教学用重型商用车气压制动系统模拟实训台架的设计与开发实践

裴佳志，王 乐，赵建超

（安康职业技术学院 工程学院，陕西 安康 725800）

近年，我国商用车产销量一直处于世界首位[1]，尽管受到低碳经济和疫情等因素的影响，今年我国商用车市场需求有所下降，但据各方预测，其销量仍保持在450 万辆左右[2]。作为商用车的关键组成部分之一，制动系统起到稳定车速、保证行驶安全、实现可靠驻车的重要作用。根据制动能量传输方式的不同，制动系统可分为液压制动系统和气压制动系统。目前绝大多数的商用车采用的是气压制动系统[3]。相较于液压制动系统，商用车采用的气压制动系统泵阀和管道种类和数量繁多，组织结构、工作原理复杂。同时，随着汽车安全法规对制动安全性、响应性要求的提升，新技术、新工艺层出不穷，这也对汽车维修技术提出了更高的要求。为了满足人才培养的要求，职业院校广泛采用理实一体化教学模式，按照典型工作任务设计实践性教学内容，实施“做中教、做中学”的方式，从而提高学生对知识、技能的掌握程度[4]。以我校为例，理实一体化课程通常成立校企合作教学团队，通过企业锻炼，提炼企业中岗位的典型工作任务，再根据工作任务重构教学内容，并制作活页式教材和工作手册，最后在理实一体化教室开展教学活动。这样的教学模式必须配备与课程相适应的实训设备，并且在功能上要能满足上课的需要。本课题的研究就是从职业院校的实际需求出发，本着必需、够用的原则，以多年来相关专业的授课经验为依据，设计出一套重型商用车气压制动汽车实训台架，并提出相适应的理实化一体课程的开发策略。

1 研究目的及意义

随着我国经济的快速增长，我国商用车行业实现了高质量发展，已经建立起了完善的产业格局[5]。然而，相较于商用车产业的蓬勃之势，商用车维修领域却很滞后，维修人才急缺，从业人员维修水平参差不齐，尤其是在底盘维修方面，亟需培养大量高水平技术技能型人才[6]。作为扎根区域、服务地方经济发展、培养高级技能人才的职业院校，汽车维修专业也应由传统的以乘用车教学为主，逐渐向商用车领域延伸。气压制动系统是商用车底盘的核心系统之一，由于其结构复杂、管道繁多，是商用车检修课程的重点和难点[7]。对于这部分的知识来说，教师仅仅在普通教室上课，通过播放视频、动画等多媒体教学资源讲授知识，已经无法实现教学目标。如果都在实训车上进行授课，但由于商用车采购成本高、占地面积大，一般职业院校保有量很少，甚至没有。针对上述困境，采用气压制动系统实训台架进行理实一体化教学是一种非常合适的教学方法，可以有效地克服上述困难，从而切实提高教学效果。然而，目前市场上商用车气压制动系统实训设备短缺。即使有些公司开发出制动系统实训台架，也是以乘用车为适用对象，无法满足商用车制动系统教学，而如果采用定制加工的方法，又存在价格高昂的缺点。为了提高教学效果、同时节约办学成本，职业院校自行设计并制作相关产品就显得很有必要。

2 实训台架的设计方案

2.1 设计思路

气压制动系统实训台架的设计应充分考虑教学的实际需求，以实用性和经济性为基础，以提升学生的综合职业技能为目标，为理实一体化教学模式的顺利实施奠定物质基础。基于此，本实训台架的基本设计思路如下：

2.1.1 以职业标准和人才培养方案为依据，确定覆

盖的知识目标和能力目标

根据汽车修理工国家职业标准，结合高职院校教学情况，首先确定气压制动系统适用于中级工和高级工的教学范畴，要求学生能够完成商用车气压制动系统总成或总成部件的检修工作[8]。同时，根据汽车运用与维修技术的人才培养方案，“汽车底盘构造与维修”属于专业核心课程，其中“气压制动系统”的主要教学内容包括气压制动系统的主要部件结构及其原理、车轮制动器维护及维护要点、气压制动装置常见故障诊断与排除。通过该部分内容的学习，使学生具备气压制动系统总成的使用、维修、检测、调试、故障诊断与排除等方面的能力。

