[汽车电控发动机教学试验台设计方案探析] 发动机电控系统的组成

　　摘 要：在高职院校的汽车类专业教学中，为了更好的实现“教学做”一体化，设计“捷达汽车电控发动机教学实验台”，可模拟汽车常见电控系统故障，是用于现代汽车电子技术等相关专业的教育与培训重要的设备。本文简述实验台的设计要求、结构特点，并详细介绍实验台的功能，最后分析实验台的应用与发展。
　　关键词：电控发动机；试验台；教学设计
　　中图分类号：02 文献标识码：A
　　1 基本思路
　　现在教学中常用的汽车电控发动机教学试验台是带有发动机的综合实验台，这样的实验台在教学上应用不灵活，受教学空间影响较大，并且制造成本昂贵。本文设计的基本思路是，设计一个便携式一体化的发动机试验台服务于教学，应具备体积小、质量轻、价格低、空间实用性强等特点，但具备发动机电控系统的主要功能。
　　2 可行性分析
　　用于教学的电控发动机实验台应主要有两种功能：演示发动机电控系统工作原理和模拟故障的功能。
　　2.1 演示发动机电控系统工作原理的功能
　　目前用于演示发动机电控系统工作原理的方法主要有三种，第一种是利用实验台显示面板的图形表示，如长安大学研制的电控发动机故障模拟实验台，发动机电控系统的原理图印制在显示面板的正面，为了能够方便地对发动机各个线路进行控制和检测有关信号，控制开关和检测插口都设置在显示面板正面。为了使实验台的显示面板更直观，控制面板上的电路原理图根据各部分性质的不同，分别用不同的颜色加以区分。在控制面板的背面，每一个控制开关的和检测插口都必须与发动机的实际线路相连，即每一个传感器、执行器和信号线、接地线等在进入发动机电控单元或者由发动机控制单元输出、接地之前，必须要先与显示面板上的控制开关相连，然后经过检测插孔， 最后才能进入发动机电控单元、执行器或接地。各种电源线的连接也是如此，即电源线在进入用电单元前，先与检测插孔相连，再经过控制开关，最后接入用电单元。这样设计不仅可以方便地实现对各种信号、电源等的控制，而且由于每个控制开关和检测插孔都在显示面板上相应的电路原理图中，所以比较直观。这是最简单的一种表达方式。第二种演示发动机电控系统工作原理的表达方式是利用LED显示，将发动机电控系统的原理图制作在实验台的显示面板上，发动机电控系统原理图中的传感器、执行器、电源和搭铁线路由LED显示灯表示。通过操纵控制开关，LED显示灯将依次点亮，表示从电源到ECU、从传感器到ECU、从ECU到执行器、从ECU到搭铁等电路中的电流，从而直观地表达发动机电控系统的工作原理。第三种演示发动机电控系统工作原理的表达方式是利用安装在显示面板上的液晶显示屏显示输出的方式。如德国爱瑞(ELWE)公司生产的Motronic3.8.2发动机电控系统实验台，各种传感器、发动机控制单元、执行器实物都安装在实验台上，同时将发动机喷油量信号和点火提前角信号在动机实验台的液晶显示屏上用直方图表示出来，当改变输入信号时，就可以直观地显示出输出的变化。上述三种演示发动机电控原理的方式虽然比较直观，但不能精确地定量反映输出与输入之间的关系，因此不能够真实地反映发动机电控系统的工作原理和工作过程。
　　2.2　故障模拟的功能
　　作为电控发动机故障模拟的实验台可分为开关控制式和微机控制式。发动机电控系统故障的主要原因是一些传感器信号丢失或线路断路以及短路，或者传感器信号的电压幅值或频率超出了正常范围。为了模拟发动机电控系统的故障，要求发动机实验台不仅能够设置各种故障，而且要使这些故障具有重复性。例如某大学设计的发动机故障模拟实验台为开关控制式，主要由VOLVO823OF发动机及其电控系统、故障模拟装置、显示面板及电涡流测功机、AVL五气体分析仪、电子秤、点火提前角仪、示波器、信号发生器及数字式万用表等相关的测试设备组成。其中故障模拟装置主要由相关的控制开关、检测插口等组成，其主要作用是根据需要人为地为各传感器、执行器、控制单元、线路等设置故障。故障模拟装置的控制开关及检测插口装在显示面板上相应的电路中。