CN113257065B - 基于实车的汽车电控系统实训平台及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实车的汽车电控系统实训平台，解决现有技术需要依靠模拟系统模拟产生实车工况参数信号或者采用汽车电控系统实验台来模拟实车工况参数信号，进行汽车相关参数测试，不能对真实的实车工况参数信号进行在线测试，同时解决了现有技术只能靠自身单片机系统检测正确与否，不能将实训连接的电控系统电路接入实车进行验证导致实车故障判别困难、判别不精准的问题。本发明利用实车诊断接口将实车电控系统参数信号输入主控电路，并传送到电控系统实训平台，可以直接在实训平台上测试实车工况参数；并且在学习者完成电路连接实训后经系统检测正确后，可以将实训连接完成的电控系统电路接入代替实车原有电控系统进行工作验证。

Description

基于实车的汽车电控系统实训平台及其实现方法

技术领域

本发明涉及汽车电控系统教学领域，具体涉及基于实车的汽车电控系统实训平台及其实现方法。

背景技术

实车电控系统故障判别，需要有经验的技工对实车进行一系列复杂的操作检测来进行故障判别，并且在判别时往往不是很准确，给汽车维修带来了麻烦。

基于此，用于教学培训的汽车电控系统的实训平台也应运而生，例如常见的汽车电控ABS制动系统实训设备、汽车电控SRS安全气囊系统实训设备、汽车电控转向系统实训设备，等等。申请人也于2019年设计了一种汽车发动机电控系统模拟实训平台(公开号：CN111028604A)，可以模拟汽车发动机极值工况，解决获取汽车发动机极值工况相关参数信息困难的难题。

然而，现有的这些汽车电控系统故障判别的实训平台，一方面，要么只能针对单一部件或系统(例如ABS、SRS或转向系统)进行故障诊断和实训，功能不够丰富；要么基本是靠模拟系统模拟产生实车工况参数信号或者采用汽车电控系统实验台来模拟实车工况参数信号，进行汽车相关参数测试，不能对真实的实车工况参数信号进行在线测试，操作上局限性较大；另一方面，由于这些实训平台的实训情况只能靠自身单片机系统检测正确与否，不能将实训连接的电控系统电路接入实车进行验证，因而容易故障判别困难、判别不精准的问题，需要多次操作来做进一步确认，不仅耗时耗力，而且也导致了实训效果大打折扣。

因此，有必要对此种情况进行改进。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于实车的汽车电控系统实训平台及其实现方法，能进一步提升故障判别的精准度，在汽车电控系统方面，更加具备教学实训的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于实车的汽车电控系统实训平台，包括主控电路和电控系统实训平台；

所述主控电路包括安装于实车上并与该实车的诊断接口相连接的整车控制器和分别与该实车各电控系统一一对应连接的转换开关；所有转换开关均与整车控制器连接；所述整车控制器与电控系统实训平台连接，转换开关在整车控制器的控制下，可使电控系统实训平台接入实车各电控系统中；所述整车控制器还连接有投影仪；

所述电控系统实训平台包括依次连接的ARM单片机、D/A转换器、运算放大电路、“ECU及连接端口”、“仪器/仪表测试接入端口1”，与ARM单片机连接并可外接汽车解码器的诊断仪读码接口，以及受ARM单片机控制的继电器组和“传感器、执行器、电源或搭铁端口”、“仪器/仪表测试接入端口2”；所述ARM单片机与整车控制器通讯；所述“ECU及连接端口”、“传感器、执行器、电源或搭铁端口”与继电器组连接；所述“仪器/仪表测试接入端口2”与“传感器、执行器、电源或搭铁端口”连接。

具体地，所述整车控制器通过设置在其上的VGA输出接口连接投影仪。

再进一步地，所述整车控制器连接有主控无线发射接收模块，所述ARM单片机连接有无线发射接收模块；所述整车控制器通过主控无线发射接收模块与无线发射接收模块的连接实现与ARM单片机之间的无线通讯。

