CN108399816A - 一种柴油机电控教学模拟系统与模拟方法 - Google Patents
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Abstract
一种柴油机电控教学模拟系统与模拟方法属于柴油机教学领域。实现的功能：辅助教师讲解柴油机ECU控制逻辑，传感器与执行器工作方式；模拟各种柴油机常见故障并排除故障，方便学生做各种故障排除实验，积累维修经验；特点：可以回放真车运行时路谱文件以及故障模拟路谱文件，达到模拟固定时间段整车运行状况的效果；可以实时监控ECU发出的报文数据了解ECU状态。创新性：采用了真实设备与虚拟发动机相结合的教学方式，使用虚拟发动机回放故障路谱文件的方法来进行故障诊断教学。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油机电控教学模拟系统与模拟方法，属于柴油机教学领域。
背景技术
传统电控柴油发动机教学主要分为理论与实践两个方面，理论是为了让学生掌握相关的专业知识，培养专业素养，而最主要的是要给学生演示与实践。现如今的高等院校与高职院校，在电控柴油机教学平台搭建方面卓有成效，但缺乏结合具体实际的教学演示方法，现有的教学方法或是成本高，演示不便，或是不直观，实践性不高。
对于汽车维修行业，特别是汽车发动机故障检测来说，代换检测是最好的故障检测方法之一，但现技术中对于不同车型的汽车发动机，由于条件的限制，汽车维修企业不可能存储各种备件以方便进行代换检测，因此，需要一种功能广泛、使用方便的模拟系统与模拟方法来进行故障诊断教学。
现如今的电控教学方法主要分为两种：一是实物教学，让学生对真实的电控柴油机进行拆装或将柴油机中电控单元导线引出，接上真实的传感器执行器来教学，这种方法操作起来十分复杂，而且发动机部件损耗比较严重。二是虚拟教学，通过电脑软件模拟发动机运行工况，模拟各种故障，让学生在虚拟环境下学习电控理论与故障诊断方法，这种方法没有给学生直观的概念，只能靠学生的想象，不能有效的培养实践能力。随着国家对柴油机电控技术的重视程度不断提高，开发出一种功能齐全的半真实半虚拟的柴油机教学模拟系统是十分有必要的，既可以辅助教师传授柴油机电控以及维修方面的知识，又可以让学生提高实践能力，降低了学生操作真实发动机时的部件损耗，避免了学生只凭借理论与想象来学习柴油机电控。
发明内容
本发明的目的是针对现有柴油机电控教学方法的缺陷，提供一种半真实半虚拟的，可以模拟发动机故障的教学模拟系统与模拟方法。
本发明提出一种柴油机电控教学模拟系统与模拟方法，能够模拟柴油机运行以及各种柴油机常见故障。目的是辅助教师进行柴油机电控以及故障诊断方面的教学，为学生掌握柴油机电控以及故障诊断方法提供方便。
ECU正常工作是多类型的信号共同作用的结果，电压信号，数字信号，频率信号，本发明的一个关键点是能同时模拟出这些类型的信号，具体实现方法为：通过虚拟发动机中的教学软件回放故障路谱文件，得到数字信号，数字信号通过D/A转换板，转换成0至5V电压信号，此时大部分信号已经输入ECU，只剩频率信号，本发明实现了用一块自主设计的信号转换板，将变化的电压信号，转换为可以被ECU接受的频率信号，多类型信号通过不同的方式模拟，最终实现正常驱动ECU的目的。
本发明的模拟系统包括真实的电控单元与执行器，虚拟的发动机，真实的故障诊断与监控软件。
所述模拟方法为操作者使用真实可操作设备改变起动，油门，刹车信号，发送给电控单元，并可以在电脑上监控；选择需要模拟的故障，回放故障路谱文件，实现一种真实与虚拟结合的故障诊断教学方法。
所述故障诊断与监控软件为上位机软件编程所得，可以通过读取CSV格式数据文件，经过内部设定的标定值，将路谱文件中的数据进行处理，合乎条件的传输给D/A板卡，实现信号转换。此软件还可以对CAN通讯进行监控，将ECU发出的CAN报文以仪表的形式呈现给操作者，可直观监测ECU运行状态。
所述真实路谱文件以及故障路谱文件是通过标定软件采集的dat文件转化为csv文件所得。
