAN总线等系统结构及工作原理。汽车电子技术作为现代汽车发展的三大方向之一，在现代汽车中的地位越来越高。汽车电子电气是基于汽车行业对汽车电子电气技术这一专门化技术人才的需求而设置的，因此，实践教学在车辆工程专业和汽车服务工程专业中占据着非常重要的地位。通过实践教学课程的学习，使学生掌握常用汽车电子电气控制系统的基本结构以及工作原理，培养学生设计汽车电子电气的能力，为学生学好后续专业课程、完成相关实践教学和走上工作岗位打下必要基础。

2  传统实践教学存在的问题

汽车电控实践教学是培养和训练学生使用和设计汽车电子控制系统能力的主要措施。目前，南京工程学院汽车电控实践教学以车辆工程实验中心汽车电控实验室的汽车电子控制仿真实训系统为对象，设计实验方案、实验指导书和实验报告要求等，要求每组学生分别完成指定汽车电子控制仿真实训系统的实验设计和开发，并独立完成实验。然而，多年来汽车电控实践教学仍然存在许多问题[2-4]。

2.1  实践教学和社会需求存在偏差

目前国内汽车电控实践教学主要还是模仿或引进老牌汽车电控系统开发平台供应商的开发产品套件，对常用的电控系统相关数据信号进行检测和分析。这种实践教学模式存在诸多缺点：1）汽车电控系统的故障均是人为设置，实践教学的内容与实际应用需求不能真正相呼应;2）由于实践教学资源陈旧，教师工程实践能力不足，导致实践教学与社会需求出现偏离，降低了学生的积极性和就业竞争力;3）学生通过实践教学深入掌握新能源汽车开发和测试的流程比较困难。

2.2  新能源汽车电控开发测试门槛高

目前，国内汽车电控系统主要包括瀑布式以及“V”字形两种开发模式[5]，且以“V”字形开发模式为新能源汽车电控系统开发方法中的主流。然而，V-模式对于新能源汽车电控开发并不是非常理想：1）V-模式电控产品级代码存在优化空间;2）V-模式电控系统控制功能仅支持专用设备对控制参数的修改，升级成本高。这些问题给学校以及学生掌握新能源汽车开发测试的流程设置了较高的门槛。同时，这种开发模式要求汽车研发厂商必须具备完善的软硬件开发实力，不利于新能源汽车产业的可持续发展。

3  快速原型模式实践教学设计

为了解决上述问题，本文以汽车电子电气实践课程中的“电子节气门PID控制”为例，基于控制器快速原型开发理念设计该课程的实践教学环节，深入研究针对新能源汽车电控系统的实践教学平台。

3.1  实践教学平台概述

汽车电子电气的实践教学环节主要利用RapidECU-EDU电控系统开发教学实验箱为开发平台，如图1所示。Rapid-

ECU-EDU电控系统开发教学实验箱是华海科技推出的新一代电子控制技术开发教学平台，可应用于混合动力汽车、纯电动汽车动力控制、蓄电池管理等多种新能源汽车电控场景中。RapidECU-EDU电控开发平台主要包括EDU电控实验箱一套，负载试验台一套，全自动代码生成工具ECU Coder 一套，以及标定与测量工具Meca一套。

EDU电控实验箱主要由箱盖、EDU控制器、箱体、钥匙开关、液晶显示器、CAN适配器及线束存放处、底板、曲轴凸轮轴信号发生器组成。其中，EDU控制器专门用于教学实验使用的快速原型控制器，硬件内核使用主流的汽车控制器芯片MPC5634，可以通过MeCa上位机软件任意修改控制器内部运行的软件算法，实现多种多样的快速控制原型机。

ECUCoder是基于MATLAB/Simulink的全自动代码生成工具，支持英飞凌、飞思卡尔、意法等知名厂家的汽车电控系统主流芯片，用于配置ECU控制算法模型并自动生成产品代码。

车辆控制系统的基本功能实现后，还需要对ECU的控制参数进行标定，以实现控制参数的优化。MeCa是通用的ECU测量标定工具，提供丰富的图形控件和全图形化的用户界面，进行测量数据显示与标定参数的在线调整。

3.2  快速原型模式实践教学设计

以控制器快速原型开发为理念的实践教学依据“电子节气门PID控制”实例，将实践教学设计為Simulink模型搭建、全自动代码生成以及Meca标定与测量三个阶段。

Simulink模型搭建阶段主要是利用RapidECU-EDU电控系统EDU控制器，同时联合MATLAB/Simulink软件进行Simulink模型搭建。首先，安装ECUCoder软件，ECUCoder提供功能丰富的Simulink模块库，可以将EDU快速原型控制器集成于Simulink中，无须手动集成和干预;其次，进入Simulink的ECUCoder for MPC56xx模块库，选择Rapid-

ECUSetting模块及EngineApplication模块，即可以进行快速原型控制器Simulink模型搭建;最后，根据“电子节气门PID控制”的实践要求，在功能模块中导入加速踏板、节气门以及电机等系统外接模块，搭建电子节气门PID控制模型。

全自动代码生成阶段即利用全自动代码生成工具ECU0-Coder，利用Simulink模块库，通过用户界面直观地配置ECU控制算法模型，并由模型自动生成产品代码。

Meca标定与测量阶段即将生成的可执行文件通过CAN适配器下载到EDU控制器硬件中，导入a2l标数据库，将上位机与EDU硬件通信，实现控制软件的测量与标定。

根据“电子节气门PID控制”的实践要求，即要求精确控制汽车节气门开度，使得发动机运行于最佳工况。电子节气门PID控制效果如图2所示，可以看出，电子节气门的位置信号完全可以实时地跟踪上加速踏板的位置信号，系统能够解决精确控制电子节气门位置问题。

4  结束语

本文基于控制器快速原型模式的教学理念，设计了汽车电子电气的实践教学环节，并且通过“电子节气门PID控制”具体实例进行详细说明和验证。基于控制器快速原型开发的教学模式可以使学生掌握快速原型控制器、自动代码生成软件、测量与标定软件等开发工具的使用，自主完成汽车电子控制系统的开发，在实践教学中更加深刻地领悟新能源汽车的开发和测试流程。同时，能够为课堂带来丰富的基于项目的学习体验，将教学和研究提升一个层次，培养学生的创新能力。■

参考文献

[1]闫建星.新能源汽车产业发展中政策工具选择研究[D].北京：华北电力大学，2019.

[2]王英杰，杨树峰.《汽车电器与电子控制》课程实验教学探索[J].汽车实用技术，2019（24）：214-216.

[3]屈敏，张雨，赵建华.车辆工程专业新能源汽车内涵方向实验教学的改革与实践[J].中国现代教育装备，2013（21）：54-57.

[4]罗绍新.应用型本科院校学生工程实践能力培养的研究与实践[J].南京工程学院学报（社会科学版），2016，16（2）：65-68.

[5]钟家明.新能源汽车电控系统二次开发平台研究[D].广州：华南理工大学，2015.