汽车电器设备故障模拟实训台架的研制与应用

1 概述
随着我国汽车工业行业的快速增长，2018年上半年，汽车产销突破1406.65万辆，其中新能源汽车达21.2万辆，使我国成为了世界第一大汽车消费市场。同时，随着科学技术和汽车工业的飞速发展，汽车电器日益复杂，大大增加了用电设备的数量和功率，在产品的质量和性能上也发生了质的改变，传统的电器系统正在被电子化、智能化所取代，集成电路和微型计算机也被广泛用于汽车上。本文结合学校实际情况研制出一种汽车电器实训台架可模拟与实车一致的各种汽车电器设备故障，能促进课程改革，构建以项目式教学的课程模式，有助于学生更好理解和掌握汽车电器设备构造与维修技术，能真正的提高学生实践技能和就业竞争力。
2 汽车电器设备故障模拟实训台架的研制
2.1实训台整体设计方案
本方案研制的是一种可用于项目式教学的汽车电器设备故障模拟实训台架，汽车电器设备故障模拟实训台架面板电路上装有速腾车上的所有灯光照明系统以及组合仪表指示灯，另外还设置了雨刮器电机、中控门锁电机、车窗升降机和电动后视镜等辅助电器设备。这些电器执行元件直接安装在台架上是为了在教学过程中，可直观的展示它们的工作过程和被设置了故障的电器元件的故障现象，让学生根据这些故障现象来分析存在的故障原因，将汽车全电器结构和动态工作过程直观的展示出来，容易掌握，易于理解。通过无线网络使用平板电脑中的APP对本实训台架编辑和制造故障，学生可以在实训台架上对设置的故障电路进行故障排除的实训，学习如何根据电器设备工作原理来分析故障原因、设计诊断方案、测试和确认故障点等，有助于正确培养学员分析和解决问题的能力，从而提高教学水平。以此为设计的出发点，本产品的总体设计方案如下：（1）选用某型号速腾轿车的电器设备为实训台架电器对象。（2）本实训台架为可移动台架，台架底座部分采用刚性结构焊接并安装带自锁功能的万向脚轮，将车身电器实物按照速腾上的位置对应安装在台架上，选择与该款速腾轿车动力相当的电机驱动发电机发电，使发电机发的电供蓄电池和台架上的电器设备供电，并装备了起动机实物。（3）本实训台架上端的安装面板，面板上印制有全车电器设备的电路图、在电气设备实物位置的接线端子设置有故障检测圆孔点。（4）本实训台架共设计隐蔽式故障控制电路，使设置的故障与实车逼真，在有故障与无故障两种状态之间可通过带有WiFi开关的控制器进行切换控制。
2.2实训台面板的设计
本实训台架显示面板上设有带检测端子的全车电器系统的电路原理图和全车电器系统，实训台面板长1.58m宽1.2m，采用塑料板材料制作，实训台架全车电器系统包括照明信号系统、中控门锁系统、组合仪表、点火系统、喷油系统、信息音响系统、舒适系统和组合开关，各个系统的控制开关均设置在组合开关上，各个系统的控制开关的一端与组合开关的点火开关电连接，各个系统的控制开关的另一端与各个系统的电器元件按照台架显示面板上的电路原理图相连接，在面板上印制全车电器件的电路原理图，采用66根耐高温双插头联线，拔下后面的航空插头，通过前面的接插件进行连接，结合前面台板上的继电器和熔断器等，按照电路原理图在各个系统的控制开关、点火开关和各个系统的电器元件的两端分别对应引线到电路原理图的各个系统的电器元件的检测端子，将仪表的插头插入检测孔可以检测各个系统电器元件的电阻或电压，可以进行电路分析及故障检测和排除。
2.3模拟故障的设置
故障设置电路是本实训台架研制的核心部分，本汽车电器故障模拟实训台架的线路与原有的汽车电路线路图有了很大的改变，并切实的与本实训台架设计实物相吻合，相匹配。故障设置系统是由平板电脑、WiFi开关、控制器和多路继电器组成，输送平板电脑App发射的控制信号到控制器的输入端，控制器的输出端接WiFi开关和多路继电器，每一路WiFi开关和多路继电器接组合开关上的一个系统控制开关，当此路WiFi开关接受到平板电脑发射的信号使继电器断开时，该电路系统出现故障，另外，采用结合单片机技术模拟传感器的信号来设置相应的故障，其故障现象可任意编辑和设置，能实现线路断路和虚接两种状态，达到制造故障的目的，学生可手动排除故障，利于学生认识系统常见故障，本实训台架架能实现如下故障模拟设置：（1）汽车照明与信号控制故障；（2）汽车音响控制故障；（3）汽车玻璃摇窗机控制故障；（4）汽车后视镜控制故障；（5）汽车天窗控制故障；（6）汽车空调控制故障；（7）汽车起动机控制故障；（8）汽车发电机控制故障；（9）汽车前窗雨刮、洗涤器控制故障；（10）汽车防盗报警装置控制故障；（11）汽车喇叭控制故障；（12）汽车应急开关灯光控制故障；（13）汽车交直流电源供电控制故障。
3 实训台架的教学应用
在教学过程中，可利用本研制的汽车电器故障模拟实训台架以下功能实现《汽车电器设备构造与维修》课程项目化教学。（1）实物展示功能：本实训台将汽车电器系统各实物元件从整车上拆下并按原车的布局展示出来，使用原车线束将电器系统各元件连接，让学生明确各电器系统的组成和结构。（2）动态演示功能：系统工作与实际车辆情况相同，充分展示各电器系统的动态工作过程，比如打开音响系统的控制开关，就可以收听广播；打开照明系统的控制开关，各灯变会亮起等等。使学生更深一步理解系统的工作原理，激发学生的学习兴趣。（3）电路分析及检测功能：在实训台架面板上印制有与原车相同的电路图，教师既可利用电路图进行“电器设备接线方式和工作原理”的教学，又可在电路图上进行电路原理分析，使学生对电器设备的工作原理有清晰地认识，为进行电器设备故障的分析和检测夯实基础；在实训台上电气设备的接线端安装了检测的端子，与电路原理图结合起来，可轻易获取系统的运行数据并进行分析。（4）故障设置功能：当设置故障时，在想要设置故障的控制线路上利用串联在此路中的WiFi开关接受到平板电脑发射的信号使继电器断开，就设置成功了该电路的系统的故障，例如当平板电脑向照明系统中的控制器的输入端发射一个控制信号，控制器输入端接到信号后经判断发出信号给控制器输出端把信号传递给WiFi开关，WiFi开关使串接在照明系统电路中的继电器断开，设置故障成功。故障内容可任意编辑，制造线路断路、短路和虚接各状态，便于教学多元华。以本实训台架设置的故障为项目载体，采用小组合作的教学方式，来开展五步法（问题提出→分析问题→给出工作任务→实施任务过程→评价总结）项目式教学，让学生分组完成每一项任务，可以使学生在学习中理论联系实际，学做合一，融“教、学、做”为一体，以实现学生素质技能全面发展。
结束语
本设计将汽车电器系统的结构和动态工作过程直观的展示出来，是以项目式教学配套的新型教学设备，颠覆了现有的传统教学台架功能，能充分体现了职业教育以项目为中心、以学生为主体、以能力培养为目标的教育理念，在教学中更具有实用性、科学性，可进一步激发学生的学习兴趣，提高学生分析问题和解决问题的能力。本实训台架构造简单、易于制和推广，能有效的解决目前职业教育实训资源的不足，因此，具有较高的社会效益和较好的经济价值。