便携式汽车雨刮器故障检测教学实训箱的设计

便携式汽车雨刮器故障检测教学实训箱的设计

叶燕帅1蒋小波2李春青1曾均颖1阙家帅1
1.广西科技大学汽车与交通学院 广西柳州 545006
2.广西柳工路创制造科技有限公司 广西柳州 545006

为了提高汽车维修实训的教学效率和教学质量，深入研究汽车雨刮器的故障检测与诊断技术和实训教学组织过程，设计开发了轻巧便携、功能齐全、方便教学使用的汽车雨刮器故障检测教学实训箱。从实训箱的功能设计、结构设计和教学使用几个方面进行论述，探讨教学教具研究设计思路和开发方法。

教学教具设计；汽车雨刮器；故障检测实训箱设计

随着我国人均汽车拥有量的增长，汽车维护、修理市场迅速发展壮大，企业对掌握现代汽车修理技术的高技能人才有强烈需求。［1-5］贴近真实工作岗位的学习情景的汽车维修实训教学是培养高技能汽车维修人才的主要手段之一，科学设计的教学仪器对提高实训教学的教学质量意义重大。各职业技术院校及职业培训机构都呼唤现实情境贴近度高、教学使用操作方便、经济实用的实训教学设备。而我校实训教师和学生在实训过程中发现市场购买的汽车雨刮器实训台存在故障点设计少、检测手段不方便、体积庞大、移动不便等缺陷；仪器功能的设计并没有很好地结合实训教学的课堂教学和课程考核特点，教学使用便利性还可以提高。针对当前汽车雨刮器实训台存在的不足，深入研究汽车雨刮器的故障检测与诊断技术和实训教学组织过程，立足于提高教学质量，研制适用于中、高等职业院校和培训机构实训教学的汽车雨刮器实训箱。［6，7］该实训箱能够满足对汽车雨刮洗涤系统的组成、电路原理的讲解、工作过程的演示和故障检测与维修实训教学、实训的考核等教学需要。具有操作方便，轻巧便携，易于维护的特点。

1 实训箱功能和结构设计

1.1 实训箱的功能设计

实训箱的功能设计以满足教学需要为目标，以贴近现实维修情景、方便教师教学使用为设计的原则。通过教学实践中对教学仪器的使用和对汽车雨刮系统修理过程的研究，设计的汽车雨刮实训箱具备以下4个特点。

（1）满足课堂理论教学的需要。实训台按照汽车雨刮洗涤系统的结构和组成进行设计、在面板上绘制电路原理图、通过实训箱可以进行雨刮器组成、工作过程和原理的演示教学。

（2）可以进行故障检测与排除实训教学。针对雨刮洗涤系统常见故障现象设计故障模拟系统，能够模拟故障发生的现象；并对应每个故障现象可能涉及的检测部位布置检测点，以满足学生检测排故的需要。

（3）方便进行实训成绩考核。成绩考核是课程教学的一个重要组成部分，实训箱的故障设置系统能够进行综合性复杂的故障现象，方便教师进行分难度的故障设置和成绩考核。

（4）实训箱价格合理、结构轻巧、便于携带。

1.2 实训箱结构设计

为提高实训箱的便携性，弃用传统雨刮器实训台的台架结构，参照汽车雨刮洗涤器的工作原理和工作过程，把雨刮电机、曲柄连杆机构、洗涤系统、控制电路、电源等安装至便于携带的箱体内。通过对曲柄连杆机构结构的小型化及合理优化，将实训箱设计为一个52 cm×14 cm×37 cm，总装备质量为7 kg的铝合金箱子，箱子上部安装提手，可以用手将实训箱提到教室、实训室进行教学。

箱体的正面分为上下两部分功能区，上半部分是功能演示区，下半部分是实训箱检测电路面板。在箱体的左上角设计了一个透明的水箱，用于观察和演示洗涤器的喷水洗涤过程。考虑到雨刮摆臂刮水的时候占用的空间比较大，为避免雨刮摆臂在工作时遮挡线路图，将雨刮摆臂放到上部。通过功能演示区，可以直观地进行雨刮器高、低速刮雨和喷水刮洗的工作过程演示。雨刮线路图和检测端子放到面板的中下部，可直观了解电路原理并可用于故障诊断实训操作（如图1所示）。

图1 实训箱正面设计图

箱体后部是两扇门，打开门可以清晰地展现雨刮系统的结构组成和整个曲柄连杆机构的工作过程（如图2所示）。雨刮器组合开关和故障设置盒子设置在箱体右侧，故障设置盒子安装有一扇门，设置故障后可将门关上。整个实训箱由箱体、雨刮电机、曲柄连杆机构、水泵、洗涤器、组合开关等组成，可以真实展现汽车雨刮器曲柄连杆机构的运动过程。钥匙打开电源总开关，通过操纵组合开关，可以控制雨刮刮水臂进行间歇、低速和高速摆动以及进行喷水洗涤工作。

