汽車(chē)電氣系統(tǒng)多功能教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研究與開(kāi)發(fā)

摘 要：汽車(chē)類(lèi)職業(yè)院校和相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)都需要大量的實(shí)訓(xùn)設(shè)備來(lái)支撐教學(xué)，現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用與維護(hù)成本成為關(guān)鍵的制約因素，為了滿(mǎn)足現(xiàn)代職業(yè)院校教學(xué)改革的需要，對(duì)汽車(chē)電氣教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行自主研究和開(kāi)發(fā)，將汽車(chē)維修技術(shù)與生產(chǎn)實(shí)際接軌是非常必要的。

關(guān)鍵詞： 電氣；多功能；教學(xué)；實(shí)訓(xùn)

隨著智能傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)結(jié)構(gòu)和性能的不斷改進(jìn)和提高，汽車(chē)采用的電器種類(lèi)和數(shù)量不斷增加，尤其是車(chē)用電子設(shè)備和電子控制裝置，在原理和結(jié)構(gòu)上愈來(lái)愈復(fù)雜，并且逐漸趨于功能的組合化、控制電子化和連接標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)汽車(chē)電氣維修技術(shù)提出了更高的要求。為了滿(mǎn)足人才培養(yǎng)的要求，職業(yè)院校極力推行一體化教學(xué)，模擬真實(shí)工作場(chǎng)景及工作任務(wù)設(shè)置教學(xué)任務(wù)，并在完成任務(wù)的過(guò)程中讓學(xué)生學(xué)到相關(guān)知識(shí)并掌握必要技能，這樣的教學(xué)模式必須要求有配套的實(shí)訓(xùn)設(shè)備作為支持。傳統(tǒng)的示教板及仿真教具顯然不能滿(mǎn)足現(xiàn)代教學(xué)的需要，學(xué)校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備及實(shí)訓(xùn)環(huán)境急需改革，在這樣的環(huán)境下開(kāi)展實(shí)訓(xùn)與研究，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)與實(shí)踐的整合融通。本課題的研究是從學(xué)校的實(shí)際情況出發(fā)，本著實(shí)用和夠用的原則，結(jié)合我們自己在多年的教學(xué)中積累的經(jīng)驗(yàn)，研究開(kāi)發(fā)適用于中職學(xué)生教學(xué)使用的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

一、 研究目的和意義

汽車(chē)電氣系統(tǒng)是汽車(chē)的核心控制系統(tǒng)之一，其組織結(jié)構(gòu)、工作原理復(fù)雜，這部分知識(shí)比較抽象，對(duì)于職業(yè)院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，普通教室老師加黑板的傳統(tǒng)教學(xué)或看動(dòng)畫(huà)、放視頻的多媒體教學(xué)均滿(mǎn)足不了要求，但如果都在實(shí)訓(xùn)基地上課，由于實(shí)訓(xùn)基地規(guī)模及設(shè)備、師資等資源限制也難以滿(mǎn)足需求，這對(duì)教學(xué)組織管理帶來(lái)很大的困難。面對(duì)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的這一問(wèn)題，針對(duì)汽車(chē)汽車(chē)電氣系統(tǒng)，設(shè)計(jì)適合職業(yè)院校汽車(chē)類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)一體化教學(xué)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，能克服上述弊端，有效的協(xié)助教師教學(xué)，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量和課堂效果。市面上有些教具開(kāi)發(fā)企業(yè)也開(kāi)發(fā)出各種汽車(chē)電氣系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，以滿(mǎn)足職業(yè)院校的教學(xué)需要。但是教具開(kāi)發(fā)企業(yè)開(kāi)發(fā)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備存在體積龐大，靈活性較差，制造成本較高等缺點(diǎn)，同時(shí)也不利于教師講解，并直觀的展示汽車(chē)電氣系統(tǒng)的各組成部件的特性。

二、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案

（一）設(shè)計(jì)思路

“汽車(chē)電氣系統(tǒng)檢測(cè)與維修”是汽車(chē)應(yīng)用與維修專(zhuān)業(yè)的核心課程，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)其它附屬車(chē)身電控系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)檢測(cè)與維修等課程提供理論知識(shí)基礎(chǔ)和能力保障。該課程的教學(xué)設(shè)備的開(kāi)發(fā)與制作，考慮到設(shè)備開(kāi)發(fā)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，以提升學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力和綜合職業(yè)能力為目標(biāo)，為建設(shè)一體化教室奠定基礎(chǔ)，為整個(gè)專(zhuān)業(yè)課程一體化教學(xué)改革起模范帶頭作用。該教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)思路如下：