2.1.2 以服务本地汽修产业为宗旨，确定合适的车型

首先，通过市场调研，深入本地商用车维修厂、服务站进行实地探访，了解本地商用车维修的主要车型。除此之外，重点考虑我校校企合作方的具体情况，同企业经理及一线员工进行深入沟通，参考其意见，了解学生最后一年岗位实习时最可能接触的车型，从而使学生在今后的实习和工作中更加得心应手。经过上述调查，确定采用陕汽德龙系列为本气压制动系统的主要参照车型。

2.1.3 以教学的实际需求出发，确定台架设计的基本原则

结合教学需求，本实训台架应满足以下条件：仿真度高，能够形象直观地展示出原本结构复杂的商用车气压制动系统；具有多功能、可扩展性等优点，可以实现授课、考核以及开展相关的社会培训等多种功能，同时预留有升级换代的可能；实用性强、便于操作，既可以帮助教师实现理论教学和故障案例教学，又可以提供学生课堂实训的机会，由学生独立完成气压制动系统的装配和检修工作，提高其对知识的综合运用能力。

2.2 结构设计

商用车气压制动系统实训台架主要包括三个模块，即车架模块、气源模块、阀体和管路模块。

2.2.1 车架模块

车架模块是整个气压制动系统的载体，由大梁以及前后桥组成，为阀体和管路模块提供支撑，承接来自其他模块的各种负荷，因此，需要具有足够的强度和刚度。相较于原车，车架模块进行了适当的简化处理，由团队自行制作而成。尺寸上，以陕汽德龙系列为参考对象，结合我校教学的具体情况进行适当的简化改良，按照两轴进行布置（尺寸如图1 所示）。材料上，纵梁选用20#a槽钢，横梁选用20#a 工字钢，通过焊接相互连接，以保证车架的稳定性和强度。前后桥方面，为了节约成本，不采用原车整桥，取消与气压制动系统本身无关的减震系统和转向系统，通过长轴直接连接两侧的车轮。驱动轴通过联轴器与电机连接，实现车轮的启动、运转和停止。同时，为了示范教学，将后桥的一侧车轮进行剖开处理，从而更好地展示车轮的内部结构。

图1 商用车气压制动系统实训台架车架模块尺寸图

2.2.2 气源模块

气源模块由空气压缩机、空气处理单元、储气筒等组成。空气压缩机将外界空气进行压缩，形成的高压气体沿着气路管道由干燥器入口进入，经过干燥和调压等一系列处理后，输入到储气筒当中，为整车提供额定的高压空气。与实车相同，储气筒分为行车制动系统储气筒、驻车制动储气筒。行车制动系统储气筒为脚刹提供制动气压，驻车制动储气筒专门储存气压用来解除手制动。与前后桥相对应，将行车制动系统储气筒前后分开设计，定义为前桥制动储气筒和后桥制动储气筒。

2.2.3 阀体和管路模块

阀体和管路模块数量多、种类复杂，是整个气压制动系统中最重要的一个部分，也是教学过程中的难点。这部分尽量采用原车配件，在车架上的布局也适当模拟原车布置，从而达到更好的教学效果（主要阀体和管路连接示意图如图2 所示）。实训台架涉及到的主要阀体如下：双回路保护阀，控制前桥储气筒、后桥储气筒的充气和工作；快放阀，快速排气，从而解除制动；手制动阀，操纵弹簧贮能制动室，使停车制动安全可靠；制动气室，为车轮提供制动力，分为前制动气室和后制动气室。制动管路分为三类，不锈钢管用于空压机至空气干燥器之间，制动软管用于快放阀出气口和制动气室的连接，其他部位主要使用尼龙管进行连接。为了提高辨识度，防止学生训练过程中出现错误，对不同功能的管道设置不同的色号。同时针对阀体，通过贴标签的方式，对其名称、进出口、用途等进行标注，从而方便教学。

