基于虚拟仿真技术的汽车电子实践教学研究

陈铭

（吉林工程技术师范学院，吉林 长春 130000）

随着汽车行业的发展，汽车电子技术也在不断地更新，对高校培养汽车专业人才方面也提出了更高的要求。高职学校主要是培养实践型的应用人才，对学生们的动手能力要求很高，就汽车电子专业而言，还要求学生具有创新性。在培养学生创新能力和动手能力时，由于汽车电子带有一定理论性和抽象性，常常达不到理想的教学效果。充分发挥虚拟电子技术的作用，能够为学生们的学习降低难度，同时还能为实践教学效果提供保障。

一、虚拟仿真技术

（一）虚拟仿真技术的内涵

虚拟仿真技术，又名“模拟技术”。这项技术，为人类认识了解客观世界、探索客观世界规律提供了有力的技术支撑。虚拟仿真技术利用了相似的工作原理，针对研究对象建立虚拟模型。人们可以利用仿真虚拟模型间接地对原型进行实验和研究。虚拟仿真技术具有交互体验性、沉浸感受性、真切性以及虚幻性等特性。在虚拟仿真技术建立的体验系统中，人的多种感官都获得了沉浸式体验，人们在虚拟场景中具有身临其境的感觉，能够实现人与环境之间交互作用。

（二）虚拟仿真技术的发展与应用

仿真技术发展至今，共经历了四个阶段：物理仿真阶段，模拟仿真阶段，数字仿真阶段以及虚拟仿真阶段。在物理仿真时期，也就是20 世纪20 年代到20 世纪30年代，仿真技术主要应用在航天领域的研究与实践中。比如美国陆军与海军航空队在1930 年左右，利用物理仿真技术设计了林克仪表模拟飞行器进行实验研究与演练。20世纪40年代到20世纪50年代，发展到模拟仿真时期。利用仿真技术建立数字模型，实现运算器与电容器、电阻器件等组织构件之间的有效连接，形成仿真电路。20 世纪60 年代至20 世纪80 年代，进入了数字仿真模拟阶段，这一阶段也实现了仿真技术的飞跃发展。数字仿真模拟技术率先在航天事业发展中得到利用。从上世纪80 年代至今，人类进入到虚拟仿真技术时代。虚拟仿真技术在各行各业的发展中得到了充分利用。在道路桥梁、场馆仿真、旅游教学、室内设计、地质灾害预防等等多个领域都发挥着重要价值作用。

举例来讲：在突发灾害的紧急预案方面，仿真模拟技术也发挥着重要价值。通过虚拟技术设置虚拟仿真灾害演练系统，在系统中对于受灾人员情况，各种灾害发生的等级指数等等相关数据进行预设，然后模拟灾害发生的过程，并对受灾人群可能发生的几种情况做出预设。接着，通过模拟演练平台，设定不同的紧急救灾方案，探索最安全快速的应急救援措施。应急仿真演练系统能够让指挥人员、灾害事故处置人员发现一些在事故处理中可能存在的问题，并且做出科学化的决策部署和应急方案设定，提高了应急能力，很大程度上保护了人民的生命财产安全。

二、虚拟仿真技术与汽车电子教学

通过前文的举例，可以发现当前虚拟仿真技术为人们的生产生活提供了诸多便捷。在教育教学实践研究中，虚拟仿真技术也能够发挥一定的价值作用。通过汽车模拟仿真软件，可以按照汽车各部分构成零件的比例标准进行立体化模型构建。利用模型透视功能，能够清晰地为学生们展示汽车内部构造和汽车各组成系统的工作原理；另外，虚拟仿真技术所构建出来的三维模型可以进行无限地放大化，也可以全方位的旋转模型和调节角度，能够让学生们从多个视角对汽车构造和汽车各零件进行全面了解学习。

虚拟仿真技术在汽车电子实践教学中的应用，能为学生营造一种贴近真实的体验氛围，能充分调动学生的多种感官。将抽象化的知识学习转化为直观式形象化的体验，有效激发了学生们的兴趣。这种直观化的科技教学手段，让教师不必再进行过多的口授教学，使整个课堂时间能够高效运用起来。

三、虚拟仿真技术在汽车电子实践教学上的应用

（一）在汽车动力性探究上应用虚拟仿真技术

在传统汽车电子教学课堂中，对于汽车动力性探究的学习主要是通过这样的方式：教师按照课程教材中所提供的某个车型的数据，引导学生们进行汽车的阻力以及驱动力的分析，从而，得出驱动力－行驶阻力的平衡图。利用相关公式进行推导计算，绘制汽车爬坡度图像以及汽车行驶加速度曲线图。根据曲线以及数据分析，得到汽车动力性的评价指标。在整个学习过程中，学生们仅仅是学习了计算知识，没有对汽车动力性进行真正探究实践。利用汽车虚拟仿真软件进行教学，能够为学生提供探究机会，让学生能够将知识融会贯通。AVL cruise 软件可以实现汽车动力性、排放性能以及燃油经济性的模拟仿真操作。利用AVL cruise 将车型参数录入，模拟汽车加速的过程，一些相关数据以及曲线图随即生成。学生们通过模拟软件展示出的汽车加速度仿真过程，能够清晰地看到汽车仿真过程的三大动力性指标变化的规律，从而对于汽车的动力性概念产生更加深入的理解。另外，在得到数据之后，可以指导学生们进行模拟仿真实验操作，通过更改一部分的汽车参数指标，重新模拟汽车加速度过程，然后进行数据对比。通过亲身实验以及直观地进行数据对比，学生们了解到了车辆不同参数数据对于汽车动力性产生的影响。利用汽车虚拟仿真软件进行课堂教学学习，能够打破传统的教学方式的刻板性，带来更加直观清晰的学习体验。

