摘要本文从车辆工程专业的角度，结合专业特点探讨了单片机课程的教学与实验平台建设，深入研究与总结了已经取得一定教育教学成果的就业导向型教学、试验方法和考核方式。

关键词 车辆工程 单片机 教学

中图分类号：G718.5文献标识码：A

The Join About Education and Employment of Singlechip Course

Based on Vehicle Engineering Under New Circumstances

WU Gang

(Department of Vehicle Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing, Jiangsu 211167)

AbstractThis paper from the angle of vehicle engineering, combine with its professional characteristics to discuss the course teaching and experimental platform construction of singlechip course, in-depth research and summarize employment orientated teaching, experiment method and examining ways of education teaching that have been received certain achievements.

Key wordsvehicle engineering; singlechip; teaching

前言

安全、环保、节能、智能化与信息化是汽车的总体发展趋势。与这些要求相适应，汽车电子化的趋势越来越明显，电子半导体在汽车成本中所占的比例也越来越高。由于我国自身是能源紧缺性国家，近年来国家大力推进新能源汽车的研发与市场普及，其中尤以电动汽车为主要的发展方向。国内自主品牌比亚迪汽车研发出拥有自主产权的双模电动汽车，日本丰田汽车公司宣称在2011年全面向中国市场推进电动汽车①战略。无论是传统汽油机车、还是新型电动汽车，扮演电控模块的核心元件都与单片机紧密相关。尤其在车辆工程专业教学环节中，各高校均将单片机作为一门核心专业基础课引入教学体系中。为适应汽车电子化与电动汽车发展的新潮流，研究如何进一步地提升车用单片机课程的教育成效、增强教学对就业的促进作用已经成为当前一项紧迫的时代任务。

1 车用单片机课程教学应突出的专业领域知识

我国各重点大学、普通高校和高职高专院校均开设有单片机原理课程，且该课程的教学涉及到多门学科，诸如：计算机、通讯、自动化、机械和电力等。做为一门专业基础课，单片机拥有一些跨学科的共性特征，例如：汇编语言的编程特点、CPU及中断、定时/计数器、典型接口芯片与存储器扩展等；但是不同学科自身的教学重点相差很大，因而各学科单片机教学的目标与方向有所侧重。除了传统单片机基础知识部分应讲授的典型环节，车辆工程专业中单片机应用部分应结合本专业知识特点穿插进行实例讲解，尽可能地利用单片机这个桥梁衔接本专业较为前沿与实用的业务知识，让学生的视野由计算机基础知识向专业纵深进一步地延伸，为学生在将来的工作中奠定良好的技术基础。为此，车用单片机实例教学中可以进一步地突出以下主要内容：

1.1 车辆自动变速智能控制单元

车辆传动系统的自动化及智能化是工程车辆的发展方向，自动变速电子控制系统的设计和开发是工程车辆实现机电液一体化控制的重要前提。车辆机电控制系统是在不改变变速器内部结构的基础上，以液压系统为换挡执行机构，以单片机为控制核心实现车辆挡位智能控制的自动变速系统。为理解工程车辆自动变速智能控制系统，需要学习传动系统的自动换挡规律和自动变速智能控制的系统模型，并掌握与控制要求相匹配的单片机调度控制算法。

1.2 混合动力/电动汽车蓄电池电控单元

电动汽车和混合动力汽车具有排放低、节约能源等特点，它们的技术成熟度与市场推广与微电子、计算机、机械、材料等技术的发展紧密相关，而蓄电池的性能及成本控制成为其中关键性的技术。目前电动汽车中应用的蓄电池主要由多个单体电池串联组成，单体电池间的充放电性能差异较大，为了防止电池出现过充、过放及温度过高等问题，实施对各单体电池的均衡充电和放电以延长电池的使用寿命和降低成本，特别是可以提高蓄电池的可靠性。单片机以其体积小、功能全、价格低等特点在汽车的各种电子控制单元的开发中一直是开发者的首选控制元器件，因此理解并掌握基于单片机的电动汽车蓄电池电控技术成为一项重要的教学内容。

1.3 电动车智能仪表

电动汽车的运行参数与传统的内燃机汽车有很大的区别，电动汽车行驶中需要增加对车载电机及蓄电池性能参数的实时检测。传统的车辆仪表系统对车辆行驶参数仅具有显示的功能，无法进行自动记录、存储、分析，而且原始参数的保存困难﹑后期的数据处理工作繁琐。学习利用单片机对实时采集数据进行二次处理，获得传感器不能直接采集的车辆运行参数，通过单片机这个控制核心系统地学习车载液晶或数码管动态显示技术。

