專利名稱：汽車發(fā)動機技術實訓教學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種系統(tǒng)，特別是一種汽車發(fā)動機技術實訓教學系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)在國內汽車技術培訓主要采用兩種形式，第一是采用實際車輛或發(fā)動機簡易臺架；第二是汽車部件靜物展示。第一種方式雖然能運轉實際發(fā)動機，但受訓人員無法直接觀察發(fā)動機內部的動態(tài)過程，并且故障設置手段落后，能模擬的故障數(shù)量有限，要擴展故障模擬功能十分困難，另外實車系統(tǒng)無法開展各種發(fā)動機控制規(guī)律實驗，也不便于人數(shù)較多的電化教學，第二種方式僅僅展示或剖析系統(tǒng)部件靜物，無法設置故障，難以開展實驗，根本不能滿足現(xiàn)代汽車教學。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種可高度逼真再現(xiàn)發(fā)動機工作全過程，能在PC計算機上設置各種實際車輛運行過程中碰到的復雜故障，并能系統(tǒng)開展發(fā)動機控制規(guī)律實驗的汽車發(fā)動機技術實訓教學系統(tǒng)。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到包括安裝于展示架上的標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置、K線與RS232通信轉化器、上位PC機、發(fā)動機實時仿真器，標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置中的電子控制單元(ECU)通過K線與RS232通信轉化器與上位PC機通訊，發(fā)動機實時仿真器與標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置相連，并通過通信接口與上位PC機通訊。
本實用新型的目的還可以通過以下措施來達到發(fā)動機實時仿真器包括開關量信號處理電路、模擬量信號處理電路、PWM信號濾波電路、智能功率模塊及其驅動電路、單片機、光電隔離RS232接口電路，RS232接口電路、開關量信號處理電路及模擬量信號處理電路的輸出送到單片機，單片機的輸出送到PWM信號濾波電路及智能功率模塊及其驅動電路，單片機還與光電隔離RS232接口電路及RS232接口電路相接。標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置中的碳罐閥、進氣歧管、節(jié)氣門總成、燃油壓力調節(jié)閥、噴油管、進油管與回油管、信號測量端子、燃油壓力指示表、燃油濾清器、分電器、火花塞、碳罐、汽車儀表總成、發(fā)動機電子控制單元(ECU)、繼電器組、曲軸信號盤、高壓點火線圈、油泵、透明油箱裝于展示架的正面。
本實用新型相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點結構合理，可高度逼真再現(xiàn)發(fā)動機工作的全過程，能在PC計算機上設置各種實際車輛運行過程中碰到的復雜故障，并能系統(tǒng)開展發(fā)動機控制規(guī)律實驗，使受訓人員可直接觀察發(fā)動機內部的動態(tài)過程，教學效果好。


圖1為本實用新型的原理方框圖；圖2為標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置的結構連接示意圖；圖3為展示架與上位PC機的外形結構示意圖；圖4為發(fā)動機實時仿真器工作原理流程圖；圖5為發(fā)動機實時仿真器內部功能模塊圖；圖6為發(fā)動機實時仿真器的電路原理方框圖；圖7為氧傳感器故障模擬的原理示意圖；
圖8為噴油器故障模擬的原理示意圖；圖9為運行于PC機的實訓教學軟件模塊的方框圖。
具體實施方式
本實用新型下面將結合附圖(實施例)作進一步詳述參照圖1、本實用新型包括安裝于展示架1上的標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置、K線與RS232通信轉化器3、上位PC機4及實訓教學軟件、發(fā)動機實時仿真器5等。標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置2包括燃油供給子系統(tǒng)，進氣子系統(tǒng)、測量子系統(tǒng)、發(fā)動機電子控制單元(ECU)、發(fā)動機控制執(zhí)行機構系統(tǒng)五部分(這些部件都安裝在展示架1的展示面板上)。通過把K線標準轉換為RS232標準的通信轉換器3使發(fā)動機電子控制單元(ECU)能與上位PC機4通訊。本實用新型的核心是實時模擬發(fā)動機運行的實時仿真器5(安裝在展示架1的展示面板后面)。實時仿真器5是根據(jù)展示架面板上個別傳感器信號與開關狀態(tài)命令模擬發(fā)動機的運行規(guī)律，并根據(jù)預先建立好的各種故障模型模擬各種實車故障，運行于PC機4上的實訓教學軟件主要是提供使用者相應的人機操作界面，并通過通信接口與發(fā)動機電子控制單元(ECU)及實時仿真器5通信。
