《汽车设计》课程教学内容改革初探

【摘 要】汽车设计是绝大多数高等学校车辆工程专业的一门重要的专业核心课程。在分析汽车设计教学课程内容及特征的基础上，探讨了目前该课程教学存在的一些问题，针对这些问题提出了教学改革的内容和措施并进行了改革实践，培养了学生的汽车设计实际能力，取得了满意的改革效果。

【关键词】汽车设计；教学；改革

随着我国汽车工业强调进行自主开发，汽车产品的设计、分析、试验技术等都日益受到重视[1]。汽车设计课程的任务除了是使学生学会分析和评价汽车及其各总成的结构和性能，合理选择结构方案及有关参数，并学到一些汽车主要零部件的设计和计算方法和总体设计的一般方法，为从事汽车技术工作打下良好的基础[2]外，也要进行不断的更新和发展，让同学们了解到最新、最实用的设计方法和设计理念。随着汽车技术的发展，汽车设计的内容也在不断发展变化。汽车设计不仅将机械、电子、液压、材料、软件工程等多种成熟技术应用于汽车开发中，同时还将这些技术柔和在一起，形成具有自身特点的新兴技术[3]。特别是目前的计算机辅助设计内容、舒适性设计内容和可靠性设计内容已经是车辆企业在设计过程中所必须考虑的问题[4-5]。这就对高等学校汽车设计教学提出了新的要求，传统的教学内容和模式已明显落后工程实际的需求和当今的时代技术的更新，不利于大学生的培养，更不利于这些学生毕业后到企业发挥他们的能力。高等学校的教学内容和教学方法必须适应车辆康业发展的需求，汽车设计内容也要适时调整。本文在阐述汽车设计课程的特征的基础上，分析了目前汽车设计教学存在的问题，在此基础上提出了汽车设计教学的改进方法，并进行了相关教学实践。当然，传统的汽车设计方法又是必不可少的一部分。因此，我们在进行改革的同时，也最大限度的将最为经典的部分保留下来。

1 课程内容及特征

传统的汽车设计课程教学分为理论授和课程设计。理论授课一般在40～50学时，主要介绍汽车底盘各总成设计所需的基本知识，包括汽车底盘总体设计、离合器、变速器、万向传动轴、驱动桥、悬架、转向系和制动系等各总成设计应满足的要求、结构方案分析、主要参数及零部件载荷的确定、强度计算方法、主要结构元件的分析等。理论教学通常不讲授课程设计的知识内容，在讲授完成理论教学内容后，开始两周的课程设计，通过课程设计补充完善一些理论授课中欠缺的内容。该课程要求学生必须具备高等数学，工程力学，工程图学、机械设计、金属工艺学、、材料学、汽车构造、汽车理论等知识。它综合运用了这些基础课程、专业基础课和专业课，其涉及面广，专业跨度大，授课难度较大。同时，它是将理论知识应用于设计实践的典型课程，对教师的理论知识综合应用能力、设计能力和经验也提出较高的要求。

2 课程教学目前存在的问题

2.1 教学内容不能跟随汽车技术的发展

《汽车设计》的对象主要是传统的零部件。而随着汽车技术的发展，很多新型的结构、零部件甚至总成在实际中已得到大量应用，而汽车设计课程在新技术方面所涉及到的内容较少。比如，变速器设计主要是针对传统的手动变速器，而目前自动变速器在车辆上得到大量的应用，而且有了很大发展。而这些内容又是生产企业所需要的技术。再譬如，新材料的发展使汽车设计越来越多的考虑应用高强度、轻质、非金属、绿色环保等材料[6]，但传统的教学内容没有考虑。

2.2 设计思想不能满足实际需要

汽车设计课程的主要是将载荷确定，强度计算，校核的传统静态机械设计方法应用到汽车零部件上，机械类课程安排较多。而目前汽车设计所考虑的因素越来越多，除了静强度设计外，汽车设计越来越趋向于动态设计、可靠性设计、计算机辅助一体化综合设计，也包括考虑轻量化设计、舒适性、绿色设计等等因素。除此以外，汽车设计还需要考虑很多设计前后的环节，比如制造成本预算、产品定位、市场调研、生成设计说明等环节。而目前《汽车设计》课程的内容和方法不具备这种设计思路，只是进行单一的结构分析、参数选择和静力学计算，造成了教学与实际的脱节，使得学生在实际的工作中，设计知识单一。单纯从静态机械设计的角度思考零部件乃至整车的设计，与现代汽车设计理念存在较大的偏差，使学生毕业后无法迅速融入实际的汽车零部件设计中去，需要较长的时间来适应工作。