1.4 发动机油门控制系统

油门执行器与发动机油门相连来控制其油门位置，发动机在不同的油门位置时发出的功率不同，直接影响着发动机扭矩和转速输出，这对于发动机的转速调节是一个重要的环节。油门执行器恒定位置控制需要有很好的稳态和动态调节特性，基于单片机的汽车发动机油门闭环控制系统不仅驱动与保护效果良好，而且控制精度高﹑实用性强，该类型的电控系统只需改变主回路供电电源的电压和功率，就可以推广应用到需要较大功率的油门控制系统中。该部分内容的教学集成了汽车构造﹑单片机和控制理论等几门主干课程的综合要素。

1.5 车辆性能参数智能检测

车辆性能参数检测需要对左右前后轴重、制动力、侧滑量、灯光照明度、烟尘和废气排放量等参数进行动态测量。现在常见的机动车辆性能检测使用独立的参数测试仪，需要用多人操作使用侧滑仪、灯光测试仪、轴重制动仪、废气测试仪等仪器进行车辆性能检测，从而导致检测人员工作劳动强度大，检测结果准确度差、效率低。随着半导体技术的高速发展，各种工程车辆检测设备都朝着数字式、智能化和多功能方向发展，理解并掌握以单片机为核心的车辆检测系统显得尤为重要。

2 车用单片机实验平台的建设

专用的车用单片机实验平台与通用型单片机实验室的建设之间有明显区别。由于教学目的的针对性不同，因而实验设备的配置也各自有所侧重，下面介绍几个典型的车用单片机实验平台。为了适应全球汽车市场的高速发展以及汽车电子化比例的不断提高，于2004年开始车用电子半导体器件供应商飞思卡尔公司持续地为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品系列，其系列产品适用于车辆动力传动系统、安全系统、底盘控制系统、驾驶员辅助驾驶系统、车身控制系统和信息娱乐等汽车电子应用系统。日本NEC电子也于2004年开始推出汽车专用单片机系列平台。2004年7月，国内的北京理工大学摩托罗拉单片机及汽车电子开放实验室(BMTC)正式成立。该实验中心②以车用单片机和电子技术教学为基础，面向高速发展的国内汽车电子市场，尽可能发挥传播汽车电子知识与培养新型汽车人才的开放基地作用。

就目前国内高校的实验教学来说，车用单片机教学的实验平台不应继续共用或延用通用型单片机实验室的设备，各高校可以结合自身培养方案选购到合适厂家品牌与功能的基础试验平台，有条件的高校也可以在购进的基础试验平台上进一步地开发出各自的仿真或分支实验装置，以满足正常教学与科研的用途。

3 新形势下以就业为导向的车用单片机教学思路探讨

单片机作为一门应用性极强的课程，应当抛弃填鸭式的教学方式，在教学过程中重点在于引导与调动学生的自主能动性，首先要让学生充分地认识到单片机的作用，只用这样才能最大限度地激发学生的学习兴趣；其次，教师须结合车辆工程专业的知识要点与单片机的相应章节来进行复合式教学，这样才能有的放矢，避免空洞与泛泛之谈，既让学生学习到单片机的基础知识又进一步地加深了对专业知识的理解。我校车辆工程系组织师生连续三年参加“飞思卡尔杯”全国大学生智能车竞赛并取得好成绩。在学生找工作就业过程中，参赛的学生尤其受到用人单位的面试加分更是说明了单片机教学与实践的重要性。下面结合自身的教学实践，谈谈车辆工程单片机教学中的一些体会。

3.1 示范教学法

在实际教学过程中，示范教学法并不排斥传统的讲授式教学，应按照实现教学目标的实际需要选择适当的教学方法。在课程学习的难点阶段，教师可以应用示范教学法进行讲解，通过教师的讲授与示范操作，让学生获取基础知识与基本技能，例如在车辆自动变速器的教学方面可以采用示范教学法。目前广泛使用的汽车自动变速器主要为液力行星传动变速器，行星传动机构不同于普通的定轴式变速器，定轴式变速器可以将变速器壳体剖开观看其结构和传动路线，而液力行星传动变速器在运转时无法查看其结构和传动路线，拆剖箱体时又无法观看其传动路线和工作原理。目前相关资料也仅有一些厂家的内部维修材料介绍，一般学生很难理解其结构与工作原理。而对于课堂教学来讲，由于没有合适的教具和教学资料，学生对于自动变速器的理解与感知只能停留在书本层面。而通过示范教学法在实验教学板上用单片机控制发光二极管和数码管，将汽车自动变速器结构及换挡油路动作原理展示出来，将复杂的结构形象化和直观化，使得在讲授自动变速器过程中，能详细演示各元件的动作过程。通过演示换挡原理，让学生能够更清楚地理解自动变速器的换挡过程及工作原理，为日后学生在这一部分的工作储备良好的技术基础知识。

