教學用重型商用車氣壓制動系統(tǒng)模擬實訓臺架的設計與開發(fā)實踐

裴佳志，王 樂，趙建超

（安康職業(yè)技術學院 工程學院，陜西 安康 725800）

近年，我國商用車產(chǎn)銷量一直處于世界首位[1]，盡管受到低碳經(jīng)濟和疫情等因素的影響，今年我國商用車市場需求有所下降，但據(jù)各方預測，其銷量仍保持在450 萬輛左右[2]。作為商用車的關鍵組成部分之一，制動系統(tǒng)起到穩(wěn)定車速、保證行駛安全、實現(xiàn)可靠駐車的重要作用。根據(jù)制動能量傳輸方式的不同，制動系統(tǒng)可分為液壓制動系統(tǒng)和氣壓制動系統(tǒng)。目前絕大多數(shù)的商用車采用的是氣壓制動系統(tǒng)[3]。相較于液壓制動系統(tǒng)，商用車采用的氣壓制動系統(tǒng)泵閥和管道種類和數(shù)量繁多，組織結構、工作原理復雜。同時，隨著汽車安全法規(guī)對制動安全性、響應性要求的提升，新技術、新工藝層出不窮，這也對汽車維修技術提出了更高的要求。為了滿足人才培養(yǎng)的要求，職業(yè)院校廣泛采用理實一體化教學模式，按照典型工作任務設計實踐性教學內(nèi)容，實施“做中教、做中學”的方式，從而提高學生對知識、技能的掌握程度[4]。以我校為例，理實一體化課程通常成立校企合作教學團隊，通過企業(yè)鍛煉，提煉企業(yè)中崗位的典型工作任務，再根據(jù)工作任務重構教學內(nèi)容，并制作活頁式教材和工作手冊，最后在理實一體化教室開展教學活動。這樣的教學模式必須配備與課程相適應的實訓設備，并且在功能上要能滿足上課的需要。本課題的研究就是從職業(yè)院校的實際需求出發(fā)，本著必需、夠用的原則，以多年來相關專業(yè)的授課經(jīng)驗為依據(jù)，設計出一套重型商用車氣壓制動汽車實訓臺架，并提出相適應的理實化一體課程的開發(fā)策略。

1 研究目的及意義

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，我國商用車行業(yè)實現(xiàn)了高質(zhì)量發(fā)展，已經(jīng)建立起了完善的產(chǎn)業(yè)格局[5]。然而，相較于商用車產(chǎn)業(yè)的蓬勃之勢，商用車維修領域卻很滯后，維修人才急缺，從業(yè)人員維修水平參差不齊，尤其是在底盤維修方面，亟需培養(yǎng)大量高水平技術技能型人才[6]。作為扎根區(qū)域、服務地方經(jīng)濟發(fā)展、培養(yǎng)高級技能人才的職業(yè)院校，汽車維修專業(yè)也應由傳統(tǒng)的以乘用車教學為主，逐漸向商用車領域延伸。氣壓制動系統(tǒng)是商用車底盤的核心系統(tǒng)之一，由于其結構復雜、管道繁多，是商用車檢修課程的重點和難點[7]。對于這部分的知識來說，教師僅僅在普通教室上課，通過播放視頻、動畫等多媒體教學資源講授知識，已經(jīng)無法實現(xiàn)教學目標。如果都在實訓車上進行授課，但由于商用車采購成本高、占地面積大，一般職業(yè)院校保有量很少，甚至沒有。針對上述困境，采用氣壓制動系統(tǒng)實訓臺架進行理實一體化教學是一種非常合適的教學方法，可以有效地克服上述困難，從而切實提高教學效果。然而，目前市場上商用車氣壓制動系統(tǒng)實訓設備短缺。即使有些公司開發(fā)出制動系統(tǒng)實訓臺架，也是以乘用車為適用對象，無法滿足商用車制動系統(tǒng)教學，而如果采用定制加工的方法，又存在價格高昂的缺點。為了提高教學效果、同時節(jié)約辦學成本，職業(yè)院校自行設計并制作相關產(chǎn)品就顯得很有必要。

2 實訓臺架的設計方案

2.1 設計思路

氣壓制動系統(tǒng)實訓臺架的設計應充分考慮教學的實際需求，以實用性和經(jīng)濟性為基礎，以提升學生的綜合職業(yè)技能為目標，為理實一體化教學模式的順利實施奠定物質(zhì)基礎。基于此，本實訓臺架的基本設計思路如下：

2.1.1 以職業(yè)標準和人才培養(yǎng)方案為依據(jù)，確定覆

蓋的知識目標和能力目標

根據(jù)汽車修理工國家職業(yè)標準，結合高職院校教學情況，首先確定氣壓制動系統(tǒng)適用于中級工和高級工的教學范疇，要求學生能夠完成商用車氣壓制動系統(tǒng)總成或總成部件的檢修工作[8]。同時，根據(jù)汽車運用與維修技術的人才培養(yǎng)方案，“汽車底盤構造與維修”屬于專業(yè)核心課程，其中“氣壓制動系統(tǒng)”的主要教學內(nèi)容包括氣壓制動系統(tǒng)的主要部件結構及其原理、車輪制動器維護及維護要點、氣壓制動裝置常見故障診斷與排除。通過該部分內(nèi)容的學習，使學生具備氣壓制動系統(tǒng)總成的使用、維修、檢測、調(diào)試、故障診斷與排除等方面的能力。

