研究生精品课程车辆系统动力学教材建设初探
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作者:潘公宇 杨晓峰
[摘 要]高质量的研究生教材，既能丰富研究生的课程内容，避免研究生课程“本科化”，又能提高研究生的科研能力和国际视野，因此，打造适应一流学科建设背景下的车辆系统动力学教材，对于车辆工程专业硕士的核心学位课程建设，引导学生开展主动学习，提升学生知识应用能力和科研能力，提高研究生培养质量具有重要的意義。根据国内外相关车辆系统动力学教材，提出了教材建设的思路并进行了应用实践，并通过多元化教学方法和虚拟仿真实验教学手段等，取得了较好的效果。
[关键词]车辆系统动力学;精品课程;教材建设
[基金项目]江苏大学2017年研究生精品课程《车辆系统动力学》项目（2017012）;江苏大学2019年高等教育教改研究课题（2019JGYB036）
[作者简介]潘公宇（1965—），男，江苏镇江人，博士，江苏大学汽车与交通工程学院交通运输系教授，主要从事车辆系统动力学及车辆NVH控制技术研究;杨晓峰（1983—），男，江苏镇江人，博士，江苏大学汽车与交通工程学院交通运输系副教授，主要从事车辆动态性能模拟与控制研究。
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）27-0105-02 [收稿日期] 2020-04-13
一、引言
车辆系统动力学是车辆工程专业硕士研究生的核心学位课程，在一流学科建设的背景下，对车辆系统动力学课程建设提出了更新、更高的要求。而研究生教材作为课堂教学的主要参考依据，担负着传授知识和培养学生创造性思维能力的双重任务，对提高教学质量、深化教学改革具有非常重要的作用[1]。文章在分析了国内外相关车辆系统动力学教材的基础上，提出了教材建设的思路并进行了应用实践。
二、国内外相关教材
1.德国教材。《汽车动力学》是由德国布伦瑞克工业大学M.米奇克教授编写的一部经典教材，该教材的第1版是1970年出版的。2004年推出了第4版，由（德）Manfred Mitschke（米奇克）及Henning Wallentowitz（瓦伦托维茨）共同编著，该教材对汽车动力学进行了全面的总结。将主动系统作为车辆标准配置引入到驱动与制动、振动以及操纵稳定性的基础理论中，并讨论了车辆在受到干扰时的整车行驶理论问题，还考虑到了车辆与驾驶员之间的相互作用。书中通过以图表形式给出的大量车辆数据和计算实例说明了上述理论的适用性，并在对结果的讨论中为车辆性能的改进提出了建议。主要内容包括：概述;A篇：驱动和制动;B篇：车辆振动;C篇：行驶的操纵稳定性。
2.美国教材。《车辆动力学与控制》（第2版）是由美国明尼苏达大学的拉杰什·拉贾马尼（Rajesh Rajamani）教授编写的教材。该教材涵盖了巡航控制、自适应巡航控制、制动防抱系统、车道自动保持系统、高速公路自动行驶、横摆稳定性控制、发动机控制、被动悬架、主动悬架和半主动悬架、轮胎模型以及轮胎—路面参数识别。全书共由16章组成。第1章为概论，第2章为车辆侧向动力学，第3章为自动车道保持系统的转向控制，第4章为车辆纵向动力学，第5章为车辆纵向控制，第6章为自适应巡航控制，第7章为车队的纵向控制，第8章为电子稳定性控制，第9章为汽油和柴油发动机的均值建模，第10章为被动式汽车悬架的设计与分析，第11章为主动悬架，第12章为半主动悬架，第13章为轮胎纵向力与侧向力，第14章为公路车辆的轮胎—路面摩擦力测量，第15章和16章是第2版新增加的，其中第15章是侧倾动力学与侧翻预防，第16章是混合动力车。
3.日本教材。在汽车工程领域及车辆动力学领域非常知名的日本神奈川工科大学安部正人教授编写的《车辆操纵动力学：理论与应用（原书第2版）》建立了完整的动力学方程，对无论是高尔夫小型车还是高端运动轿车关键部件的设计提供了详细的理解;并且在MATLAB工具箱的支持下，对影响车辆动力学的关键领域都可以进行分析，包括轮胎力学、操纵系统、车辆侧倾、驱动与制动、四轮驱动，以及受车辆和驾驶员协调控制影响的车辆动力学与可控性等方面的问题。另外，他编写的日语著作《車両の運動と制御》一直被视为本领域内的经典之作，1979年一经出版便得到了全世界车辆动力学业内学者的广泛认可，并先后被翻译成多国语言广为参读[2]。《车辆操纵动力学：理论与应用（原书第2版）》是在对《車両の運動と制御》的不足进行了全面修改，并结合当下备受关注的车辆动力学问题进行了内容补充的基础上编写的，是汽车工程领域及车辆动力学领域的经典之作。