3.2 任务教学法

任务教学法强调以学生为中心，而不是传统的以教师为中心，重视学生的主动性和积极性在学习过程中的作用，重视学习情境的设计，以任务为核心驱动学习，设计自主学习策略。学生在了解单片机控制系统的设计流程后，就可以采用任务教学法。例如在进行数码管显示﹑实时数据采集与串行通信等内容教学的时候，可以结合车用智能仪表的开发与设计来完成教学。教师可以给出车用智能仪表要求的各项输入及输出参数，让学生参与硬件设计与仿真程序的编制，以车用智能仪表的开发为任务驱动与调动学生的自主积极性。通常该方法可以在课堂教学或实验教学中进行，以避免空洞的教学内容讲解，充分地激发学生的学习兴趣与探知欲望，进一步地培养学生对本专业的技术热情以达到事半功倍的教学效果。

3.3 项目教学法

经过近一个学期的课堂与实验教学，在课程学习的末期或课程设计阶段可以采用项目教学法进一步地激发学生的学习潜能与创造力。教师通常应给出每一个项目要求达到的基本功能，而留出项目功能完善和功能扩展的空间，让学生可以自由发挥与创新。对于车辆平台下的项目选取应当注意以下几点：（1）紧密结合车辆专业知识平台，项目的选题最好贴合学科前沿，例如新能源汽车或智能车辆工程检测。（2）为了综合实训的成效应避免单纯的软件仿真，最好选取软硬件结合的项目。（3）保证项目小组成员的工作量合适。整个项目流程最好包括以下图表：项目实施时间表﹑系统的硬件原理结构图﹑元器件清单﹑软件框图与流程图﹑综合调试报告和项目评测报告等。教师在布置项目任务时首先应进行项目的任务分工，并且介绍项目实施过程中所涉及到的技术要点，指导学生们制定具体的项目规划。在项目实施过程中，可以由学生确定各自任务间的衔接方式，并按照确立的工作流程进行具体工作。在项目的实践过程中，教师首先要让项目小组成员理解项目的目标任务，再指导学生进行单片机的选型、存储空间配置、传感和驱动元器件的选取与定型﹑硬件原理图与印制板图的绘制、焊接调试电路板、代码的测试和软硬件系统的综合集成调试等环节。建立在具体项目实施基础上的教学任务过程既是学生学习实践的过程，也是培养兴趣与获取具体技能的过程。在学生设计电路、焊接元器件、编写代码、系统调试及故障排除的过程中，通过项目教学法得以培养起学生的操作技能、学习与创新能力、项目执行能力和团体分工合作能力。学生成功地完成课题项目既是单片机课程学习的阶段性终点，又是今后毕业设计与工程应用的起点。

通过示范教学法﹑任务教学法和项目教学法的综合教学实训，使得学生具备独立分析问题﹑解决实际工程课题与开发单片机应用系统的能力，同时在课程的考核方面要加强实验与课程实训成绩所占的比重，建议占总成绩的比重可以由传统的20~30%提高到40~50%，从而促使学生的学习思维由被动的接受知识向主动的学习实践转变。另外值得注意的是电子技术与车辆工程发展迅速，教师自身需要不断加强业务学习与科研能力的提高，只有通过教师参与科研来反哺课堂教学，才能真正地为教学源源不断地带来活力与前沿业务知识。

4 结论

单片机技术课程是一门应用性很强的专业课程，随着数字电子技术的快速发展以及新能源汽车的大力推进，这为单片机课程内容本身添加了许多新元素。这就要求教师需要不断更新课程内容，提高与改进传统教学与实验方法，紧扣专业特点与工程前沿深入浅出地进行教学。在课程教学中始终围绕学以致用的教学目标，以时代发展的眼光培养新型设计与应用型人才，注重学生实际软硬件设计与动手能力的培养，利用单片机等一切可用资源在教学与科研﹑就业之间，为学生们搭建起一座有效的桥梁。

基金项目：江苏省高校自然科学研究项目-采用非线性时序分析的轨道车辆转向架运行状态辨识，项目编号09KJB580002

注释

①广义的电动汽车包括纯电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCV)三种形式。

②该实验室是摩托罗拉亚太区半导体部与北京理工大学联合组建的单片机及汽车电子教学中心。

参考文献

[1]朱振宇,许纯新,张鹏.工程车辆自动变速器PIC单片机控制系统设计[J].建筑机械,2003(12):68-70.

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[3]陈培红,田颖,聂圣芳等.汽车发动机油门控制系统的开发[J].车用发动机,2006.10(5):45-47.

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