張范范

摘 要：智慧型新能源汽車充電管理故障診斷平臺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能夠設(shè)置并模擬車輛多種故障，平臺可以實(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)對學(xué)生考核。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 充電管理故障診斷平臺 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，并能對電動(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)用過程知識和能力儲備的高層次應(yīng)用型人才。新能源汽車工程專業(yè)在全國開設(shè)的學(xué)校相對不多，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)相對不足。

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，但對新能源專業(yè)知識了解相對不足；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)知識得到提升，但畢竟經(jīng)驗(yàn)不足，有一些專業(yè)知識掌握不到位。

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，對于一些較為復(fù)雜的故障點(diǎn)，則需花費(fèi)更多時(shí)間。對于一個(gè)30人左右的班級而言，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優(yōu)勢

與傳統(tǒng)故障診斷課程相比，智慧型故障診斷平臺，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，關(guān)鍵管腳信號定值電壓用數(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 故障診斷平臺的使用及故障點(diǎn)的設(shè)置

故障診斷平臺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)牙與平臺連接，同時(shí)故障診斷平臺還與多媒體電腦相連。

故障診斷檢測平臺可以與教學(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，測試平臺上對應(yīng)線路上的信號燈會(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。

可以對充電管理故障診斷平臺進(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，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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