图2 商用车气压制动系统实训台架主要阀体和管路连接示意图

3 实训台架的开发利用

3.1 设计理实一体化课程教学

根据我校人才培养方案，汽车底盘构造与维修是汽修类专业的一门专业核心课程，具有综合性、实践性、灵活性的特点，旨在培养学生掌握汽车底盘总成及其零部件的构造及基本原理，并能够融合多学科知识，对汽车底盘的常见故障进行诊断和排除，解决具体维修问题，制动系统模块是其中的重要章节。该课程为学生从事汽车制造、检测、维修等工作提供重要知识基础和技能基础，在汽修类专业的人才培养体系中占据关键地位。我校该课程过去一直以来采用课堂教师讲授与示范为主的教学方法，相对枯燥乏味，已经满足不了新的人才培养方案的要求。随着职业教育改革的深入，职业院校利用实训设备，打破理论与实践的界限，设计理实一体化课程教学势在必行[9]。本课程理实一体化教学的教学过程采用“三式三动七步教学法”（图3），整个教学过程分为两个阶段，首先是知识提炼阶段，教师借助微课等信息化手段循序渐进引导学生探究新知，完成理论知识的初步构建。讲解完成后，教师利用本气压制动系统实训设备进行讲演示范操作，同时学生利用设备比拼实操，在竞争环境中提高技术能力。通过理论和实践的搭配，实现知识技能的提升和知识广度的拓展，使学生对相关内容的认识更加充分，提升了学生的学习成就感，实现了全面提高提高教学效果的作用。

图3 “三式三动七步教学法”教学模型

3.2 开发活页式、工作手册式教材

理实一体化教学需要一整套的教学资源包，包括教学计划、教学实施报告、教案、活页化教材等，其中，活页式、工作手册式教材知识起到引导的作用，占据十分重要的地位[10]。区别于传统的教材，活页式、工作手册式的教材摈弃了冗长的理论知识，以学生为主体进行总体设计，以实际工作任务重构教学内容，通过做中学的模式，使学生更好地适应岗位能力的需求。本课程活页教材的开发基于课程标准，以商用车岗位需求为导向，遵循职业发展规律，满足职业技能要求，课程设置上模拟学生今后工作中可能会遇到的各项任务，提高学生的实际操作能力，同时紧跟行业前沿发展，突出新知识、新技术、新工艺、新方法，加强对学生的创新能力和综合素质的培养。活页教材中气压制动系统部分的总体规划为32 课时，以相关行业工作内容为参考，重构出与汽车维修企业机电修理岗相适应的教学活动，具体包括维修作业前准备工作、商用车制动系概述、制动器、制动传动装置、制动系统常见故障的诊断与排除等内容。

3.3 建设在线精品课程

在线精品课程是提高教学质量、深化教学改革的重要手段，在提高优质教学资源利用方面起到了重要作用[11]。这种教学模式的出现，可以让学生根据自己的兴趣、需求、习惯等选择自己需要的课程，随时随地学习，扩大了学习可选择的范围。同时，在线精品课程推动了信息化教学建设，有利于线上线下优质教学资源的整合，是理实一体化教学的重要环节[12]。在线开放课程的主要教学资源包括微课短视频、微课件、微教案、练习题库等，其中微课短视频是在线课程的重要载体，为线上教学奠定基础，微课件、微教案等教学资源方便教师教学和学生学习，练习题库则用于学生进行知识巩固和阶段性测试。通过合理运用本课程在线精品课程的资源，全过程跟踪教学活动，提升教学效果（图4）。

图4 课程教学实施图

4 结语

本项目设计的商用车气压制动系统实训台架实用性强，补齐了我校气压制动系统设备的短板，既有效地节约了学校的设备使用和维护成本，提高了学校的汽车专业的硬件实力，同时为其他院校自研实训设备提供了借鉴意义。此外，借助于设计的商用车气压制动系统实训台架在我校开展理实一体化课程建设，充分发挥实训设备的教学价值，推动教学教法改革，打造精品课程，从而提高我校汽修专业的办学质量。