Proteus軟件在汽車電氣設備構造與維修課程教學中的應用

曹陽明，李苗，崔丹丹，張雷，李雅榮

（新疆交通職業技術學院，新疆 烏魯木齊 831401）

引言

汽車電氣設備構造與維修課程是汽車類專業的核心課程，培養學生具備較強的汽車電氣設備故障分析和動手排故能力。隨著汽車電子技術的快速發展以及電氣設備課程實驗實訓平臺的不足和老化，導致部分實驗無法正常開展。如何提高學生對汽車電氣設備電路工作原理的理解以及綜合故障的分析能力迫在眉睫。

《汽車電氣設備構造與維修》是從事汽車機電維修崗位人員的必修課程，課程具有較強的理論性和實操性，通過理實一體化教學，使學生能夠掌握汽車電源系統、起動系統、車身輔助電氣系統、燈光及信號控制系統、汽車空調系統等電子控制系統工作原理及綜合故障診斷，增強學生綜合分析問題和解決問題的能力、實踐操作的技能。但隨著高職院校的擴招以及汽車產品的快速更新換代，經歷折舊損耗的汽車電氣設備實訓平臺無法滿足實際教學需求，相關學者針對此問題也進行了研究，栗少云、楊永德、陳彩娟等根據電工電子技術課程內容特點、實驗實訓設備條件及實訓課目前現狀，在課程中引入Proteus仿真軟件，可對電路進行設計驗證，動態逼真展示電路工作原理，極大提升學生學習興趣和教學效果[1-4]。黑帥提出在西部高職院校現有教育教學資源不足情況下開展“虛實結合—軟硬結合”的單片機課程實驗教學模式[5]。楊曉玲針對傳統汽修專業教學過程中存在的問題，分析了在汽修技術專業教學中運用信息化技術的重要性[6]。通過實際課程教學應用表明：在汽車電氣設備構造與維修課程中利用Proteus軟件進行電路的設計仿真以及綜合故障模擬，生動形象，可以極大提高學生學習興趣和對課程內容的理解，同時為后續專業課程的學習奠定了良好的基礎。

1 Proteus簡介

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司開發EDA工具軟件。可幫助快速實現模擬電路、數字電路及單片機控制系統的設計與仿真，并且提供了相關外圍器件仿真及PCB板的設計。Proteus軟件具備豐富的元器件庫，可以幫助快速便捷的設計控制電路和模擬電路故障設置，同時Proteus軟件也提供了適用于電路測試分析的各種虛擬儀器，幫助快速查找定位解決故障。

2 Proteus在汽車電氣設備構造與維修課程中的應用

在汽車電氣設備構造與維修課程中對控制電路工作原理的理解尤為重要，只有理論知識與實踐操作相結合才能快速精準定位解決故障，但是汽車電氣設備控制電路圖紙復雜且不夠生動形象，學生理解難度較大，因此通過Proteus軟件設計典型汽車電氣設備控制電路，實現電路工作的仿真控制以及綜合故障模擬分析。

2.1 汽車閃光繼電器控制電路仿真設計

汽車閃光繼電器是控制汽車轉向信號燈的重要元器件，實現汽車轉向信號燈一亮一滅的閃光效果，表明汽車即將轉向，提醒后方車輛注意。汽車閃光繼電器控制電路組成包括蓄電池、繼電器、NPN、PNP類型三極管、電阻、陶瓷電容、電解電容以及轉向信號燈。

圖1 汽車閃光繼電器工作原理模擬圖

工作原理分析：當按下轉向開關時，PNP三極管Q1發射結正偏，三極管導Q1通，隨后給電解電容C1充電，與此同時NPN型三極管Q2發射結也正偏，三極管Q2導通，三極管Q2導通后繼電器線圈通電，常開觸點吸合，轉向指示燈點亮。當電解電容C1充電后，三極管Q1基極電壓逐漸升高，直至三極管Q1發射結反偏，三極管Q1截止。三極管Q2基極電壓被下拉電阻R4拉低，三極管Q2也會截止，繼電器線圈斷電，繼電器常開觸點斷開，轉向指示燈熄滅，此時電解電容C1通過電阻R1以及轉向信號燈對地放電，三極管Q1基極電壓逐漸降低，直到三極管Q1發射結再次正偏，三極管Q1導通，周而復始。可通過改變電解電容C1容量大小，調節轉向燈閃爍頻率。

2.2 汽車鼓風機控制電路設計及故障模擬

鼓風機控制電路由蓄電池、保險、點火開關、鼓風機繼電器、鼓風機、鼓風機電阻、鼓風機控制開關組成。

工作原理分析：由模擬仿真電路圖可知，開啟鼓風機首先需要打開點火開關，鼓風機開關控制鼓風機轉速，實質是在鼓風機電路中串入相應的電阻實現調速，串入電阻越少鼓風機轉速越高，并可仿真實現對電路實際工作過程模擬。

鼓風機控制電路模擬故障設置：在鼓風機控制電路鼓風機電阻中串聯一個開關，打開開關時，模擬鼓風機電阻R2斷路，快速便捷仿真汽車鼓風機控制電路故障，并通過模擬演示觀察故障現象可知，當鼓風機控制開關在1檔、2檔時鼓風機不工作，而在3檔、4檔時鼓風機正常工作。

圖2 汽車鼓風機工作控制電路及故障模擬原理圖

3 結束語

Proteus軟件在汽車電氣設備構造與維修課程中的應用，解決了電氣設備課程實訓平臺緊張和實訓車輛故障點設置帶來的損耗問題，也解決了因車輛的更新換代無法實車訓練的問題，同時極大地提升了學生設計分析電氣設備控制電路的能力，通過對汽車電氣設備電路故障點的模擬仿真，可以讓學生快速觀察到故障現象，也提升了學生綜合分析解決故障問題的能力。