智慧型新能源汽車充電管理故障診斷平臺在教學中的應用

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，讓學生學會新能源汽車各系統(tǒng)結構組成、工作原理、信號特點分析；學會觀察故障現(xiàn)象，分析、設計故障診斷方案、準確的排除故障。運用實車教學，營造真實感觸式的學習環(huán)境，實現(xiàn)感性到理性的高效轉換，提高學習興趣。充電管理故障診斷平臺能夠設置并模擬車輛多種故障，平臺可以實現(xiàn)教學與考核兩種模式的切換，完成教學環(huán)節(jié)后，教師可以通過設置故障點，讓學生單人或分組進行故障點的排查，從而實現(xiàn)對學生考核。

關鍵詞：新能源汽車 充電管理故障診斷平臺 故障診斷 故障點

1 引言

新能源汽車故障診斷類課程主要是通過任務導入、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合的方式，了解電動汽車常見故障，加深對電動汽車關鍵部件的結構、工作原理的理解與認識，并能對電動汽車核心部件的常見故障進行診斷與排除，為進一步學習新能源汽車方面的知識打下基礎。

2 研究背景

利用各種檢查和測試方法，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設備是否存在故障的過程是故障檢測，而進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個方面：

（1）預防或消除故障，提高設備運行的可靠性、安全性和有效性。

（2）充分挖掘設備的潛力，延長服務期限和使用壽命。

（3）方便數(shù)據(jù)檢測，為設備結構修改、優(yōu)化設計、合理制造及生產過程提供數(shù)據(jù)和信息。[3-5]

新能源汽車工程專業(yè)以機械工程、電氣工程和車輛工程為主干學科，培養(yǎng)能在新能源汽車工程領域從事設計制造、零部件開發(fā)、生產、實驗、運用過程知識和能力儲備的高層次應用型人才。新能源汽車工程專業(yè)在全國開設的學校相對不多，教學經(jīng)驗相對不足。

3 新能源汽車教學中的問題

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]。在實訓學習環(huán)節(jié)，需要進行高壓上電實驗，而車內高壓帶電部件如果操作不當，將會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群體，一是經(jīng)驗豐富的傳統(tǒng)汽車專任教師，由于學校開設了新能源汽車專業(yè)，這些老師中的一部分會承擔一部分新能源專業(yè)課程，但對新能源專業(yè)知識了解相對不足；另一個群體是新入職或者入職一段時間的年輕老師，學習能力快，接受新事物的能力強，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)驗不足，有一些專業(yè)知識掌握不到位。

3.3 設備、場地、經(jīng)費限制

一方面，大多數(shù)學校對于該專業(yè)的課程設計均為傳統(tǒng)的教師上課學生聽課狀態(tài)，對于科研經(jīng)費不足的院校，無法準備相應的實驗車讓學生對新能源汽車更好地去認知，則學生學習效率將會大大降低。

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為主，雖然能說清楚導致故障可能發(fā)生的原因，但學生缺乏動手操作的能力，并且從理論的理解到實際應用還存在著一定的差距，等到真正實操時也可能會出錯。

對于“理實一體化”[9-10]類的故障診斷課程，理論與實踐相結合，可以達到一定程度實操方面的鍛煉，但實車故障的排查需要花費大量的時間，對于一些較為復雜的故障點，則需花費更多時間。對于一個30人左右的班級而言，只能分組進行，每位同學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，學生在實操過程中，若操作不當，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中的應用

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)，即在原車基礎上安裝嵌入式教學系統(tǒng)，使車輛在教學過程中實時發(fā)揮作用，提高課堂講授的真實感，大量引入驗證性試驗，使學生更容易理解抽象的控制邏輯。能夠完整展示相關系統(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）可以通過點擊屏幕上的控制按鈕完成對車輛的控制；

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

（3）可以實時采集各傳感器、執(zhí)行器及控制模塊的信號，關鍵管腳信號定值電壓用數(shù)字或指針顯示，動態(tài)電壓用波形顯示；

（4）交互頁面中的波形顯示能夠對波形顯示的幅值進行調整，方便觀察和分析。

5.2 故障診斷平臺的使用及故障點的設置

故障診斷平臺需和車用專用線束連接，同時結合故障診斷儀。故障診斷儀通過藍牙與平臺連接，同時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測試車輛進行連接，在搭載的原理圖上相應的端子位置進行故障設置，如可在高壓線束接地、正負極線束之間進行虛接或短路的設置等。在教學模式下，測試平臺上對應線路上的信號燈會顯示紅色（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置

在課堂教學、實訓考核、故障設置功能模塊下，可以實現(xiàn)軟件和教學設備之間的實時互動，也可以通過軟件采集原車系統(tǒng)的運行參數(shù)，用數(shù)字表或指針表或波形等恰當?shù)姆绞斤@示出來，提高教學過程的真實感。

可以對充電管理故障診斷平臺進行不同模式的設置。教學模式主要是教師授課時使用，利用多媒體電腦設置故障。此時，故障診斷平臺上能看到所標記出來的故障，一般用紅色燈示意。在教學的過程中逐步進行故障的排查，最終得到對應的故障點。而考核模式在利用多媒體電腦設置故障時，故障診斷平臺上不顯示紅色故障燈，學生只能通過分析，利用故障診斷儀進行診斷，掃描故障碼，有時也會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置裝置發(fā)出故障設置指令，也可以接受數(shù)據(jù)采集裝置采集到的信號，結合系統(tǒng)軟件實現(xiàn)課堂教學和考核工作，學生獨立或成組完成，并填寫診斷報告，以考核學生的掌握水平。

學生可以利用萬用表，示波器對故障進行檢測，避免了在實車操作中存在的安全問題。同時也配備了車輛信號采集器，可以實時收集車輛的故障信息，判斷車輛故障模塊。

6 結論

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，可以實現(xiàn)課堂教學、理論考核、實訓考核、故障設置等功能，同時可以瀏覽課程教學大綱、課程內容，也可以實現(xiàn)師生間的互動；另外，平臺能夠與故障設置裝置、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行實時通訊，運行穩(wěn)定可靠。

基金項目：中國交通教育研究會 2022-2024 年度教育科學研究課題“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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