參照圖2、圖3，標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置2包括碳罐閥2-1、進氣歧管2-2、節(jié)氣門總成2-3、燃油壓力調節(jié)閥2-4、噴油器2-5、進油管與回油管2-6、信號測量端子2-7、燃油壓力指示表2-8、燃油濾清器2-9、分電器2-10、火花塞2-11、碳罐2-12、汽車儀表總成2-13、發(fā)動機電子控制單元ECU、繼電器組2-15、曲軸信號盤2-16、高壓點火線圈2-17、油泵2-18、透明油箱2-19，這些部件都裝于展示架1的展示面板正面，另還包括曲軸位置傳感器2-20、空調選擇開關2-21、動力轉向壓力開關2-22、氧傳感器2-23、車速傳感器2-24、發(fā)動機冷卻液溫度傳感器2-25、同步信號傳感器2-26、蓄電池2-27、發(fā)動機進氣溫度傳感器2-28、蒸汽排放器2-29、發(fā)動機轉速信號表2-30、車輛故障信號指示燈2-31、汽車速度顯示儀表2-32、冷卻風扇2-33、空調繼器2-34、風扇繼電器2-35、電動燃油泵繼電器2-36、燃油箱油面位置傳感器2-37、串行輸出標準故障診斷接頭2-38、節(jié)氣門位置傳感器2-39等。在實際轎車中發(fā)動機電子控制單元ECU的輸入信號來自圖中所列的各種傳感器，ECU的輸出則接至圖中所列的各種執(zhí)行機構(如噴油嘴、點火線圈等)。而本實用新型的關鍵是用實時仿真器5取代了實際物理發(fā)動機，仿真器5根據(jù)數(shù)學模型計算出傳感器的信號值，并輸出給發(fā)動機電子控制單元ECU，即用仿真器5取代了大部分物理傳感器。
參照圖4，其本質是依據(jù)表征發(fā)動機各部件動態(tài)運行規(guī)律的微分方程，計算出相應的發(fā)動機信號，主要有根據(jù)進氣岐管均值充氣動態(tài)模型計算岐管負壓，發(fā)動機燃燒做功模型計算發(fā)動機輸出功率，發(fā)動機變速箱模型計算傳動軸輸出轉矩，整車慣性負載模型計算出發(fā)動機轉速與汽車車速。
發(fā)動機故障模擬則是建立反映油路、氣路、電路、機械四大部分各種故障的模型，根據(jù)上位機發(fā)出的故障設置命令改變相應信號點信號的特性，代表所發(fā)生的故障。并把圖2中ECU的輸出驅動信號先輸入至故障模擬器中，由故障模擬器決定是否把驅動信號輸出給相應的執(zhí)行機構，從而模擬執(zhí)行機構故障。
參照圖5，其中虛線框表示實時仿真器5與故障模擬器部分，實線框內則表示標準發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的各個部件。其中5-8為節(jié)氣門故障模擬模塊、5-9為氧傳感器仿真計算與故障模擬模塊、5-10為冷卻液溫度傳感器仿真計算與故障模擬模塊、5-11為空氣溫度傳感器仿真計算與故障模擬模塊、5-12為空調開關故障模擬模塊、5-13為曲軸位置信號仿真計算與故障模擬模塊、5-14為爆震傳感器信號分析與故障模擬模塊、5-15為機械負載設定模塊、5-16為噴油器控制與故障模擬模塊、5-17為怠速閥控制與故障模擬模塊、5-18為點火控制與故障模擬模塊、5-19為油泵控制與故障模擬模塊、5-20為油壓控制與故障模擬模塊、5-21為碳罐閥控制與故障模擬模塊、5-22為繼電器組故障模擬模塊、5-23為電池故障模擬模塊、5-24為機械故障模擬模塊、5-25為進氣壓力傳感器仿真計算與故障模擬模塊、2-40為進氣壓力傳感器、2-41為爆震傳感器、2-42為怠速閥。
為了實現(xiàn)對發(fā)動機的仿真計算與故障模擬，實際電子控制系統(tǒng)傳感器信號并不直接進入ECU，而是先進入仿真器，由仿真器根據(jù)命令輸入正常信號還是異常信號，而ECU的輸出信號也不是直接給執(zhí)行機構，而是先進入仿真器，由仿真器根據(jù)命令決定輸出是正常還是異常。
參照圖6，發(fā)動機實時仿真器5包括開關量信號處理電路5-1、模擬量信號處理電路5-2、PWM信號濾波電路5-3、智能功率模塊及其驅動電路5-4、單片機5-5、光電隔離RS232接口電路5-6、RS232接口電路5-7等。開關量信號(DI)處理分為純觸點信號、電平信號、脈沖數(shù)字量三大類。模擬量(AI)處理主要是對輸入模擬量進行有源濾波與量程匹配。模擬量(AO)輸出中，由于故障模擬需要較大量的模擬輸出通道，本實用新型設計采用把脈寬調制信號經(jīng)低通濾波方法把數(shù)字量變成模擬量。開關量(DO)輸出采用帶診斷回饋的智能功率模塊?？傆嬘?0路DI，8路AI，10路AO，22路DO。
參照圖7，由發(fā)動機實時仿真器5根據(jù)命令控制繼電器打開與閉合，仿真器5根據(jù)氧傳感器的變化模型計算得到一個模擬的氧傳感器信號，通過控制該模擬信號的變化規(guī)律模擬各種氧傳感器故障。