（1）確定教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備覆蓋的知識(shí)和能力范圍。首先根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，緊貼汽車(chē)修理工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定本設(shè)備適用用中級(jí)工和高級(jí)工的教學(xué)范圍。實(shí)訓(xùn)設(shè)備可根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)需要靈活布置及調(diào)整任務(wù)，此次開(kāi)發(fā)制作的汽車(chē)電氣系統(tǒng)多功能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)電源與起動(dòng)系統(tǒng)、汽車(chē)照明與信號(hào)系統(tǒng)、汽車(chē)儀表與報(bào)警系統(tǒng)、汽車(chē)電動(dòng)雨刮系統(tǒng)、汽車(chē)電動(dòng)后視鏡、汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗系統(tǒng)、汽車(chē)中控與防盜系統(tǒng)等課題的一體化教學(xué)。

（2）以服務(wù)本地汽車(chē)工業(yè)為宗旨，深入市場(chǎng)調(diào)研，確定適合的車(chē)型及選用相應(yīng)的系統(tǒng)部件。考慮到我校的地理位置和學(xué)生將來(lái)的就業(yè)去向，在開(kāi)發(fā)設(shè)備時(shí)優(yōu)先選用本地車(chē)型，選用相關(guān)系統(tǒng)部件?，F(xiàn)確定上汽通用五菱寶駿560作為研制車(chē)型，使學(xué)生提前接觸將來(lái)工作崗位上用到的系統(tǒng)部件，以在頂崗實(shí)習(xí)和今后工作中更加得心應(yīng)手。

（3）從教師教學(xué)和學(xué)生實(shí)訓(xùn)的角度出發(fā)，分析汽車(chē)電氣系統(tǒng)各組成部件的作用、結(jié)構(gòu)及工作特性，根據(jù)維修手冊(cè)查找各系統(tǒng)元件和線路位置。

（4）各系統(tǒng)元件位置不變，設(shè)計(jì)線路走向，初步繪制線路布局圖。從方便觀察及方便布線角度出發(fā)，系統(tǒng)線路盡量裸露在視眼范圍內(nèi)，以便直觀、清晰地展現(xiàn)系統(tǒng)線路走向。

（5）設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)外觀結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)確定好的結(jié)構(gòu)對(duì)需要加工部分進(jìn)行測(cè)量和分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合布置方案用計(jì)算機(jī)繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

（6）將線路布局圖、結(jié)構(gòu)圖和PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，并修改設(shè)計(jì)方案，用計(jì)算機(jī)繪制設(shè)計(jì)圖。PLC需要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)預(yù)設(shè)的功能，布線、編程。

（7）根據(jù)設(shè)計(jì)圖對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行試制、整合，在試制的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修改。首先對(duì)教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行初次布線，并對(duì)試制樣品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不合理的地方進(jìn)行修改并及時(shí)優(yōu)化。

（8）形成完整的設(shè)計(jì)與制作方案，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。經(jīng)過(guò)樣品的試制、修改與優(yōu)化之后，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和圖紙，形成完整的設(shè)計(jì)制作方案。

（9）完成工位配置，全面推廣課題研究成果。將制作完成的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙根據(jù)學(xué)生人數(shù)和教學(xué)需要，按相應(yīng)的工位配置，計(jì)算出制作數(shù)量并在全專(zhuān)業(yè)鋪開(kāi)。

（二）外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了更好地展示汽車(chē)電氣系統(tǒng)工作原理，讓學(xué)生置身于模擬現(xiàn)實(shí)汽車(chē)維修環(huán)境中，將汽車(chē)外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成敞篷開(kāi)放式的，使線束全部暴露在視線范圍內(nèi)。汽車(chē)電氣多功能教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)說(shuō)明如下：

1.車(chē)廂部分

將車(chē)輛外觀進(jìn)行改造，做成敞篷車(chē)樣式，使整車(chē)線路一目了然。首先，將車(chē)輛覆蓋部分進(jìn)行拆除和剖切，讓乘駕駛室全部暴露在視線范圍內(nèi)。車(chē)輛沿著門(mén)窗玻璃高度以上位置進(jìn)行橫向切割，卸下車(chē)頂蓋，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)汽車(chē)電氣系統(tǒng)各部件結(jié)構(gòu)，更清晰地展現(xiàn)系統(tǒng)線路走向。其次，為了達(dá)到操作安全的目的，將沉重的發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋拆卸下來(lái)，以清晰地呈現(xiàn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)各電氣元件及線路的組成和結(jié)構(gòu)，將駕駛室內(nèi)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)線路在空間上無(wú)障礙連通。

