微型車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)電一體實(shí)訓(xùn)臺(tái)架故障設(shè)置裝置的設(shè)計(jì)方案

王燕兵　賴雅麗　佘勇　帥宗良

摘 要：當(dāng)今，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)日新月異，革新速度十分迅速，尤其是傳統(tǒng)汽車燃油供給及電子點(diǎn)火系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)電子的核心，是發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)維修從業(yè)人員必須掌握的基本技能。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的故障不再像傳統(tǒng)類型那樣概括為純油回路或電路故障，但故障應(yīng)歸納為傳感器部分，ECM部分，執(zhí)行器或管線部分。傳統(tǒng)的故障診斷方式無(wú)法滿足當(dāng)代汽車技術(shù)革新帶來(lái)的維修需求，現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)訓(xùn)練裝置拆裝裝配困難，機(jī)電設(shè)備和設(shè)備成本高等因素提高對(duì)車輛維修人員和受訓(xùn)人員的要求更高。本文針對(duì)上述問(wèn)題開發(fā)了微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)電一體化培訓(xùn)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：微型發(fā)動(dòng)機(jī) 實(shí)訓(xùn)臺(tái)架 故障設(shè)置

Design Scheme of Fault Setting Device for Micro-vehicle Engine Electromechanical Integrated Training Bench

Wang Yanbing Lai Yali She Yong Shuai Zongliang

Abstract：Today， automobile engine electronic control technology is changing with each passing day， and the speed of innovation is very rapid. In particular， traditional automobile fuel supply and electronic ignition system， as the core of modern automobile engine control system electronics， are the basic skills that engine inspection and maintenance practitioners must master. At the same time， the fault of the engine electronic control system is no longer summarized as a pure oil circuit or circuit fault like the traditional type， but the fault should be summarized as the sensor part， ECM part， actuator or pipeline part. Traditional fault diagnosis methods cannot meet the maintenance needs brought about by the technological innovation of contemporary automobiles. The existing engine training device is difficult to disassemble and assemble， and the high cost of electromechanical equipment and equipment has increased the requirements for vehicle maintenance personnel and trainees. In this paper， a training platform for the mechatronics integration of micro-vehicle engines is developed for the above-mentioned problems.

Key words：micro engine， training bench， fault setting

1 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架改進(jìn)設(shè)計(jì)思想

微型車輛發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)電綜合訓(xùn)練平臺(tái)可以模擬與真實(shí)車輛一致的各種發(fā)動(dòng)機(jī)故障，不僅可以設(shè)置進(jìn)氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，供油系統(tǒng)等的故障，更重要的是可以模擬電控發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的故障，與傳感器，執(zhí)行器，控制線和電子控制單元有關(guān)的故障。故障類型是典型和全面的，并且存在許多因素的變化。同時(shí)，培訓(xùn)平臺(tái)還提供了豐富的測(cè)試內(nèi)容和方便的檢測(cè)端口，使學(xué)員能夠在培訓(xùn)平臺(tái)上反復(fù)模擬測(cè)試，并對(duì)電子參考量之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)研究。控制發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分，了解各種工作條件。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECM控制參數(shù)和執(zhí)行器，傳感器和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，觀察各種故障現(xiàn)象，了解各種傳感器，執(zhí)行器和相關(guān)電路對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的影響，加強(qiáng)對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的了解，提高使用和維護(hù)水平[1-2]。此外，我們的教學(xué)人員還可以進(jìn)行生產(chǎn)和開發(fā)，獲取相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)，研究和開發(fā)電控發(fā)動(dòng)機(jī)及其電子元件，提高其理論和實(shí)際操作水平。因此，該設(shè)計(jì)具有很高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景[3-4]。

