汽車電子電氣課程實踐教學快速原型開發教學設計

孫慧玉 羅紹新 顧新艷

摘? 要 汽車電子電氣是車輛工程以及汽車服務工程專業人才培養方案中的專業核心課程，理論課程與實踐課程的相互融合能夠有效地提升學生的專業技能。首先針對汽車電子電氣實踐教學中存在的問題進行深入剖析，然后以RapidECU-EDU電控開發平臺作為實踐教學平臺，基于控制器快速原型開發的教學理念設計汽車電子電氣實踐教學環節，使學生能夠在實踐教學中深刻掌握新能源汽車開發和測試流程，從而達到提升學生專業技能的目的。

關鍵詞 新能源汽車;汽車電子電氣;實踐教學;快速原型開發;RapidECU-EDU電控開發平臺

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：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

目前全球能源環境壓力不斷增大，各國相繼推進能源改革，新能源汽車產業的蓬勃發展已經成為順應世界潮流的發展趨勢。從“十五”計劃到“十三五”規劃[1]，隨著國家從早期的行政指導到如今各領域全方位戰略部署，目前我國新能源汽車產業已經形成一定的市場規模。對比傳統汽車，新能源汽車在能源結構和動力來源上的選擇更加豐富，但這也直接導致了其動力控制、驅動技術以及結構性差異，因此，汽車電控技術成為新能源汽車研發的關鍵。同時，當今互聯網時代產業競爭激烈、科學技術生命周期短暫，為了使新能源汽車行業能夠進入良性循環，縮短系統測試時間和成本，加快系統集成匹配，汽車電控系統的開發效率亟待進一步提高。

南京工程學院是應用型本科院校，培養具備較高實踐和創新能力的新型應用型人才是義不容辭的責任和使命，因此，實踐教學環節是南京工程學院人才培養的關鍵環節。本文針對專業課程汽車電子電氣的教學目標，設計基于控制器快速原型開發的實踐環節，使學生能夠在實踐中熟悉和掌握新能源汽車開發和測試流程，最終實現提升學生專業技能的目的。

1? 課程特點及教學目標

汽車電子電氣是車輛工程以及汽車服務工程專業人才培養方案中的專業核心課程，主要介紹汽車供電系統、發動機系統、點火系統、儀表照明系統、電控自動變速器、電控空氣懸架系統、電動助力轉向系統、巡航控制系統、廢氣再循環系統、車身CAN總線等系統結構及工作原理。汽車電子技術作為現代汽車發展的三大方向之一，在現代汽車中的地位越來越高。汽車電子電氣是基于汽車行業對汽車電子電氣技術這一專門化技術人才的需求而設置的，因此，實踐教學在車輛工程專業和汽車服務工程專業中占據著非常重要的地位。通過實踐教學課程的學習，使學生掌握常用汽車電子電氣控制系統的基本結構以及工作原理，培養學生設計汽車電子電氣的能力，為學生學好后續專業課程、完成相關實踐教學和走上工作崗位打下必要基礎。

2? 傳統實踐教學存在的問題

汽車電控實踐教學是培養和訓練學生使用和設計汽車電子控制系統能力的主要措施。目前，南京工程學院汽車電控實踐教學以車輛工程實驗中心汽車電控實驗室的汽車電子控制仿真實訓系統為對象，設計實驗方案、實驗指導書和實驗報告要求等，要求每組學生分別完成指定汽車電子控制仿真實訓系統的實驗設計和開發，并獨立完成實驗。然而，多年來汽車電控實踐教學仍然存在許多問題[2-4]。

2.1? 實踐教學和社會需求存在偏差

目前國內汽車電控實踐教學主要還是模仿或引進老牌汽車電控系統開發平臺供應商的開發產品套件，對常用的電控系統相關數據信號進行檢測和分析。這種實踐教學模式存在諸多缺點：1）汽車電控系統的故障均是人為設置，實踐教學的內容與實際應用需求不能真正相呼應;2）由于實踐教學資源陳舊，教師工程實踐能力不足，導致實踐教學與社會需求出現偏離，降低了學生的積極性和就業競爭力;3）學生通過實踐教學深入掌握新能源汽車開發和測試的流程比較困難。

2.2? 新能源汽車電控開發測試門檻高

目前，國內汽車電控系統主要包括瀑布式以及“V”字形兩種開發模式[5]，且以“V”字形開發模式為新能源汽車電控系統開發方法中的主流。然而，V-模式對于新能源汽車電控開發并不是非常理想：1）V-模式電控產品級代碼存在優化空間;2）V-模式電控系統控制功能僅支持專用設備對控制參數的修改，升級成本高。這些問題給學校以及學生掌握新能源汽車開發測試的流程設置了較高的門檻。同時，這種開發模式要求汽車研發廠商必須具備完善的軟硬件開發實力，不利于新能源汽車產業的可持續發展。