所述故障模拟路谱文件可模拟汽车发动机传感器、执行器及线路的断路、接触不良等故障，还可模拟传感器信号来分析或判断发动机故障，便于理实一体教学，也可辅助用于发动机的故障诊断与检修。
所述故障模拟路谱文件采集方法为：通过上述模拟系统模拟真实发动机，使用标定软件将不需要的故障屏蔽，只留下想留的故障，此时使用标定软件的数据采集功能，采集一段时间有故障的路谱文件，随后通过该模拟系统恢复故障，再采集一段时间正常运行的路谱文件进行对比。重复上述操作，将常见故障采集完毕后，封装路谱文件，方便教学时操作者对想要模拟的故障进行选择。
本发明的创新性体现在：1、采用半虚拟半真实模拟教学，具体就是使用虚拟发动机模拟信号，发送给ECU来代替真实传感器，规避了传统教学时柴油机电控单元接入真实传感器后，演示不便的问题。2、用回放路谱文件的形式来模拟故障，较为简单的完成故障诊断教学。
附图说明
图1是发明的系统原理图；
具体实施方式
根据图1所示，这里提供一种柴油机电控教学模拟系统的实施方式，包括电控单元，水温传感器，进气压力温度传感器，磁电传感器，霍尔传感器，喷油器，油量计量单元，继电器，平板电脑，教学软件，故障模拟数据包。
所述水温传感器是真车使用的实物，没有接入ECU，仅供观察与演示。
所述进气压力温度传感器是真车使用的实物，没有接入ECU，仅供演示教学。
所述磁电与霍尔传感器是实物，用以辅助教师讲解此两种传感器工作原理。
所述喷油器，油量计量单元，继电器均是实物，并且接入了ECU，可以用来模拟执行器故障。
所述平板电脑采用工业触屏式平板电脑，安装WIN7 32位操作系统，内置D/A转换板，用以输出电压信号。
所述教学软件包含监控ECU反馈的报文信息，回放路谱文件，模拟电位器旋钮发送信号给ECU等功能。
所述故障模拟数据包是在发动机传感器或执行器故障时，通过标定软件采集的数据。
组装完毕后，教学时需要模拟某种故障，只需在教学软件中选择，即可自动回放该故障的路谱文件。
以上所述仅为本发明的较佳实施案例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种柴油机电控教学模拟系统，其特征在于：包括真实的电控单元与执行器，虚拟的发动机，真实的故障诊断与监控软件；通过操作者使用真实可操作设备改变起动，油门，刹车信号；或通过回放路谱文件，将文件中数字信号处理后，发送给电控单元，再由电控单元驱动执行器，模拟出真实柴油机，实现一种介于真实与虚拟之间的半模拟教学方法；
数字信号通过D/A转换板，转换成0至5V电压信号，此时大部分信号已经输入ECU，只剩频率信号，用一块信号转换板，将变化的电压信号，转换为可以被ECU接受的频率信号，多类型信号通过不同的方式模拟，最终实现正常驱动ECU的目的；
所述虚拟发动机，其实现故障诊断模型的方法在于：故障路谱文件根据采样时间播放，达到模拟传感器信号的目的，这些数字信号通过D/A板卡形成0至5伏电压，发送给ECU，使ECU内部实现信号基于时间的更改，即发动机工况的更新，实现故障的模拟。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：虚拟发动机，其播放路谱文件的方法在于通过Labview上位机编程得到一款软件，通过读取CSV格式数据文件，经过内部设定的标定值，将路谱文件中的数据进行处理，合乎条件的传输给D/A板卡，实现信号转换；对CAN通讯进行监控，将ECU发出的CAN报文以仪表的形式呈现给操作者，直观监测ECU运行状态。
3.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：所述故障路谱文件，其实现方法为通过上述模拟系统模拟真实发动机，使用标定软件将不需要的故障屏蔽，只留下想留的故障，此时使用标定软件的数据采集功能，采集一段时间有故障的路谱文件，随后通过该模拟系统恢复故障，再采集一段时间正常运行的路谱文件进行对比；重复上述操作，将常见故障采集完毕后，封装路谱文件，教学时对想要模拟的故障进行选择。
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