為了更好地培訓(xùn)從事汽車維修人員的職業(yè)技能，使其在貼近維修企業(yè)實(shí)際崗位的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)訓(xùn)實(shí)操，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于實(shí)際崗位工況的、安全便捷的、真實(shí)直觀的呈現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)工作原理，同時(shí)兼?zhèn)湓O(shè)置常見(jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障，且在設(shè)置故障后便于采用相關(guān)檢測(cè)儀器，，用于故障診斷和消除測(cè)試設(shè)備（如故障解碼器和示波器）的培訓(xùn)平臺(tái)。為了更好地再現(xiàn)原有發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)功能，在改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)電路設(shè)置、發(fā)動(dòng)機(jī)故障設(shè)置及系統(tǒng)檢測(cè)與故障排除，該系統(tǒng)必須具備以下需求：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)性能工作不變

發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電子控制單元ECU電路較為復(fù)雜，必須精確分析其電路布線，然后精確設(shè)計(jì)控制面板，面板接線必須確保絕緣性良好，避免短路、虛接等不良現(xiàn)象。由于ECU容易外部信號(hào)干擾導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況不佳，因此必須全面考慮ECU接線板中相關(guān)屏蔽線路設(shè)置，例如爆震傳感器相關(guān)線路必須做好屏蔽以防止相互干擾影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)保證原車線路無(wú)人為損壞。

2）保證發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)相關(guān)故障設(shè)置的可靠性、多樣性和便捷性

鑒于影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的某些工況難以模擬，其故障現(xiàn)象難以再現(xiàn)，但是該故障卻是提升汽車維修人員技能的必備技能，因此發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架必須再現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)任何工況下的各種實(shí)際故障。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置故障時(shí)相關(guān)檢測(cè)分析提供真實(shí)的數(shù)據(jù)支持

本系統(tǒng)不僅要具備直觀觀察發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行相關(guān)故障現(xiàn)象，還需采用相關(guān)測(cè)量?jī)x器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)故障相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行分析判斷。我們的發(fā)動(dòng)機(jī)電控訓(xùn)練臺(tái)架專為傳感器和執(zhí)行器故障而設(shè)計(jì)。

4）經(jīng)濟(jì)合理

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮諸如工況需求，發(fā)動(dòng)機(jī)性能和臺(tái)架成本等因素。必須避免僅僅為了追求高性能設(shè)備而實(shí)際需求和忽視經(jīng)濟(jì)成本的趨勢(shì)，從而避免不必要的性能、時(shí)間、經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)。所研發(fā)的硬件功能以充分實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值為努力發(fā)展的方向，同時(shí)在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件時(shí)必須高度重視其成本控制。

5）安全可靠

設(shè)備硬件系統(tǒng)的組成及相關(guān)的元器件必須性能穩(wěn)定且質(zhì)量可靠。例如，在各種工作條件下，不會(huì)發(fā)生誤操作，繼電器應(yīng)分開并徹底分開，避免虛接。線束之間連接必須牢靠，且在惡劣工況下不松動(dòng)或虛接等不良現(xiàn)象的發(fā)生。實(shí)訓(xùn)臺(tái)相關(guān)線路焊接點(diǎn)必須牢靠不存在虛焊、漏焊等現(xiàn)象，防止不良焊點(diǎn)損壞線路和儀器。設(shè)備儀器接地回路連接牢靠。檢測(cè)設(shè)置裝置與控制系統(tǒng)連接安全可靠，確保實(shí)訓(xùn)臺(tái)架運(yùn)行安全是臺(tái)架設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則。同時(shí)，培訓(xùn)平臺(tái)確保了操作人員的安全和移動(dòng)的便捷性。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架的總體改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過(guò)綜合分析，確定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)實(shí)操設(shè)備的總體構(gòu)成（圖1），發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的基本組成部分（圖2），以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的電路故障控制模式（圖3）。