（二）利用仿真模拟技术建立数学模型

汽车电子教学应该注重学生应用能力的培养，利用虚拟仿真软件进行教学，让学生学习利用软件建立模型，深入学习汽车电子控制技术。Saber 仿真软件出自美国的Synopsys 公司，这一仿真模拟软件对于多个技术领域都有很大应用价值。利用Saber 软件进行汽车电子教学建立数学模型有利于培养汽车电子专业的学生在汽车电子控制技术方面的学习掌握。利用Saber 建立数学模型之前，先对汽车的零件构成进行一个抽象化处理，然后通过抽象数据建立数学模型。对于物理器件、大型电路的建模能够让同学们充分了解电路详细特征，从而为下一步的学习做好预备工作。零部件数学模型质量，直接关系到了仿真结果的准确性。利用数学模型建立各种参数值，来模拟零部件的功能。同时，也要带领学生们通过数学模型进行不断实践与完善。

（三）虚拟仿真技术在汽车传感器教学中的应用

利用汽车模拟仿真软件应用在教学实践中，能为学生在理论知识学习与实践操作之间建立一个桥梁，实现了学生从课程知识到实践应用的过渡。在汽车传感器教学中，可以以汽车仿真虚拟软件为平台，进行教学。利用“氧传感器”来举例说明。氧传感器属于汽车上的重要配置部分。氧传感器以陶瓷敏感元件来对汽车的排气管道氧电势进行测试，按照化学平衡原理计算出相对应的氧浓度数据，对汽车的燃烧空燃比进行了有效监控，从而保证尾气排放合乎标准，保证汽车产品的质量。对于氧传感器的检测，应该先了解氧传感器的工作原理和结构特点，以此为前提。学生们需要透彻了解空燃比、信号电压以及混合器浓度三者之间的关系。但是，氧传感器传送给EDU 的信号是抽象的，无法通过肉眼直观看到却又真实存在的。为了在实际教学中让学生对于学习的内容更加深刻化理解，教育者可以在教学中设计虚拟仿真技术模拟演示环节。利用虚拟仿真技术软件模拟出氧传感器的结构，直观展示出电路与输出信号的曲线，直观化地呈现出氧传感器的工作原理。通过这种形式，打破了传统教学的限制，实现了对于教学难点的突破，学生们的学习兴趣也得到了充分激发。

（四）对汽车供电系统原理的仿真模拟

利用模拟仿真技术，对于汽车供电系统进行仿真模拟，能够激发学生们对于汽车供电原理学习的兴趣，并且能够充分调动学生们的钻研精神，让学生们积极动脑思维。比如说：双电压系统中，用电设备可以分成两类：负载42V 电压的大功率用电设备和负载电压为14V 的中小功率用电器。家庭照明系统，车辆GPS 定位系统属于中小功率用电器，其所需电压较低，用电量少。但是，对于一些像发动机，电控器这类大功率用电设备来说，在运行过程中所需电量和电压都比较大。双电压系统能起到一个兼容与中和作用，兼顾到了两个方面，既能够满足中小功率用电器的运行，又能满足大功率的用电设备的工作电压需求。通过虚拟仿真模拟软件，将14V 和42V的汽车供电系统进行模拟，进行参数分析，带领学生们共同学习和研究汽车电压系统设计问题。14V 的电压系统，对于波长方面有严格的要求，对于峰值电压以及波形的控制应该在合理的范围之内。如果超出允许范围，干扰的脉冲幅度影响过大，容易导致丢失信号，甚至于让整个系统进入到失控的状态，十分危险。在42V 电压的大功率用电器模拟中，学生们会直观观察到42V 供电曲线的变化情况（如图1 所示），电压会随着转速而发生改变。双电压系统的电压，能够跟随着转速做出灵敏变化，因此，可以以电压的峰值为依据，选择电子电器元件。

图1 （双电压系统中供电系统变化曲线图）

仿真技术的操控性比较强，对于数据准确度要求也很高。基于此，教师在汽车供电系统模拟教学过程中，为了呈现出更好的课堂效果，应该提前做好调试和测验工作。教师在反复实践验证后能够保证教学的严谨准确性，为学会们进行汽车电子技术的学习营造良好的氛围。

结束语

综上所述，虚拟仿真技术是21 世纪应用广泛的信息技术。对于高校汽车电子技术专业教学而言，虚拟仿真技术与教学实践的融合，突破了传统教学方式的限制，在极大程度上降低了学生们的学习难度，对于教学效果也产生了极大的提升作用。教师应该在教学环节中注重新兴技术的引用，改进教学方式，为国家培养具有实践创新能力的汽车行业人才。