2.1.2 以服務本地汽修產(chǎn)業(yè)為宗旨，確定合適的車型

首先，通過市場調(diào)研，深入本地商用車維修廠、服務站進行實地探訪，了解本地商用車維修的主要車型。除此之外，重點考慮我校校企合作方的具體情況，同企業(yè)經(jīng)理及一線員工進行深入溝通，參考其意見，了解學生最后一年崗位實習時最可能接觸的車型，從而使學生在今后的實習和工作中更加得心應手。經(jīng)過上述調(diào)查，確定采用陜汽德龍系列為本氣壓制動系統(tǒng)的主要參照車型。

2.1.3 以教學的實際需求出發(fā)，確定臺架設計的基本原則

結合教學需求，本實訓臺架應滿足以下條件：仿真度高，能夠形象直觀地展示出原本結構復雜的商用車氣壓制動系統(tǒng)；具有多功能、可擴展性等優(yōu)點，可以實現(xiàn)授課、考核以及開展相關的社會培訓等多種功能，同時預留有升級換代的可能；實用性強、便于操作，既可以幫助教師實現(xiàn)理論教學和故障案例教學，又可以提供學生課堂實訓的機會，由學生獨立完成氣壓制動系統(tǒng)的裝配和檢修工作，提高其對知識的綜合運用能力。

2.2 結構設計

商用車氣壓制動系統(tǒng)實訓臺架主要包括三個模塊，即車架模塊、氣源模塊、閥體和管路模塊。

2.2.1 車架模塊

車架模塊是整個氣壓制動系統(tǒng)的載體，由大梁以及前后橋組成，為閥體和管路模塊提供支撐，承接來自其他模塊的各種負荷，因此，需要具有足夠的強度和剛度。相較于原車，車架模塊進行了適當?shù)暮喕幚?，由團隊自行制作而成。尺寸上，以陜汽德龍系列為參考對象，結合我校教學的具體情況進行適當?shù)暮喕牧迹凑諆奢S進行布置（尺寸如圖1 所示）。材料上，縱梁選用20#a槽鋼，橫梁選用20#a 工字鋼，通過焊接相互連接，以保證車架的穩(wěn)定性和強度。前后橋方面，為了節(jié)約成本，不采用原車整橋，取消與氣壓制動系統(tǒng)本身無關的減震系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)，通過長軸直接連接兩側的車輪。驅動軸通過聯(lián)軸器與電機連接，實現(xiàn)車輪的啟動、運轉和停止。同時，為了示范教學，將后橋的一側車輪進行剖開處理，從而更好地展示車輪的內(nèi)部結構。

圖1 商用車氣壓制動系統(tǒng)實訓臺架車架模塊尺寸圖

2.2.2 氣源模塊

氣源模塊由空氣壓縮機、空氣處理單元、儲氣筒等組成?？諝鈮嚎s機將外界空氣進行壓縮，形成的高壓氣體沿著氣路管道由干燥器入口進入，經(jīng)過干燥和調(diào)壓等一系列處理后，輸入到儲氣筒當中，為整車提供額定的高壓空氣。與實車相同，儲氣筒分為行車制動系統(tǒng)儲氣筒、駐車制動儲氣筒。行車制動系統(tǒng)儲氣筒為腳剎提供制動氣壓，駐車制動儲氣筒專門儲存氣壓用來解除手制動。與前后橋相對應，將行車制動系統(tǒng)儲氣筒前后分開設計，定義為前橋制動儲氣筒和后橋制動儲氣筒。

2.2.3 閥體和管路模塊

閥體和管路模塊數(shù)量多、種類復雜，是整個氣壓制動系統(tǒng)中最重要的一個部分，也是教學過程中的難點。這部分盡量采用原車配件，在車架上的布局也適當模擬原車布置，從而達到更好的教學效果（主要閥體和管路連接示意圖如圖2 所示）。實訓臺架涉及到的主要閥體如下：雙回路保護閥，控制前橋儲氣筒、后橋儲氣筒的充氣和工作；快放閥，快速排氣，從而解除制動；手制動閥，操縱彈簧貯能制動室，使停車制動安全可靠；制動氣室，為車輪提供制動力，分為前制動氣室和后制動氣室。制動管路分為三類，不銹鋼管用于空壓機至空氣干燥器之間，制動軟管用于快放閥出氣口和制動氣室的連接，其他部位主要使用尼龍管進行連接。為了提高辨識度，防止學生訓練過程中出現(xiàn)錯誤，對不同功能的管道設置不同的色號。同時針對閥體，通過貼標簽的方式，對其名稱、進出口、用途等進行標注，從而方便教學。