2.儀表臺(tái)部分

將原來(lái)的儀表臺(tái)鏤空，使儀表臺(tái)線路能透視且直觀。根據(jù)線束走向情況在上面定位、鉆孔，以方便線路引入和引出。將前風(fēng)檔玻璃拆下，排除發(fā)動(dòng)機(jī)艙室和駕駛室的視覺(jué)障礙，增強(qiáng)空間的視覺(jué)效果。將PLC觸摸屏安裝在原車(chē)影視屏位置，便于設(shè)置考試故障、計(jì)時(shí)、計(jì)成績(jī)及恢復(fù)參數(shù)。

3.車(chē)門(mén)部分

為了方便學(xué)生觀看電動(dòng)門(mén)窗內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，將前車(chē)門(mén)外側(cè)板進(jìn)行剖切。首先畫(huà)出一個(gè)框型標(biāo)記，用工具從外部進(jìn)行切割，然后用封口條進(jìn)行封裝，避免鋒利的金屬邊傷人。當(dāng)操作電動(dòng)門(mén)窗開(kāi)關(guān)時(shí)，就可以清楚地看到玻璃升降器的工作過(guò)程及線路走向。

4.乘駕室內(nèi)設(shè)計(jì)

將乘駕室內(nèi)座椅和地地毯安裝復(fù)位，在后備箱位置放置可以拿移的PLC控制箱，并預(yù)留功能拓展區(qū)。將車(chē)身四周被切割部分切割平整，并進(jìn)行打磨處理。完工后包邊處理，以防止鋒利銳角造成人身傷害，增加美觀性。

（三）系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)

（1）在不破壞原車(chē)系統(tǒng)電路元件和線束位置的前提下，將線束外露。根據(jù)課題設(shè)計(jì)的五大系統(tǒng)電路要求，將所需的電線從線束中分揀出來(lái)，然后用不同顏色的硅膠管套裝原車(chē)電線。為了更清晰地展現(xiàn)系統(tǒng)線路走向，在硅膠管內(nèi)同時(shí)套裝LED燈條，裝上LED幻彩控制器。當(dāng)開(kāi)啟某個(gè)系統(tǒng)電路開(kāi)關(guān)，用電器工作的同時(shí)整條線路都閃亮。這樣讓系統(tǒng)線路走向更清晰明了，同時(shí)增強(qiáng)了實(shí)訓(xùn)臺(tái)的美觀性，吸引學(xué)生興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。

（2）為了方便使用萬(wàn)用表、試電筆等檢測(cè)工具對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行測(cè)量，將線束插接器旁邊線端進(jìn)行改裝，使其成為裸露的測(cè)量點(diǎn)。這樣避免對(duì)原裝車(chē)輛線束插接器進(jìn)行頻繁撥、插，且造成線束嚴(yán)重破壞而不易修復(fù)。

（四）考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.PLC控制流程

考試系統(tǒng)是一個(gè)故障設(shè)置系統(tǒng)，由觸摸屏+PLC+中間繼電器構(gòu)成。在觸摸屏上設(shè)置故障后，PLC輸出，中間繼電器線圈得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，紅色指示燈亮，故障設(shè)置完成。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，故障排除完成，手動(dòng)復(fù)位使PLC返回初始狀態(tài)，綠色指示燈亮；反之，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)故障排除未排除，則黃色指示燈亮，蜂鳴器報(bào)警，手動(dòng)復(fù)位PLC返回初始狀態(tài)。通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，可以通過(guò)儀表檢測(cè)出各線路的工作情況，進(jìn)行故障排除訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)技能考核操作。

2.PLC電制節(jié)點(diǎn)

汽車(chē)電氣實(shí)訓(xùn)臺(tái)的技能考核環(huán)節(jié)是通過(guò)斷開(kāi)系統(tǒng)電路的某個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)反應(yīng)故障現(xiàn)象的。如左是寶駿560的前照燈電路（見(jiàn)圖2），當(dāng)操作PLC控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)A時(shí)，會(huì)導(dǎo)致左側(cè)和右側(cè)遠(yuǎn)光燈同時(shí)不亮故障；當(dāng)斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)B、C、D時(shí)，會(huì)分別單獨(dú)導(dǎo)致近光燈不亮、遠(yuǎn)光近不亮和超車(chē)燈不亮故障；當(dāng)斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)E時(shí)，會(huì)導(dǎo)致右側(cè)近燈光不亮故障。

3.PLC箱體設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)的中間繼電器安裝在副駕儀表板位置，從繼電器端子引線至各汽車(chē)電氣系統(tǒng)斷點(diǎn)位置?？紤]到電路的安全性，將220V電源器與PLC控制板單獨(dú)裝箱，設(shè)計(jì)成可提式的車(chē)輛外置設(shè)備，用粗大的電纜線將繼電器和PLC控制板進(jìn)行連接。當(dāng)需要技能考核時(shí)，將PLC控制箱拿到車(chē)外的電源處通電，既能保證PLC系統(tǒng)工作時(shí)的安全性。

