遥控汽车、虚拟现实和触觉反馈颠覆汽车工程业
工科学生使用缩比模型车测试算法
对汽车工程专业的学生来说，仅靠课堂学习是远远不够的。但是，测试全尺寸实车不但需要大量场地来铺设测试轨道，而且还需要对车辆投入巨额资本。另外，在测试过程中，汽车难免发生碰撞。因此，许多工程项目无法为学生提供在这一行业就业所需的实践经验。
汉堡应用科学大学 (HAW Hamburg) 找到了一种让学生获得这种实践经验的方法。这所大学的汽车与航空工程系采用了遥控 (RC) 小车。这种汽车具有高度可编程性，其行为与全尺寸实车毫无二致。学生可以对遥控汽车进行编程，然后通过装有方向盘和踏板的控制台试驾它们。当汽车在车辆实验室里的微型轨道上行驶时，学生便可通过大屏幕或虚拟现实头盔获得驾驶员的视角。
此项目始于一个问题。当时，一名学生询问车辆技术与飞机制造系的 Dirk Engel 教授能否使用遥控汽车。经过试验，Engel 教授和该系的管理人员认定遥控汽车可以作为一种强大的教学工具，于是便启动了 1:x 的汽车开发 (AUDEx) 项目。
“随着越来越多的学生对 AUDEx 项目表现出浓厚的兴趣，并积极贡献自己的想法，该项目一直在发展壮大，”Engel 说道。“大多数项目都是基于学生提出的这些想法应运而生的。”
学生们偶尔会用到全尺寸实车，但 AUDEx 项目增加了他们的实践次数。这些遥控汽车尽管是按 1:8 的比例打造的，但是仍能提供对测试环境至关重要的诸多功能，例如能够调节弹簧和阻尼、底盘几何形状和质量分布。缩比模型车还允许学生亲自参与完整的开发工作流，让他们能够开发和测试车道辅助系统、停车传感器、自动驾驶功能等方面的算法。
在 AUDEx 项目中，遥控汽车配备有摄像头、微控制器、传感器和作动器，用于将数据发送给高级驾驶员在环系统，学生可以使用该系统获得逼真的试驾体验。驾驶仿真器包括带触觉反馈的方向盘、具有八自由度运动系统的座椅和运动平台。所有部件都配合得天衣无缝，看起来就像精心制作的游戏装备，可以完美再现身临其境的驾驶感受。
有了可定制的遥控汽车，以及 MATLAB 和 Simulink 等控制和测试工具，汉堡应用科学大学的教授可以布置这方面的任务，让学生们自己解决现实问题。
利用高度可编程的遥控汽车为学生提供实践经验。（图片所有权：汉堡应用科学大学）
AUDEx 学生项目的 1:8 遥控小车，使用具有虚拟现实和触觉反馈的驾驶仿真器进行试驾。（视频所有权：汉堡应用科学大学）
“这简直就是工程师的大型游乐场，”Engel 说道。
AUDEx 项目提供了较大的自由度，这使其从大多数汽车工程项目中脱颖而出，因为汽车工程项目主要依赖于事先准备好实验环境的实验室工作。参与这些项目的学生需要完成答案结构非常规范的作业，而这并非汽车开发行业的实际运作方式。有了可定制的遥控汽车，以及 MATLAB® 和 Simulink® 等控制和测试工具，汉堡应用科学大学的教授可以布置这方面的任务，让学生们自己解决现实问题。
“我们不能只讲理论知识，”Engel 说道。“作为一所应用科学大学，我们还必须让学生们亲自实践。”
遥控汽车的编程
据估计，现代汽车的计算机芯片可能多达 3,000 个。这意味着，当今的汽车工程师还必须具备编程技能。这一点在 AUDEx 的课程中得到了充分体现。学生要在第一年学习 MATLAB，熟悉编程环境，为余下三年制学位课程的学习奠定基础。
根据自己的学习领域，学生将继续使用多种 MATLAB 和 Simulink 产品。“我们使用各种工具箱来完成不同任务，”Engel 说道。
在悬架系统设计课程中，学生将学习如何使用 Control System Toolbox™。在振动理论课程中，学生将使用 Signal Processing Toolbox™ 提升技能。他们利用 Vehicle Dynamics Blockset™ 对轮胎使用情况进行建模，并使用 Simulink 中的 Simscape™ 将代码部署到遥控汽车的微控制器和微型计算机。