圖2 商用車氣壓制動系統(tǒng)實訓臺架主要閥體和管路連接示意圖

3 實訓臺架的開發(fā)利用

3.1 設計理實一體化課程教學

根據(jù)我校人才培養(yǎng)方案，汽車底盤構造與維修是汽修類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，具有綜合性、實踐性、靈活性的特點，旨在培養(yǎng)學生掌握汽車底盤總成及其零部件的構造及基本原理，并能夠融合多學科知識，對汽車底盤的常見故障進行診斷和排除，解決具體維修問題，制動系統(tǒng)模塊是其中的重要章節(jié)。該課程為學生從事汽車制造、檢測、維修等工作提供重要知識基礎和技能基礎，在汽修類專業(yè)的人才培養(yǎng)體系中占據(jù)關鍵地位。我校該課程過去一直以來采用課堂教師講授與示范為主的教學方法，相對枯燥乏味，已經(jīng)滿足不了新的人才培養(yǎng)方案的要求。隨著職業(yè)教育改革的深入，職業(yè)院校利用實訓設備，打破理論與實踐的界限，設計理實一體化課程教學勢在必行[9]。本課程理實一體化教學的教學過程采用“三式三動七步教學法”（圖3），整個教學過程分為兩個階段，首先是知識提煉階段，教師借助微課等信息化手段循序漸進引導學生探究新知，完成理論知識的初步構建。講解完成后，教師利用本氣壓制動系統(tǒng)實訓設備進行講演示范操作，同時學生利用設備比拼實操，在競爭環(huán)境中提高技術能力。通過理論和實踐的搭配，實現(xiàn)知識技能的提升和知識廣度的拓展，使學生對相關內(nèi)容的認識更加充分，提升了學生的學習成就感，實現(xiàn)了全面提高提高教學效果的作用。

圖3 “三式三動七步教學法”教學模型

3.2 開發(fā)活頁式、工作手冊式教材

理實一體化教學需要一整套的教學資源包，包括教學計劃、教學實施報告、教案、活頁化教材等，其中，活頁式、工作手冊式教材知識起到引導的作用，占據(jù)十分重要的地位[10]。區(qū)別于傳統(tǒng)的教材，活頁式、工作手冊式的教材擯棄了冗長的理論知識，以學生為主體進行總體設計，以實際工作任務重構教學內(nèi)容，通過做中學的模式，使學生更好地適應崗位能力的需求。本課程活頁教材的開發(fā)基于課程標準，以商用車崗位需求為導向，遵循職業(yè)發(fā)展規(guī)律，滿足職業(yè)技能要求，課程設置上模擬學生今后工作中可能會遇到的各項任務，提高學生的實際操作能力，同時緊跟行業(yè)前沿發(fā)展，突出新知識、新技術、新工藝、新方法，加強對學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。活頁教材中氣壓制動系統(tǒng)部分的總體規(guī)劃為32 課時，以相關行業(yè)工作內(nèi)容為參考，重構出與汽車維修企業(yè)機電修理崗相適應的教學活動，具體包括維修作業(yè)前準備工作、商用車制動系概述、制動器、制動傳動裝置、制動系統(tǒng)常見故障的診斷與排除等內(nèi)容。

3.3 建設在線精品課程

在線精品課程是提高教學質(zhì)量、深化教學改革的重要手段，在提高優(yōu)質(zhì)教學資源利用方面起到了重要作用[11]。這種教學模式的出現(xiàn)，可以讓學生根據(jù)自己的興趣、需求、習慣等選擇自己需要的課程，隨時隨地學習，擴大了學習可選擇的范圍。同時，在線精品課程推動了信息化教學建設，有利于線上線下優(yōu)質(zhì)教學資源的整合，是理實一體化教學的重要環(huán)節(jié)[12]。在線開放課程的主要教學資源包括微課短視頻、微課件、微教案、練習題庫等，其中微課短視頻是在線課程的重要載體，為線上教學奠定基礎，微課件、微教案等教學資源方便教師教學和學生學習，練習題庫則用于學生進行知識鞏固和階段性測試。通過合理運用本課程在線精品課程的資源，全過程跟蹤教學活動，提升教學效果（圖4）。

圖4 課程教學實施圖

4 結語

本項目設計的商用車氣壓制動系統(tǒng)實訓臺架實用性強，補齊了我校氣壓制動系統(tǒng)設備的短板，既有效地節(jié)約了學校的設備使用和維護成本，提高了學校的汽車專業(yè)的硬件實力，同時為其他院校自研實訓設備提供了借鑒意義。此外，借助于設計的商用車氣壓制動系統(tǒng)實訓臺架在我校開展理實一體化課程建設，充分發(fā)揮實訓設備的教學價值，推動教學教法改革，打造精品課程，從而提高我校汽修專業(yè)的辦學質(zhì)量。