參照圖8，由發(fā)動機實時仿真器5根據(jù)命令控制繼電器開關動作。仿真器5類似ECU輸出噴油器驅動信號，由繼電器決定噴油器是由ECU控制還是仿真器5控制，當由仿真器5控制就能輸出不同規(guī)律的驅動信號以模擬各種噴油器故障。
參照圖9，(A)為汽車電子控制系統(tǒng)原理與維修課件，主要是用文字與實物圖片，線路圖形式系統(tǒng)介紹相關的工作原理，使用與故障檢測方法。(B)發(fā)動機數(shù)據(jù)流觀察模塊是通過計算機通信實時把ECU內部的數(shù)據(jù)調出來，在PC機上以數(shù)據(jù)表格、圖形曲線方式再現(xiàn)相關變量的變化過程。(C)故障設置與修復操作模塊采用兩種方式設置故障，一是針對故障原因，直接產(chǎn)生故障點；二是針對故障現(xiàn)象，模擬相應的故障場景。(D)發(fā)動機控制規(guī)律實驗是以發(fā)動機仿真器取代真實發(fā)動機，讓用戶在PC機上進行修改發(fā)動機控制參數(shù)并觀察實驗結果的模塊。(E)汽車工作原理動畫演示是以彩色動畫，用戶能操控的形式系統(tǒng)展示汽車各零部件的工作原理與工作過程。(F)使用操作幫助是整個實訓教學軟件的在線幫助系統(tǒng)。(G)計算機聯(lián)網(wǎng)電子考試模塊是以教師計算機為主機，學生計算機為從機，讓學生直接在計算機上操作考試并自動評分的電子考試系統(tǒng)。
權利要求1.一種汽車發(fā)動機技術實訓教學系統(tǒng)，其特征在于包括安裝于展示架(1)上的標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置(2)、K線與RS232通信轉化器(3)、上位PC機(4)、發(fā)動機實時仿真器(5)，標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置(2)中的電子控制單元(ECU)通過K線與RS232通信轉化器(3)與上位PC機(4)通訊，發(fā)動機實時仿真器(5)與標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置(2)相連，并通過通信接口與上位PC機(4)通訊。
2.根據(jù)權利要求1所述的汽車發(fā)動機技術實訓教學系統(tǒng)，其特征在于發(fā)動機實時仿真器(5)包括開關量信號處理電路(5-1)、模擬量信號處理電路(5-2)、PWM信號濾波電路(5-3)、智能功率模塊及其驅動電路(5-4)、單片機(5-5)、光電隔離RS232接口電路(5-6)、RS232接口電路(5-7)，開關量信號處理電路(5-1)及模擬量信號處理電路(5-2)的輸出送到單片機(5-5)，單片機(5-5)的輸出送到PWM信號濾波電路(5-3)及智能功率模塊及其驅動電路(5-4)，單片機(5-5)還與光電隔離RS232接口電路(5-6)及RS232接口電路(5-7)相接。
3.根據(jù)權利要求1所述的汽車發(fā)動機技術實訓教學系統(tǒng)，其特征在于標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置(2)中的碳罐閥(2-1)、進氣歧管(2-2)、節(jié)氣門總成(2-3)、燃油壓力調節(jié)閥(2-4)、噴油管(2-5)、進油管與回油管(2-6)、信號測量端子(2-7)、燃油壓力指示表(2-8)、燃油濾清器(2-9)、分電器(2-10)、火花塞(2-11)、碳罐(2-12)、汽車儀表總成(2-13)、發(fā)動機電子控制單元(ECU)、繼電器組(2-15)、曲軸信號盤(2-16)、高壓點火線圈(2-17)、油泵(2-18)、透明油箱(2-19)裝于展示架(1)的正面。
專利摘要一種汽車發(fā)動機技術實訓教學系統(tǒng)，其特征在于包括安裝于展示架上的標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置、K線與RS232通信轉化器、上位PC機、發(fā)動機實時仿真器，標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置中的電子控制單元ECU通過K線與RS232通信轉化器與上位PC機通訊，發(fā)動機實時仿真器與標準發(fā)動機電子燃油噴射與點火裝置相連，并通過通信接口與上位PC機通訊。本實用新型結構合理，可高度逼真再現(xiàn)發(fā)動機工作的全過程，能在PC計算機上設置各種實際車輛運行過程中碰到的復雜故障，并能系統(tǒng)開展發(fā)動機控制規(guī)律實驗，使受訓人員可直接觀察發(fā)動機內部的動態(tài)過程，教學效果好。
文檔編號G09B25/02GK2879325SQ20052005734
公開日2007年3月14日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權日2005年4月25日
發(fā)明者肖兵, 李樹英 申請人:廣州萬得福汽車電子數(shù)碼檢測設備有限公司