3 故障設(shè)置裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障設(shè)置主要是根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的典型故障進(jìn)行故障再現(xiàn)設(shè)置，如設(shè)置傳感器信號(hào)和執(zhí)行器電路的故障，包括斷路、短路、偶發(fā)、接觸不良、CAN線反接故障。為了便于用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)，兼顧設(shè)備成本，提升實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用便捷性，本文開發(fā)了一種覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)全部電控故障設(shè)定裝置。該裝置在保證整車結(jié)構(gòu)完整，各控制系統(tǒng)、傳感器、執(zhí)行器齊全，均可正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，通過(guò)便捷測(cè)量組件在不破壞原車電路的情況下通過(guò)專用線束如圖5（b）與整車連接，確保連接后整車功能完整，保持原車說(shuō)所用功能。智能化故障設(shè)置裝置總體框架如圖4所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷實(shí)訓(xùn)臺(tái)是以某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，開發(fā)出的一套用于故障設(shè)置及故障排查的實(shí)訓(xùn)臺(tái)架。為實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)故障的設(shè)置與排除等基本功能，在實(shí)訓(xùn)臺(tái)架的側(cè)面設(shè)有故障點(diǎn)設(shè)置箱，我們?cè)诓黄茐脑嚹切╇娐非闆r下，這樣可以輕松的串聯(lián)在相應(yīng)的控制模塊和原車線束之間，每一個(gè)線束插件對(duì)應(yīng)一個(gè)故障點(diǎn)，可設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)電腦控制單元J623與傳感器或執(zhí)行元件任意線路故障（短路、斷路、虛接等）。這樣達(dá)到在不損壞、不破壞和改變那些原有線路及原有插頭的情況下，我們教師可以更加方便快捷地對(duì)某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)電路進(jìn)行相應(yīng)的故障設(shè)置，這樣就可以基本模擬實(shí)車故障。這樣同時(shí)可以使用那些故障診斷設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)的故障碼和數(shù)據(jù)流的讀取，而且這個(gè)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架控制面板上也安裝了帶有對(duì)應(yīng)檢測(cè)功能的端子、這樣就可以通過(guò)使用示波器、萬(wàn)用表等其他的維修工具直接測(cè)量某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上傳感器、相應(yīng)執(zhí)行元件、一些ECU中的相關(guān)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，比如類似電阻值、一些電壓值、電流值及相關(guān)的那些信號(hào)波形等。

發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)實(shí)操臺(tái)架未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用全面發(fā)展的結(jié)果。智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的革新給發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架故障數(shù)值模擬帶來(lái)了實(shí)現(xiàn)的可能，基于故障模擬技術(shù)可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，理論和實(shí)踐培訓(xùn)以及技術(shù)研發(fā)。對(duì)此實(shí)訓(xùn)臺(tái)架進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是完成一個(gè)電子控制的發(fā)動(dòng)機(jī)培訓(xùn)平臺(tái)，用于實(shí)驗(yàn)，教學(xué)實(shí)訓(xùn)和故障診斷排除。由于設(shè)備成本控制以及其他因素的影響，本臺(tái)架所使用的設(shè)備是電子專業(yè)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品和其他一些外購(gòu)部件，電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)電路根據(jù)實(shí)訓(xùn)需求進(jìn)行了改進(jìn)，使實(shí)訓(xùn)實(shí)操平臺(tái)的研發(fā)達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)各項(xiàng)功能及實(shí)訓(xùn)臺(tái)架各項(xiàng)功能需求等其他方面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架進(jìn)行了深入分析和全面考慮，由此制定了發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)實(shí)操臺(tái)架的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案、發(fā)動(dòng)機(jī)全系統(tǒng)故障設(shè)置裝置、故障檢測(cè)面板設(shè)計(jì)方案等，基于實(shí)際使用和經(jīng)濟(jì)成本考慮選定了系統(tǒng)硬件和軟件系統(tǒng)，從整體上把握發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)檢測(cè)臺(tái)架的改進(jìn)過(guò)程，為以后的優(yōu)化和研究打下良好的理論基礎(chǔ)。

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