控制显示面板上的控制开关，可以设置不同的故障。故障设置后，通过诊断座上的插孔和按钮可以直接调出故障代码，另外通过相应的检测设备可以检测出该故障对发动机的动力性、经济性以及排放性的影响。实验台不仅可以通过控制开关的通断模拟传感器、执行器、控制单元和线路的故障，而且可以利用信号发生器向发动机控制单元发出模拟信号，替代发动机电控系统原传感器信号，当使模拟信号的大小、频率等改变时，可以检测发动机性能参数的变化并读取故障码。如果模拟信号超出了允许的范围，就会产生故障码并引起发动机工作性能的相应改变，这样就可以演示发动机故障形成的过程以及对发动机工作造成的影响。以上两种故障模拟装置，开关控制式功能较差，结构比较简单；微机控制式功能较强，但结构比较复杂。
　　3 便携式发动机实验台可行性设计的思路
　　在分析了国内外发动机电控系统实验台研制情况的基础上，系统地分析现代汽车发动机电控系统的组成和工作原理；研究实验台的AHP发动机的控制功能和控制原理:分析了AHP发动机控制系统的电路；构成便携式发动机实验台的设计的基本思路：对捷达发动机AHP电控系统实验台进行研究，对实验结果进行分析，设计了实验台的故障模拟电路系统，传感器信号模拟系统，发动机电控单元输出信号显示系统；在完成发动机电控系统实验台的研究和试制后，设计了发动机电控系统控制原理实验和发动机电控系统故障设置与诊断实验的方法，根据设计的实验方法进行实验:并对起动过程控制，进气量、节气门开度、冷却液温度、进气温度、氧传感器信号变化对控制结果的影响等实验结果进行了分析，达到如下设计目标：
　　①使捷达发动机AHP电控系统落实在实验台上。
　　②实现捷达发动机AHP电控系统在实验台上平稳的工作。
　　③适应实验教学的需求
　　a形象直观、示教功能强、教学演示生动。
　　b实现汽车电子控制系统的功能模拟以及快速故障设置。
　　c通过对故障诊断端子监测、实现控制系统故障分析。
　　d快捷、方便的与外部检测诊断设备进行连接，实现数据流输出，执行部件动态测试，自适应匹配功能。
　　e实验台操作简便。实验台美观、实用、移动性强，能直接进行教学，不受空间影响。
　　④总体设计功能强
　　a.故障诊断功能：结合控制系统本身的故障自诊断功能可以任意设置故障，通过台面设计的功能区，进行设置故障和诊断故障，利用实验台模拟汽车发动机电控系统，实现发动机电控系统的功能演示，使学生了解和掌握系统的结构原理及工作特性。
　　b在线诊断功能：实验台设有一个诊断端子接口系统，可以与发动机分析仪、故障分析仪、示波器等相连，直接测量输出信号，进行实车故障诊断与分析实验教学过程。
　　c实验台效果:显示效果生动逼真，可以真实反映出系统的组成及控制过程，并且实验台具有可操控性能，可以动态测试，实验台的制作解决了学生不便于基本概念的形成，工作原理的理解，专业技能的掌握。
　　d效果分析：实验台开出实验的系统性和实用性，学习利用的高效性，操作的安全性和简捷性，以及人机间的教学互动性等使用特色，有利于教师改善教学环境、方法和手段，增强学生的教学活动的参与性和主动性。
　　e设置功能:我们在电路中设置了一些短路及断路开关，这样我们就可以通过遥控开关的通断来模拟汽车发动机电控系统的故障，教学人员可以通过遥控开关方便的设置故障，故障现象真实、简单、直接。
　　结语
　　捷达汽车电控发动机教学实验台作为教学设备，其设计体现更加实用、便捷、直观、成本低的特点。伴随着汽车工业和汽车新技术的发展而发展的，实验台的功能需要不断升级，可以通过预留外界端口或是对其控制线路进行适当的改造，以满足教学应用的需求。
　　参考文献
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　　[2]赵晓军，于春鹏.汽车电控发动机实验台设计与应用研究[J].黑龙江交通科技，2008(5).
　　[3]于春鹏，李涵武，鲍宇.丰田5A-FE型电控发动机实验台设计[J].应用科技，2008(2):4.