图2 实训箱内部结构布置图

1.3 实训箱检测电路面板设计

将对应箱体内线路布置的电路原理图喷绘在实训箱正面，将雨刮器组合开关、间歇继电器、回位开关的内部电路原理都直观地展示出来。电路图上对应于设置的故障，每个故障检测点都安装有故障检测端子（如图3所示）。通过电路图可以进行电压、电阻信号的测量，以实现故障诊断的目标。

图3 电路板面设计（圆点为检测端子）

2 故障设置与故障检测系统的设计

故障设置与检测诊断系统的设计是实训箱设计工作的核心部分。故障设施充分考虑贴近现实故障情景，尽量使故障全面、能够模拟雨刮器故障的各种原因。检测系统与故障设置相结合，每个故障点产生故障后，通过故障检测端子能够测量出来诊断信号的变化。经过认真研究，设计了如下故障设置与故障检测电路原理图（如图4所示）。教师可以在故障设置盒子里面设置故障，可设置雨刮有刮水动作，但是不喷水；雨刷不能自动回位；高速挡不能正常工作；低速挡不能正常工作；雨刮不能间歇刮水等汽车雨刮系统故障。学生通过检测电路面板上对检测端子的信号测量，确认故障发生位置、排除故障并进行验证工作。

图4 故障设置与检测系统电路示意图

3 实训应用实例

实训箱实训教学过程如图5所示。

故障诊断实训教学举例。

（1）在故障设置盒中断开故障开关2。

（2）故障描述：打开雨刮器组合开关，雨刮高低速挡都能正常工作，也能正常回位，当打开洗涤开关时，喷水电机可以喷水雨刮无间歇刮水动作。

（3）故障分析：雨刮电机和主电路应都无故障；故障出在雨刮间歇继电器或者是间歇工作控制电路上。

（4）故障诊断：用万用表量间歇继电器控制信号线管脚电压，发现示数为12 V；测量组合开关的间歇控制线路检测端子电压，发现示数为0 V；即可判定故障为间歇继电器与组合开关之间的间歇控制信号线断路。

（5）故障排除：打开故障设置盒，闭合故障开关2。

（6）功能验证：测量组合开关的间歇控制线路检测端子电压，发现示数为12 V；说明故障诊断正确。打开洗涤开关，雨刮器的洗涤功能恢复正常，故障诊断过程结束。

图5

4 实训箱的使用与日常维护

打开电源总开关，通过操纵组合开关，可以控制雨刮进行间歇运行、低速运行和高速运行以及洗涤刮水动作。通过实训箱正面绘有电路图，可进行雨刮洗涤器电路原理教学。教师通过故障设置盒子设置故障，指导学生根据故障现象在操作面板上进行故障检测与排除实训。实训箱使用完毕后，关闭电源，将实训箱平稳摆放。及时补充储水壶的水量，不定期给电源充电。

5 结束语

该实训箱设计来源于实际的教学活动，根据实训教学课堂教学需要设计制作，很好地体现了教师和学生的元素。与当前市场上同类教学仪器相比，实训箱显示出以下特点：该实训箱的成本比类似设备的成本低；实训箱美观实用，可观察雨刮系统的构造，便于维护；实训箱故障设置具有系统性：故障诊断端口与故障现象有效对接，方便教师教学和学生实训操作；雨刮实训箱轻巧便携，可携带至教室，有助于实施理实一体化课堂教学。该实训箱在我校汽车维修实训教学中投入了使用，能促进教学过程，得到了教师和学生的好评。

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Design of the Portable Auto Wiper Fault Detection Teaching Practical Training Box

Ye Yanshuai1， Jiang Xiaobo2， Li Chunqing1， Zeng Junying1， Que Jiashuai1
1.College of Automobile and Transportation， Guangxi University of Technology， Liuzhou， 545006， China
2.GuangXi Liugong Luchuang Manufacturing Technology Co，Ltd， Liuzhou， 545006， China

In order to improve the automotive repair training teaching effciency and teaching quality， in-depth study of the automobile wiper fault detection and diagnosis technology and Practical teaching organization process， design and develop a lightweight portable， complete function， convenient used portable Auto wiper fault detection teaching Practical training box. From the aspects of functional design， to the practical training box structure design and teaching use is discussed， explore the design ideas and development method of the teaching aids. Key words： teaching aids design； auto wiper； design of fault detection practical training box

2015-04-03

叶燕帅，硕士，讲师，实验室主任。

教育部职教师资本科专业培养标准、培养方案、核心课程和特色教材开发项目“广西高等教育教学改革工程项目”（编号：VTNE012）；广西科技大学教育教学改革项目（编号：2014JGA192）。