3 教学内容改革

3.1 对传统汽车设计课程内容选择性的保留

教改并不意味着对传统内容的全盘否定，而是要保留其精华，祛除其中不必要的部分。对于汽车设计而言，虽然其制造工艺、设计手段、设计侧重点都是不断发展变化的，但是汽车本身的原理和构造却没有特别大的变化。所以，使得学生掌握一些最基本的设计方法和设计思路，是极为必要的。

在教改后的课程教学体系中，我们仍然设置了汽车底盘布局设计、传动结构传统设计（离合器、机械变速器、驱动桥和转向器）以及汽车结构工作稳定性（悬架系统、制动系、转向系）三部分内容。并且仍然作为汽车设计课程里较为重点的部分进行讲解，给学生之后的课程和工作打下牢固的基础。

同时，在传统设计内容中，有关与《机械设计》课程内容密切的部分，像齿轮、轴承及一般传动形式等就弱化讲授内容，对于万向传动只介绍典型结构设计，而其它结构形式仅简单介绍其基本工作原理。这样有的放矢的效果更能满足汽车设计的要求。实际上，由于这门课程是专业课，不可能也不应该把相关的基础课、专业基础课中的内容再详细讲授。

3.2 引入先进设计方法

计算机技术的发展为汽车设计技术提供了新颖的手段，并且几何模型的设计从二维转向三维。在进行汽车新车型开发的整个过程中，其设计、制造、检测几乎全部实现无纸化。因此在汽车设计的教学中要跟进现代车辆工程技术发展的需求，将现代的设计手段、设计方法应用到汽车设计教学中[7]。同时，如今对于汽车的要求，也不再仅仅局限于高速、重载，而是更多的考虑稳定性、舒适性、安全性以及寿命等等。因此，我们将之前一些不太受到关注的内容提升到了相对重要的位置。

CAE设计方法的引入是汽车设计教学中一个形象的方法[8]。目前汽车制造企业在样机的设计、试制和性能评价过程中会充分利用计算机技术进行分析和仿真，这样无疑可以减少样机或试制品的制作次数。为此，我们专门设置了一章，针对汽车的计算机辅助设计进行讲解。其中对静力分析做出重点分析，并且通过对实际的车辆结构部件（如车架、车桥、钢板弹簧等）进行了实例分析。

我们经过几轮的教学实践改革，得到的结论是，CAE设计方法引入汽车设计课程教学中，不仅可以提高学生对汽车设计内容的新知识和新思维方式的的理解，更可以使企业实际需求与学生学习相结合，从而引导学生进行更加有针对性的学习，增加学生对汽车设计现代方法的直接理解。

3.3 根据当今汽车设计的技术需求进行改革

我们在保证对传统设计方法进行足够讲解的同时，将当今汽车设计的技术需求迫切的内容纳入到我们的汽车设计教学中。

当前汽车的产量和需求已经达到很高的程度，人们对于车辆的安全性可靠性和经济性也有了更高的要求。而企业也在追求成本更加低、性能更加突出的产品。所以，我们设置了汽车结构疲劳与可靠性设计和汽车轻量化设计两章的内容。前者针对车辆安全可靠性的需求，而后者则为了在满足高性能要求的同时，进行经济性考虑的设计方法讲授，让同学们了解不同材料在汽车中担任的应用，以及轻量化设计方法，让他们不仅仅学会设计，更要学会优化的方法以及创新的思维。

另外，为提高车辆动态工作稳定性、舒适性的设计要求，满足人们对汽车生活更高品质的追求，我们设置了汽车动力学设计一章的教学内容。学生在学到这些相关知识后，能够在工作中有意识地把动力学纳入到设计阶段，而不是等设计完成甚至已经制造出来了再进行动力学特性分析，然后再改进。以往的这种设计模式明显跟不上汽车实际技术发展的需求。因此必须把这种设计理念、设计方法贯彻到教学中。