三、實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新

轎車(chē)車(chē)身電氣教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的試驗(yàn)內(nèi)容分三個(gè)層次進(jìn)行，第一，全車(chē)線路工作走向與線路圖對(duì)比認(rèn)識(shí)、電氣設(shè)備布置位置認(rèn)知；第二，電路分析及相關(guān)電氣設(shè)備工作原理；第三，模擬實(shí)際故障和實(shí)際工況進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，最終完成電路故障診斷與排除試驗(yàn)。新研制的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)如下創(chuàng)新：

（1）實(shí)訓(xùn)臺(tái)可根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)需要靈活布置及調(diào)整任務(wù)，滿(mǎn)足轎車(chē)車(chē)身電氣教學(xué)一體化教學(xué)需要。

（2）汽車(chē)電氣教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)外形結(jié)構(gòu)是敞篷車(chē)，元件及系統(tǒng)電路是原車(chē)位置，線束外露，使整車(chē)線路一目了然，使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)汽車(chē)電氣元件和汽車(chē)電氣系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)，更清晰地展現(xiàn)系統(tǒng)線路走向，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。

（3）使用該實(shí)訓(xùn)臺(tái)架進(jìn)行教學(xué)，不僅能實(shí)現(xiàn)電氣元件的檢測(cè)，還能進(jìn)行系統(tǒng)電路的故障診斷與排除，進(jìn)一步提升技能層次，實(shí)現(xiàn)職業(yè)技能考核。在整個(gè)汽車(chē)電氣實(shí)訓(xùn)設(shè)備使用過(guò)程中，充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（4）由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備是由專(zhuān)業(yè)教師團(tuán)隊(duì)自主研究和開(kāi)發(fā)，教師對(duì)汽車(chē)電氣系統(tǒng)臺(tái)架結(jié)構(gòu)及線路布置較為熟悉，日常維護(hù)和修理基本可以自行解決， 可降低使用成本，可滿(mǎn)足整個(gè)汽車(chē)維修專(zhuān)業(yè)“轎車(chē)車(chē)身電氣系統(tǒng)檢測(cè)與維修”一體化的教學(xué)任務(wù)，可提高學(xué)生操作技能和創(chuàng)新能力，可提高專(zhuān)業(yè)教師教科研實(shí)踐能力。

四、應(yīng)用與效益

研究開(kāi)發(fā)的汽車(chē)電氣教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)經(jīng)投入使用，有效地推動(dòng)了教學(xué)改革，充分發(fā)揮實(shí)訓(xùn)設(shè)備的教學(xué)價(jià)值。綜合培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，促進(jìn)其個(gè)人技能水平的優(yōu)化升級(jí)。使用不僅限于教學(xué)，還產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，其使用效果經(jīng)過(guò)社會(huì)檢驗(yàn)認(rèn)可。利用職業(yè)院?，F(xiàn)有大量的專(zhuān)業(yè)設(shè)施、設(shè)備和專(zhuān)業(yè)教師資源，成立職業(yè)院校企業(yè)，充分發(fā)揮這些教學(xué)設(shè)備的使用價(jià)值，既為職業(yè)院校開(kāi)辟了辦學(xué)經(jīng)費(fèi)的新的增長(zhǎng)點(diǎn)，又鍛煉了專(zhuān)業(yè)教師隊(duì)伍、強(qiáng)化了辦學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生的就業(yè)能力，還可較好地解決“校企結(jié)合”問(wèn)題。

五、 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)電氣教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)完全按照原車(chē)標(biāo)準(zhǔn)電路線路安裝而成，并將各種線束裸露在外，走向清明明了，操作簡(jiǎn)單，方便了學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的學(xué)習(xí)理解。結(jié)合相應(yīng)的汽車(chē)電氣系統(tǒng)掛圖，對(duì)汽車(chē)電路的學(xué)習(xí)有很大幫助。通過(guò)PLC觸摸屏控制電路，用儀表檢測(cè)出各線路的工作情況，進(jìn)行故障排除訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)技能考核環(huán)節(jié)。這樣既有效減少學(xué)校的使用成本和維護(hù)成本的支出，同時(shí)，還可以通過(guò)這種理念提高學(xué)校汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教師的教學(xué)水平和科研能力。

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作者簡(jiǎn)介：林愛(ài)云（1979-），女，廣西柳州人，工學(xué)學(xué)士，中級(jí)職稱(chēng)，研究方向：汽車(chē)運(yùn)用與維修。