智慧型新能源汽車充電管理故障診斷平臺(tái)在教學(xué)中的應(yīng)用

張范范

摘 要：智慧型新能源汽車充電管理故障診斷平臺(tái)可以很好地輔助新能源汽車專業(yè)教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)新能源汽車各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、工作原理、信號(hào)特點(diǎn)分析；學(xué)會(huì)觀察故障現(xiàn)象，分析、設(shè)計(jì)故障診斷方案、準(zhǔn)確的排除故障。運(yùn)用實(shí)車教學(xué)，營造真實(shí)感觸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)感性到理性的高效轉(zhuǎn)換，提高學(xué)習(xí)興趣。充電管理故障診斷平臺(tái)能夠設(shè)置并模擬車輛多種故障，平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考核兩種模式的切換，完成教學(xué)環(huán)節(jié)后，教師可以通過設(shè)置故障點(diǎn)，讓學(xué)生單人或分組進(jìn)行故障點(diǎn)的排查，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生考核。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 充電管理故障診斷平臺(tái) 故障診斷 故障點(diǎn)

1 引言

新能源汽車故障診斷類課程主要是通過任務(wù)導(dǎo)入、故障原因與診斷流程分析講解以及典型案例討論分析相結(jié)合的方式，了解電動(dòng)汽車常見故障，加深對(duì)電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)、工作原理的理解與認(rèn)識(shí)，并能對(duì)電動(dòng)汽車核心部件的常見故障進(jìn)行診斷與排除，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)新能源汽車方面的知識(shí)打下基礎(chǔ)。

2 研究背景

利用各種檢查和測試方法，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備是否存在故障的過程是故障檢測，而進(jìn)一步確定故障所在大致部位的過程是故障定位[1-2]。故障診斷的作用包括以下3個(gè)方面：

（1）預(yù)防或消除故障，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性和有效性。

（2）充分挖掘設(shè)備的潛力，延長服務(wù)期限和使用壽命。

（3）方便數(shù)據(jù)檢測，為設(shè)備結(jié)構(gòu)修改、優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息。[3-5]

新能源汽車工程專業(yè)以機(jī)械工程、電氣工程和車輛工程為主干學(xué)科，培養(yǎng)能在新能源汽車工程領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)制造、零部件開發(fā)、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用過程知識(shí)和能力儲(chǔ)備的高層次應(yīng)用型人才。新能源汽車工程專業(yè)在全國開設(shè)的學(xué)校相對(duì)不多，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足。

3 新能源汽車教學(xué)中的問題

3.1 高壓上電操作安全性問題

與傳統(tǒng)車最大的區(qū)別是新能源汽車具有高壓電源[6-8]。在實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行高壓上電實(shí)驗(yàn)，而車內(nèi)高壓帶電部件如果操作不當(dāng)，將會(huì)存在一定的安全隱患。

3.2 師資授課水平限制

從事新能源汽車專業(yè)的專任教師主要包括兩個(gè)群體，一是經(jīng)驗(yàn)豐富的傳統(tǒng)汽車專任教師，由于學(xué)校開設(shè)了新能源汽車專業(yè)，這些老師中的一部分會(huì)承擔(dān)一部分新能源專業(yè)課程，但對(duì)新能源專業(yè)知識(shí)了解相對(duì)不足；另一個(gè)群體是新入職或者入職一段時(shí)間的年輕老師，學(xué)習(xí)能力快，接受新事物的能力強(qiáng)，可以通過多種渠道讓自己的專業(yè)知識(shí)得到提升，但畢竟經(jīng)驗(yàn)不足，有一些專業(yè)知識(shí)掌握不到位。

3.3 設(shè)備、場地、經(jīng)費(fèi)限制

一方面，大多數(shù)學(xué)校對(duì)于該專業(yè)的課程設(shè)計(jì)均為傳統(tǒng)的教師上課學(xué)生聽課狀態(tài)，對(duì)于科研經(jīng)費(fèi)不足的院校，無法準(zhǔn)備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)車讓學(xué)生對(duì)新能源汽車更好地去認(rèn)知，則學(xué)生學(xué)習(xí)效率將會(huì)大大降低。

4 傳統(tǒng)故障診斷課程

傳統(tǒng)的故障診斷課程主要是按照通過故障現(xiàn)象、分析可能發(fā)生故障的原因（如圖1所示），進(jìn)而制定一系列的診斷流程（如圖2所示），最終將故障排除。但在授課過程中以講授知識(shí)點(diǎn)為主，雖然能說清楚導(dǎo)致故障可能發(fā)生的原因，但學(xué)生缺乏動(dòng)手操作的能力，并且從理論的理解到實(shí)際應(yīng)用還存在著一定的差距，等到真正實(shí)操時(shí)也可能會(huì)出錯(cuò)。

對(duì)于“理實(shí)一體化”[9-10]類的故障診斷課程，理論與實(shí)踐相結(jié)合，可以達(dá)到一定程度實(shí)操方面的鍛煉，但實(shí)車故障的排查需要花費(fèi)大量的時(shí)間，對(duì)于一些較為復(fù)雜的故障點(diǎn)，則需花費(fèi)更多時(shí)間。對(duì)于一個(gè)30人左右的班級(jí)而言，只能分組進(jìn)行，每位同學(xué)不能得到充分的鍛煉。

