汽車電器設備故障模擬實訓臺架的研制與應用

1 概述
隨著我國汽車工業行業的快速增長，2018年上半年，汽車產銷突破1406.65萬輛，其中新能源汽車達21.2萬輛，使我國成為了世界第一大汽車消費市場。同時，隨著科學技術和汽車工業的飛速發展，汽車電器日益復雜，大大增加了用電設備的數量和功率，在產品的質量和性能上也發生了質的改變，傳統的電器系統正在被電子化、智能化所取代，集成電路和微型計算機也被廣泛用于汽車上。本文結合學校實際情況研制出一種汽車電器實訓臺架可模擬與實車一致的各種汽車電器設備故障，能促進課程改革，構建以項目式教學的課程模式，有助于學生更好理解和掌握汽車電器設備構造與維修技術，能真正的提高學生實踐技能和就業競爭力。
2 汽車電器設備故障模擬實訓臺架的研制
2.1實訓臺整體設計方案
本方案研制的是一種可用于項目式教學的汽車電器設備故障模擬實訓臺架，汽車電器設備故障模擬實訓臺架面板電路上裝有速騰車上的所有燈光照明系統以及組合儀表指示燈，另外還設置了雨刮器電機、中控門鎖電機、車窗升降機和電動后視鏡等輔助電器設備。這些電器執行元件直接安裝在臺架上是為了在教學過程中，可直觀的展示它們的工作過程和被設置了故障的電器元件的故障現象，讓學生根據這些故障現象來分析存在的故障原因，將汽車全電器結構和動態工作過程直觀的展示出來，容易掌握，易于理解。通過無線網絡使用平板電腦中的APP對本實訓臺架編輯和制造故障，學生可以在實訓臺架上對設置的故障電路進行故障排除的實訓，學習如何根據電器設備工作原理來分析故障原因、設計診斷方案、測試和確認故障點等，有助于正確培養學員分析和解決問題的能力，從而提高教學水平。以此為設計的出發點，本產品的總體設計方案如下：（1）選用某型號速騰轎車的電器設備為實訓臺架電器對象。（2）本實訓臺架為可移動臺架，臺架底座部分采用剛性結構焊接并安裝帶自鎖功能的萬向腳輪，將車身電器實物按照速騰上的位置對應安裝在臺架上，選擇與該款速騰轎車動力相當的電機驅動發電機發電，使發電機發的電供蓄電池和臺架上的電器設備供電，并裝備了起動機實物。（3）本實訓臺架上端的安裝面板，面板上印制有全車電器設備的電路圖、在電氣設備實物位置的接線端子設置有故障檢測圓孔點。（4）本實訓臺架共設計隱蔽式故障控制電路，使設置的故障與實車逼真，在有故障與無故障兩種狀態之間可通過帶有WiFi開關的控制器進行切換控制。
2.2實訓臺面板的設計
本實訓臺架顯示面板上設有帶檢測端子的全車電器系統的電路原理圖和全車電器系統，實訓臺面板長1.58m寬1.2m，采用塑料板材料制作，實訓臺架全車電器系統包括照明信號系統、中控門鎖系統、組合儀表、點火系統、噴油系統、信息音響系統、舒適系統和組合開關，各個系統的控制開關均設置在組合開關上，各個系統的控制開關的一端與組合開關的點火開關電連接，各個系統的控制開關的另一端與各個系統的電器元件按照臺架顯示面板上的電路原理圖相連接，在面板上印制全車電器件的電路原理圖，采用66根耐高溫雙插頭聯線，拔下后面的航空插頭，通過前面的接插件進行連接，結合前面臺板上的繼電器和熔斷器等，按照電路原理圖在各個系統的控制開關、點火開關和各個系統的電器元件的兩端分別對應引線到電路原理圖的各個系統的電器元件的檢測端子，將儀表的插頭插入檢測孔可以檢測各個系統電器元件的電阻或電壓，可以進行電路分析及故障檢測和排除。
2.3模擬故障的設置