在“车辆实验室”这门课程中，学生将使用全尺寸实车执行六项试验。根据具体项目，该大学为这些汽车配备了管理技术，用于生成相关数据，供学生用 MATLAB 和特殊工具箱进行处理。
鉴于汽车制造商经常使用类似于 AUDEx 项目的驾驶员在环系统，遥控汽车编程技能可以帮助应届毕业生找到第一份工作。
一种试验装置，用于测试遥控汽车电池在放电过程中的供电电压。生成的值用于改进电池模型。（图片所有权：汉堡应用科学大学）
AUDEx 项目还为学生们提供了契机，让他们可以积极投身于电动汽车和自主驾驶等前沿研究领域。电动遥控汽车为志在研究电动汽车的学生提供了绝佳的学习机会。他们可以使用 MATLAB 和 ThingSpeak™ 监控电池健康状态，并使用 Simscape Battery™ 对电池使用情况建模。而研究自主驾驶的学生可以借助 Deep Learning Toolbox™ 教汽车如何自主导航。
此 Simscape 电池模型已针对电池测试进行了优化。有关该模型的详细信息，请参阅锂电芯示例。
为了帮助学生取得成功，AUDEx 还提供了一个集中式知识库。该知识库会逐年累积成果，在学生之间架起一座知识流动的桥梁。在完成三年制学位课程后，一些学生会选择继续深造一年以获得硕士学位，并在此期间为知识库再作贡献。这就意味着，他们有更多时间深耕某个专业领域，并接触不同的工具箱。
“他们可以选择自己喜欢的工具和感兴趣的研究领域，”Engel 说道。“有很多他们可以关注的领域。”
由 Engel 讲授的一门课程在该项目的最后一个学期开设。在该课程中，学生要将不同工具与 Simulink 结合使用，探索快速控制原型、软件在环测试和硬件在环测试等主题。例如，实验室的 1:14 自主卡车装置就在 Speedgoat® 硬件和 Simulink 建模的控制下成功运行。
但是，除了对汽车进行编程外，学生们还需要对驾驶员在环系统进行编程，让运动平台得到更好的控制，以匹配虚拟车辆。鉴于汽车制造商经常使用类似于 AUDEx 项目的驾驶员在环系统，遥控汽车编程技能可以帮助应届毕业生找到第一份工作。
学生可以使用各种工具和环境，例如这种配备了 Speedgoat 硬件的 1:14 Scania 自主小卡车。（图片所有权：汉堡应用科学大学）
从学生蜕变为工程师
据 Engel 估计，在他的学生中，有 99% 的学生在获得学位后会进入汽车行业。无论是主流汽车制造商，还是轮胎公司，雇主们都知道，汉堡应用科学大学的毕业生参与过完整的汽车开发工作流。
AUDEx 项目还与该行业联系紧密。来自汽车和卡车行业的国际 OEM 与该项目合作来解决工程问题，并在该大学的驾驶员在环系统中测试各种想法。一些公司已雇佣参与 AUDEx 项目的学生，其中包括 Christoph Olbrich。他参与了该项目，并将在攻读博士学位期间为其中一家 OEM 工作。他本科期间的研究重点是使用 MATLAB 进行信号处理，以及使用机器学习进行作业负荷仿真。
“对于我们使用微型汽车的做法，人们一定会觉得有些好笑。但当我们描述这些微型汽车如何帮助打造未来的电动汽车和自动驾驶汽车时，他们便理解了其中的意义。”
Olbrich 说道，在他的项目中，遥控汽车在整个汽车开发过程中充当了有用的“替身”。AUDEx 项目的局外人总取笑他在学校里玩玩具，但他认为这是实现创新成果的大好机会。
Olbrich 表示，“对于我们使用微型汽车的做法，人们一定会觉得有些好笑。但当我们描述这些微型汽车如何帮助打造未来的电动汽车和自动驾驶汽车并解释项目的目的时，他们便理解了其中的意义。”