4 实践应用

我们的《汽车设计》课程在大四的第一学期开设，其时面临着两个重要的能力体现环节。一个是《汽车设计》的课程设计，另一个是大学毕业前的分流——就业、或保研、或考研、或出国深造。

第一方面《汽车设计》的课程设计的要求就是用计算机进行辅助设计，所需要的通用方法就包括计算机辅助设计和分析软件，像常用的UG/Pro-E、AoutCAD、Catia、Ansys等，就是我们在课堂上介绍过的。当然需要学生自己再针对具体的课设内容对软件进一步熟悉和应用。学生的课程设计在这个基础上完成的内容就有一定的深度，十分接近企业中实际的零部件设计了。另一方面，选择就业的学生面对招聘单位的招聘考试，得心应手，把自己学到的新的现代设计知识、设计理念介绍出来，体现出自己对汽车现代设计内容和方法的掌握，尽管不深透，但已经足以打动招聘人员了。从近几年的就业情况看，我校车辆工程专业本科生就业情况一直趋好，甚至超过了某些优势专业的本科毕业生。有关《汽车设计》课程改革与学生能力培养的关联度分析，将在下一步研究中给出。

同样，我校的保研和考研同学，能够在面试中充分发挥在《汽车设计》课程中学到的新的设计内容和方法，回答问题有深度又切合实际，从而取得好的面试成绩。出国深造的学生能够在自己的自荐信中信心十足地介绍学到的新设计理论和方法，为未来的面试中轻松自如地顺利过关打下了基础。

在完成大四第一学期学习后，最后一学期就是毕业设计。老师们提出的毕设题目往往与工程实际十分密切，不会现代设计方法就只能从头自学设计方法、软件应用等前期知识，要查阅和学习许多不同书籍才能把需要的知识掌握，影响毕业设计的质量。我们的《汽车设计》教学改革在课堂上把这些内容有条理地介绍出来，就为学生在最后一学期的毕业设计打下了基础。这样学生的毕业设计的水平也就相对高。从近几年的毕业设计内容看，绝大多是都结合了现代设计技术和手段，设计效果明显好于传统的毕业设计效果。

5 结束语

综上所述，通过对汽车设计课程教学内容的认真的筛选、取舍，和教学方法的改进，按照新的教学内容方法进行教学，经过这几年的摸索，不断总结经验，取得了满意的教学效果。学习完该课程的学生对于汽车设计课程的教学给以了很好的评价，优秀地达到了课程的培养目标。从已经毕业的学生的反馈信息看，用人单位对他们的设计思路、方法，和能力都十分满意。那种“学生毕业到单位后什么也不懂、什么也不会”的抱怨大大减少。回访毕业的学生，他们认为学习这种课程为自己在工作中提高了能力，打下了良好的发展基础。

汽车设计教学内容的取舍和增加从教学的角度讲，是根据当前汽车设计技术的发展而进行的教学改革；而从能力培养角度讲，是学生全面素质提高的一个重要方面；从国家车辆行业设计制造角度讲，是一个对整体理念方法提高的推进。

【参考文献】

[1]王霄峰.《汽车底盘设计》普通高等教育“十一五”国家级规划教材[M].清华大学出版社，2010.

[2]修玉峰.“汽车设计模块化教学”体会[J].大学教育，2013，12：103-104.

[3]谢飞.汽车设计的基本思路与解析模拟技术的应用[J].汽车研究与开发，1997，5：9-17.

[4]Rajendra Singh（美国俄亥俄州立大学，俄亥俄，哥伦布43210）.面临NVH挑战的汽车设计、研究和教育问题[J].汽车工程学报，2011，1（4）：283-298.

[5]吴宝贵，黄洪钟，原薇.汽车设计的多学科设计优化方法[J].应用科学学报， 2005，23（4）：420-423.

[6]吴剑峰，高超学.绿色设计与制造在汽车行业中的应用[J].科技创新导报，2013，10：88-89.

[7]薛晶，侯占峰，闫建国，陈智.《汽车设计》课程教学方法改革的探索[J].教育教学论坛，2015，3：162-163.

[8]张林鍹，辛献杰，崔冰，倪乐波，刘俊，肖田元.面向汽车产品设计的虚拟现实服务平台研究[J].系统仿真学报，2014，12（10）：2407-2411.

[责任编辑：邓丽丽]