故障設置電路是本實訓臺架研制的核心部分，本汽車電器故障模擬實訓臺架的線路與原有的汽車電路線路圖有了很大的改變，并切實的與本實訓臺架設計實物相吻合，相匹配。故障設置系統是由平板電腦、WiFi開關、控制器和多路繼電器組成，輸送平板電腦App發射的控制信號到控制器的輸入端，控制器的輸出端接WiFi開關和多路繼電器，每一路WiFi開關和多路繼電器接組合開關上的一個系統控制開關，當此路WiFi開關接受到平板電腦發射的信號使繼電器斷開時，該電路系統出現故障，另外，采用結合單片機技術模擬傳感器的信號來設置相應的故障，其故障現象可任意編輯和設置，能實現線路斷路和虛接兩種狀態，達到制造故障的目的，學生可手動排除故障，利于學生認識系統常見故障，本實訓臺架架能實現如下故障模擬設置：（1）汽車照明與信號控制故障；（2）汽車音響控制故障；（3）汽車玻璃搖窗機控制故障；（4）汽車后視鏡控制故障；（5）汽車天窗控制故障；（6）汽車空調控制故障；（7）汽車起動機控制故障；（8）汽車發電機控制故障；（9）汽車前窗雨刮、洗滌器控制故障；（10）汽車防盜報警裝置控制故障；（11）汽車喇叭控制故障；（12）汽車應急開關燈光控制故障；（13）汽車交直流電源供電控制故障。
3 實訓臺架的教學應用
在教學過程中，可利用本研制的汽車電器故障模擬實訓臺架以下功能實現《汽車電器設備構造與維修》課程項目化教學。（1）實物展示功能：本實訓臺將汽車電器系統各實物元件從整車上拆下并按原車的布局展示出來，使用原車線束將電器系統各元件連接，讓學生明確各電器系統的組成和結構。（2）動態演示功能：系統工作與實際車輛情況相同，充分展示各電器系統的動態工作過程，比如打開音響系統的控制開關，就可以收聽廣播；打開照明系統的控制開關，各燈變會亮起等等。使學生更深一步理解系統的工作原理，激發學生的學習興趣。（3）電路分析及檢測功能：在實訓臺架面板上印制有與原車相同的電路圖，教師既可利用電路圖進行“電器設備接線方式和工作原理”的教學，又可在電路圖上進行電路原理分析，使學生對電器設備的工作原理有清晰地認識，為進行電器設備故障的分析和檢測夯實基礎；在實訓臺上電氣設備的接線端安裝了檢測的端子，與電路原理圖結合起來，可輕易獲取系統的運行數據并進行分析。（4）故障設置功能：當設置故障時，在想要設置故障的控制線路上利用串聯在此路中的WiFi開關接受到平板電腦發射的信號使繼電器斷開，就設置成功了該電路的系統的故障，例如當平板電腦向照明系統中的控制器的輸入端發射一個控制信號，控制器輸入端接到信號后經判斷發出信號給控制器輸出端把信號傳遞給WiFi開關，WiFi開關使串接在照明系統電路中的繼電器斷開，設置故障成功。故障內容可任意編輯，制造線路斷路、短路和虛接各狀態，便于教學多元華。以本實訓臺架設置的故障為項目載體，采用小組合作的教學方式，來開展五步法（問題提出→分析問題→給出工作任務→實施任務過程→評價總結）項目式教學，讓學生分組完成每一項任務，可以使學生在學習中理論聯系實際，學做合一，融“教、學、做”為一體，以實現學生素質技能全面發展。
結束語
本設計將汽車電器系統的結構和動態工作過程直觀的展示出來，是以項目式教學配套的新型教學設備，顛覆了現有的傳統教學臺架功能，能充分體現了職業教育以項目為中心、以學生為主體、以能力培養為目標的教育理念，在教學中更具有實用性、科學性，可進一步激發學生的學習興趣，提高學生分析問題和解決問題的能力。本實訓臺架構造簡單、易于制和推廣，能有效的解決目前職業教育實訓資源的不足，因此，具有較高的社會效益和較好的經濟價值。