3? 快速原型模式實踐教學設計

為了解決上述問題，本文以汽車電子電氣實踐課程中的“電子節氣門PID控制”為例，基于控制器快速原型開發理念設計該課程的實踐教學環節，深入研究針對新能源汽車電控系統的實踐教學平臺。

3.1? 實踐教學平臺概述

汽車電子電氣的實踐教學環節主要利用RapidECU-EDU電控系統開發教學實驗箱為開發平臺，如圖1所示。Rapid-

ECU-EDU電控系統開發教學實驗箱是華?？萍纪瞥龅男乱淮娮涌刂萍夹g開發教學平臺，可應用于混合動力汽車、純電動汽車動力控制、蓄電池管理等多種新能源汽車電控場景中。RapidECU-EDU電控開發平臺主要包括EDU電控實驗箱一套，負載試驗臺一套，全自動代碼生成工具ECU Coder 一套，以及標定與測量工具Meca一套。

EDU電控實驗箱主要由箱蓋、EDU控制器、箱體、鑰匙開關、液晶顯示器、CAN適配器及線束存放處、底板、曲軸凸輪軸信號發生器組成。其中，EDU控制器專門用于教學實驗使用的快速原型控制器，硬件內核使用主流的汽車控制器芯片MPC5634，可以通過MeCa上位機軟件任意修改控制器內部運行的軟件算法，實現多種多樣的快速控制原型機。

ECUCoder是基于MATLAB/Simulink的全自動代碼生成工具，支持英飛凌、飛思卡爾、意法等知名廠家的汽車電控系統主流芯片，用于配置ECU控制算法模型并自動生成產品代碼。

車輛控制系統的基本功能實現后，還需要對ECU的控制參數進行標定，以實現控制參數的優化。MeCa是通用的ECU測量標定工具，提供豐富的圖形控件和全圖形化的用戶界面，進行測量數據顯示與標定參數的在線調整。

3.2? 快速原型模式實踐教學設計

以控制器快速原型開發為理念的實踐教學依據“電子節氣門PID控制”實例，將實踐教學設計為Simulink模型搭建、全自動代碼生成以及Meca標定與測量三個階段。

Simulink模型搭建階段主要是利用RapidECU-EDU電控系統EDU控制器，同時聯合MATLAB/Simulink軟件進行Simulink模型搭建。首先，安裝ECUCoder軟件，ECUCoder提供功能豐富的Simulink模塊庫，可以將EDU快速原型控制器集成于Simulink中，無須手動集成和干預;其次，進入Simulink的ECUCoder for MPC56xx模塊庫，選擇Rapid-

ECUSetting模塊及EngineApplication模塊，即可以進行快速原型控制器Simulink模型搭建;最后，根據“電子節氣門PID控制”的實踐要求，在功能模塊中導入加速踏板、節氣門以及電機等系統外接模塊，搭建電子節氣門PID控制模型。

全自動代碼生成階段即利用全自動代碼生成工具ECU0-Coder，利用Simulink模塊庫，通過用戶界面直觀地配置ECU控制算法模型，并由模型自動生成產品代碼。

Meca標定與測量階段即將生成的可執行文件通過CAN適配器下載到EDU控制器硬件中，導入a2l標數據庫，將上位機與EDU硬件通信，實現控制軟件的測量與標定。

根據“電子節氣門PID控制”的實踐要求，即要求精確控制汽車節氣門開度，使得發動機運行于最佳工況。電子節氣門PID控制效果如圖2所示，可以看出，電子節氣門的位置信號完全可以實時地跟蹤上加速踏板的位置信號，系統能夠解決精確控制電子節氣門位置問題。

4? 結束語

本文基于控制器快速原型模式的教學理念，設計了汽車電子電氣的實踐教學環節，并且通過“電子節氣門PID控制”具體實例進行詳細說明和驗證?；诳刂破骺焖僭烷_發的教學模式可以使學生掌握快速原型控制器、自動代碼生成軟件、測量與標定軟件等開發工具的使用，自主完成汽車電子控制系統的開發，在實踐教學中更加深刻地領悟新能源汽車的開發和測試流程。同時，能夠為課堂帶來豐富的基于項目的學習體驗，將教學和研究提升一個層次，培養學生的創新能力?！?/p>

參考文獻

[1]閆建星.新能源汽車產業發展中政策工具選擇研究[D].北京：華北電力大學，2019.

[2]王英杰，楊樹峰.《汽車電器與電子控制》課程實驗教學探索[J].汽車實用技術，2019（24）：214-216.

[3]屈敏，張雨，趙建華.車輛工程專業新能源汽車內涵方向實驗教學的改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2013（21）：54-57.

[4]羅紹新.應用型本科院校學生工程實踐能力培養的研究與實踐[J].南京工程學院學報（社會科學版），2016，16（2）：65-68.

[5]鐘家明.新能源汽車電控系統二次開發平臺研究[D].廣州：華南理工大學，2015.