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一种汽车综合性能试验的虚拟平台方案 　　 摘要：针对汽车综合性能试验在试验设备、试验场地、外界条件等方面存在的问题，提出了一种以汽车驾驶模拟器代替实车、以软件为主的综合性能试验虚拟平台方案。介绍了该平台的工作原理、组成和功能。虚拟平台可在试验室内完成汽车加速、滑行、制动以及燃油消耗等性能试验，解决现有实践环节安全性差、易受天气等外界条件干扰、成本高等问题，从而达到提升学生的参与度和积极性、提高实践教学效率的目的。 　　关键词：汽车驾驶模拟器;汽车综合性能试验;虚拟平台;车辆工程 　　中图分类号：G421 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）44-0145-03 　　 汽车综合性能试验是车辆工程专业必修实践环节――综合实习中的一项重要内容，其内容涉及汽车滑行试验、制动试验以及加速试验等，是对《汽车构造》、《汽车试验学》等理论课程所讲授内容的实践与验证[1，2]。通过该环节的学习，可以使学生掌握各种汽车性能测试仪器的实际操作过程、学会对试验数据的处理和分析，从而提高对汽车性能的理解[3-6]。然而，在实际教学过程中，由于受到试验设备、试验场地、天气条件等方面不利因素的影响，实践环节往往达不到预期的教学效果。 　　一、汽车综合性能试验在实践过程中存在的问题 　　以南京林业大学车辆的汽车综合性能试验为例，本文就实践环节存在的问题分析如下。 　　1.试验设备――一方面，旧仪器操作简单、使用方便，学生可在较短时间内掌握其原理和使用方法，但存在精度较低、抗干扰能力弱的问题，一次试验往往进行2～3次才能成功，这影响了教学效率、试验数据的精度与准确度;另一方面，新仪器精度高、功能全，如VBOX（Velocity Box）是一款基于GPS定位的综合仪器，可完成车辆加速、制动、燃油消耗等性能的测试，但这类综合功能的仪器存在功能多、原理复杂、使用相对不便等问题，使学生在较短时间内难以掌握其原理和使用方法。 　　2.试验场地――受限于大学校园的面积，一般无专用的试验场地，只能借助校内道路开展试验，在实践环节中存在较大的安全隐患。为了确保试验的安全开展，试验过程中教师的参与度（车辆驾驶、试验仪器的操作主要由教师负责）远大于学生，导致学生参与积极性不高、动手能力较弱，继而影响了综合性能试验的教学效果。 　　3.外界干扰――现有的试验全部是用实车在外场完成，这使得试验对外界因素的变化较为敏感，如天气变化（雨雪天气试验无法开展）等。 　　4.学生考核――因受试验场地和外界干扰的影响，现有试验多以小组的形式展开。小组之间的试验数据均不相同，但各小组内部共用一份数据。学生在进行数据处理时，存在相互抄袭的现象，这影响了实习考核的公正性。 　　5.试验成本――采用实车进行试验增加了实习成本，如车辆的维护成本、燃油消耗等。此外，试验过程中车辆的尾气排放，会造成大气污染等。 　　因此，如何在保证安全的前提下，高效、低成本、全天候的开展综合性能试验教学，是影响车辆工程专业综合实习效率、质量的关键所在。 　　二、应对措施与方案 　　针对以上存在的问题，本文提出基于试验室现有的汽车驾驶模拟器建立一套以软件为主的汽车综合性能试验虚拟平台。该平台主要包括汽车驾驶模拟器、数据采集与处理模块、核心计算模块、可视化模块和考核模块（试验操作的规范性和数据处理的正确性）四部分。 　　（一）应对措施 　　以汽车驾驶模拟器代替实车、以动力学计算代替车辆状态参数采集，将外场试验移至试验室，可以克服试验设备、试验场地、外界干扰和试验成本等方面存在的问题。此外，在克服试验场地和外界干扰问题的基础上，可以实现一人一组的试验方案。这样学生之间的试验数据各不相同，可以避免学生在数据处理过程中的抄袭现象。通过设计考核模块，统一考核标准，保证考核过程的公正性。 　　（二）方案 　　1.虚拟平台的工作原理。图1为汽车综合性能试验虚拟平台的工作原理图，其中驾驶模拟器替代实车，成为虚拟平台的主要试验对象。根据驾驶员的操纵输入，如方向盘转角、油门踏板行程等，实时计算车辆的状态并呈现。数据采集与处理模块用于代替传统的车辆状态参数采集装置，如光电式和雷达式车速传感器等，完成车辆状态参数、时间参数以及车辆操纵装置位置与状态信息的采集与处理，并将以上参数以数字量的形式传输给核心计算模块;可视化模块主要用于试验管理、数据管理以及车辆状态参数的实时呈现;考核模块负责录入学生处理后的数据、试验规范性评价以及数据处理正确性考核;核心计算模块是各模块信息交互的中枢，可细分为车辆性能计算单元、数据管理单元以及通信单元三部分。其中车辆性能计算单元主要根据采集的车辆状态参数实时计算车辆的加速、滑行、制动等性能，数据管理单元主要实现直接测量的状态参数、间接测量的性能数据、各操纵