另外，對(duì)于新能源汽車的充電管理系統(tǒng)而言，涉及到高壓電，學(xué)生在實(shí)操過程中，若操作不當(dāng)，存在一定的安全隱患。

5 智慧型充電管理故障診斷平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用

5.1 智慧型故障診斷平臺(tái)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)故障診斷課程相比，智慧型故障診斷平臺(tái)，如圖3所示，模擬了新能源汽車充電管理系統(tǒng)，即在原車基礎(chǔ)上安裝嵌入式教學(xué)系統(tǒng)，使車輛在教學(xué)過程中實(shí)時(shí)發(fā)揮作用，提高課堂講授的真實(shí)感，大量引入驗(yàn)證性試驗(yàn)，使學(xué)生更容易理解抽象的控制邏輯。能夠完整展示相關(guān)系統(tǒng)及元器件的安裝邏輯和工作狀態(tài)；能夠模擬常見的系統(tǒng)故障，可以進(jìn)行常見故障的診斷與排除。

智慧型平臺(tái)系統(tǒng)交互頁面的優(yōu)勢主要包括：

（1）可以通過點(diǎn)擊屏幕上的控制按鈕完成對(duì)車輛的控制；

（2）通過點(diǎn)擊線路圖中的故障設(shè)置按鈕可以設(shè)置線路虛接、斷路、短路故障，通過點(diǎn)擊線路圖中傳感器、執(zhí)行器、或控制單元的管腳可以獲取此管腳定義、電壓特征描述和當(dāng)前的實(shí)時(shí)電壓值；

（3）可以實(shí)時(shí)采集各傳感器、執(zhí)行器及控制模塊的信號(hào)，關(guān)鍵管腳信號(hào)定值電壓用數(shù)字或指針顯示，動(dòng)態(tài)電壓用波形顯示；

（4）交互頁面中的波形顯示能夠?qū)Σㄐ物@示的幅值進(jìn)行調(diào)整，方便觀察和分析。

5.2 故障診斷平臺(tái)的使用及故障點(diǎn)的設(shè)置

故障診斷平臺(tái)需和車用專用線束連接，同時(shí)結(jié)合故障診斷儀。故障診斷儀通過藍(lán)牙與平臺(tái)連接，同時(shí)故障診斷平臺(tái)還與多媒體電腦相連。

故障診斷檢測平臺(tái)可以與教學(xué)測試車輛進(jìn)行連接，在搭載的原理圖上相應(yīng)的端子位置進(jìn)行故障設(shè)置，如可在高壓線束接地、正負(fù)極線束之間進(jìn)行虛接或短路的設(shè)置等。在教學(xué)模式下，測試平臺(tái)上對(duì)應(yīng)線路上的信號(hào)燈會(huì)顯示紅色（斷路）或黃色（虛接），而綠色則為通路。

5.3 故障診斷平臺(tái)的模式設(shè)置

在課堂教學(xué)、實(shí)訓(xùn)考核、故障設(shè)置功能模塊下，可以實(shí)現(xiàn)軟件和教學(xué)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)，也可以通過軟件采集原車系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，用數(shù)字表或指針表或波形等恰當(dāng)?shù)姆绞斤@示出來，提高教學(xué)過程的真實(shí)感。

可以對(duì)充電管理故障診斷平臺(tái)進(jìn)行不同模式的設(shè)置。教學(xué)模式主要是教師授課時(shí)使用，利用多媒體電腦設(shè)置故障。此時(shí)，故障診斷平臺(tái)上能看到所標(biāo)記出來的故障，一般用紅色燈示意。在教學(xué)的過程中逐步進(jìn)行故障的排查，最終得到對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)。而考核模式在利用多媒體電腦設(shè)置故障時(shí)，故障診斷平臺(tái)上不顯示紅色故障燈，學(xué)生只能通過分析，利用故障診斷儀進(jìn)行診斷，掃描故障碼，有時(shí)也會(huì)利用萬用表輔助排查，最終排查出教師在充電管理系統(tǒng)中所設(shè)置的故障。

5.4 故障診斷平臺(tái)上課效果

多媒體電腦可以向故障設(shè)置裝置發(fā)出故障設(shè)置指令，也可以接受數(shù)據(jù)采集裝置采集到的信號(hào)，結(jié)合系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)和考核工作，學(xué)生獨(dú)立或成組完成，并填寫診斷報(bào)告，以考核學(xué)生的掌握水平。

學(xué)生可以利用萬用表，示波器對(duì)故障進(jìn)行檢測，避免了在實(shí)車操作中存在的安全問題。同時(shí)也配備了車輛信號(hào)采集器，可以實(shí)時(shí)收集車輛的故障信息，判斷車輛故障模塊。

6 結(jié)論

智慧型充電管理故障診斷平臺(tái)系統(tǒng)穩(wěn)定、界面友好、操作方便，和數(shù)據(jù)庫文件配合后，可以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)、理論考核、實(shí)訓(xùn)考核、故障設(shè)置等功能，同時(shí)可以瀏覽課程教學(xué)大綱、課程內(nèi)容，也可以實(shí)現(xiàn)師生間的互動(dòng)；另外，平臺(tái)能夠與故障設(shè)置裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)發(fā)送裝置、數(shù)據(jù)測量裝置等線路板進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

基金項(xiàng)目：中國交通教育研究會(huì) 2022-2024 年度教育科學(xué)研究課題“技工院校高技能人才培養(yǎng)方案研究——以新能源汽車檢測與維修專業(yè)為例”（JT2022YB310）。

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