4.国内教材。国内喻凡、林逸教授等编著的《汽车系统动力学》（第2版）是普通高等教育十三五汽车类规划教材，采用国内学生熟悉的编写方法，内容具有良好的普遍性。该教材除了介绍车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气动力学基础之外，重点介绍了受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学和操纵动力学内容。该版新增加了一章关于驾驶员模型、人—车—路闭环系统及车辆操纵品质评价的内容;新增应用分岔理论进行非线性悬架动力学及前轮摆振分析的一个实例。
三、车辆系统动力学教材建设的思路和实践
车辆系统动力学是车辆工程专业研究生的一门核心课程，通过本课程的学习，学生能够掌握车辆动力学的基本理论与分析方法，深刻理解车辆在行驶过程中受到的各种力的相互作用及由此产生的对车辆行驶的影响;进而提出汽车设计参数选取的原则和依据[3]。考虑到汽车行业的快速发展以及控制技术在汽车中的广泛应用，《汽车系统动力学基础及其控制技术》从汽车系统动力学的基础理论出发，系统介绍了汽车纵向动力学、操纵动力学和垂向动力学的力学分析、系统建模及动态响应等，结合现代控制的基本理论，讨论了控制技术在车辆工程中的应用。通过重点介绍车辆系统动力学建模、仿真分析及试验方法，研究车辆悬架、转向、动力传动等系统参数与操纵稳定性、行驶平顺性的相互关系，分析研究控制理论在车辆系统动力学领域方面的应用等，培养专业学位研究生分析解决问题的能力[4]。教材共5章，第1章是汽车动力学及控制理论概述，第2章是现代控制理论基础，主要包括状态空间法、线性系统的可控性和可观测性、稳定性、最优控制等，第3章到第5章分别介绍了汽车的纵向动力学、操纵动力学和垂向动力学的力学分析、建模及其控制。车辆工程中的应用主要包括驱动防滑控制、制动防抱死系统、四轮转向系统、稳定性控制、半主动悬架及主动悬架等。该教材在编写过程中，获批全国工程专业学位研究生教育国家级规划教材。
当然，研究生教材建设是精品课程建设的一个环节，在课程建设和实践教学中，还需通过多元化教学方法和良好的实验实践等，加强学生对教材及课程的理解。实际教学中，采用多元化的教学手段和方法，能够充分发挥现代化多媒体教学手段和传统教学手段各自的优势，并根据研究生的特点采用讨论法、研究法等各种启发式教学方法，能够充分调动研究生自主学习的主动性和积极性，培养和提高学生独立探索问题、发现问题、分析问题和解决问题的能力，以及创新思维和实践能力[5]。同时，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术构建的高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，使得研究生在虚拟环境中开展实验，可以有效地解决教学过程中动手难的问题，更加容易激发研究生的学习和科研兴趣。
四、结束语
研究生教材建设是研究生精品课程建设的重要环节，作为课堂教学的主要参考依据，担负着传授知识和培养学生创造性思维能力的双重任务。作为车辆工程专业研究生的一门核心专业课，车辆系统动力学教材的选用和建设与课程质量有很大的关系。文章在分析了国内外相关车辆系统动力学教材的基础上，提出了教材建设的思路并进行了应用实践，并通过多元化教学方法和虚拟仿真实验教学手段等，取得了较好的效果。
参考文献
[1]陈艳慧，崔议文，李勇，张瑾，李博.学术型研究生课程改革的探索与实践—以吉林农业大学为例[J].学位与研究生教育， 2015（11）：33-38.
[2]潘公宇，江浩斌，等.车辆工程专业虚拟仿真实验教学平台的设计[J].实验技术与管理，2017（4）：1-5.
[3]殷允杰，王潮霞.我国研究生国际合作与联合培养新模式探索[J].教育教学论坛，2014（12）：176-177.
[4]王添翼.“双一流”建设背景下推进研究生课程建设国际化的思考与探索[J].高教学刊，2018（3）：16-18.
[5]肖梅，张雷，胡大伟，马壮林，彭朝林.“双一流”建设中的《智能运输系统》课程改革探讨[J].教育教学论坛，2018（38）：129-130.
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