更进一步地，所述整车控制器还连接有便于对主控电路进行人机交互操作的主控触摸操作屏。

同时，所述ARM单片机还连接有便于对电控系统实训平台进行人机交互操作的触摸操作屏。

根据上述系统设计，本发明基于一个总的发明构思下，还提供了基于实车的汽车电控系统实训平台的实现方法，包括实车信号参数测试模式和电控系统电路连接实训模式，其中：

实车信号参数测试模式包括以下步骤：

(1)学习者通过电控系统实训平台上的触摸操控屏控制菜单的操作，使电控系统实训平台处于实车信号参数测试模式；

(2)主控电路控制转换开关处于常闭状态，使实车电控系统控制电路接入实车电路，使实车正常工作，然后主控电路通过实车自身的诊断接口采集到实车电控系统相关信号参数及各类工况信号，并将实车各类参数信号及工况参数信号发送到电控系统实训平台中的ARM单片机；

(3)ARM单片机将实车工况参数经D/A转换器、运算放大电路送到“ECU及连接端口”后，再与“ECU及连接端口”连接的“仪器/仪表测试接入端口1”对相应的实车各类参数信号及工况参数信号进行测试；

或者，控制与“ECU及连接端口”相连的继电器组相应常开触点闭合，使ECU端口与各类汽车电控系统中的器件端口相连接，构成汽车电控系统电路；然后将实车工况参数传送给与“传感器、执行器、电源或搭铁端口”相连的“仪器/仪表测试接入端口2”供学习者进行实车各类参数信号及工况参数信号测试；

(4)学习者根据测试的参数信号判别各类电控系统故障；

电控系统电路连接实训模式包括以下步骤：

(1)学习者通过电控系统实训平台上的触摸操控屏控制菜单的操作，使电控系统实训平台处于电控系统电路连接实训模式；

(2)ARM单片机控制继电器组触点断开，学习者进行电控电路连接实训，将电控系统实训平台上的“传感器、执行器、电源或搭铁端口”和“ECU及连接端口”按实际电路用导线连接好，完成电路连接实训；

(3)ARM单片机发送信号到电路入口，通过ARM单片机在“仪器/仪表测试接入端口1”和“仪器/仪表测试接入端口2”处接收检测信号，判别电路连接正确与否；

(4)ARM单片机将电路连接情况发送到整车控制器，通过与整车控制器连接的投影仪直接展现实训连线正确与否信息；

若ARM单片机检测电路正确，则通过电控系统实训平台上的触摸操控屏控制菜单的操作，将控制命令传送到主控电路，由主控电路的整车控制器控制转换开关切换，将实车原电控系统电路切断，接入实训电路，在实车上对电路进行工作验证。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明设计了主控电路，与实车连接，通过实车诊断接口获取汽车实时参数数据、工况，并可远程将数据传输到电控系统实训平台，电控系统实训平台无线接收并读取实车实时的状态参数，学习者可以在电控系统实训平台上测试实车电控系统电路中的各类信号，操作简单、方便。

(2)本发明能对实车所有电控系统电路参数信号进行测试并进行电路连线实训，测试的所有电控系统电路参数信号均来自于真实的实车电控系统电路，不是由模拟系统模拟产生。本发明的巧妙之一在于无需设计复杂的主控电路，只需利用整车控制器(VCU)与转换开关的配合，并结合电控系统实训平台以及其上的“仪器/仪表测试接入端口”的设计，即可获得真实的实车电控系统电路信号，不仅包含了ECU，也包含了诸如ABS、SRS、转向系统等各类电控系统电路的信号。实践表明，此举是可行的，完全摆脱了需要模拟系统产生参数信号的依赖，并且因为主控电路设计简单，所以也不会对实车造成任何的影响和破坏，巧妙地以低成本的方式克服了现有技术的障碍。

如此，学习者在本发明电控系统实训平台上既可进行实车信号检测，又可进行实车控制单元的电路连接操作训练。学习者完成相关电路连线后，电控系统实训平台自动判别学习者连线正确与否，经ARM单片机检测电路连接正确后，通过无线传送将控制命令发送到主控电路，利用主控电路整车控制器控制转换开关切换，将实车相关电控电路断开，将电控系统实训平台上学习者连接电路接入，实现相关控制功能，从而检测学习者的实训完成情况；例如：在电控系统实训平台上连接车窗控制电路，触发电控系统实训平台车窗按钮，控制实车的车窗动作。

(3)本发明电控系统实训平台通过无线接收电控系统相关参数信号，通过D/A转换，运放进行信号放大，在ECU端测试点可通过万用表、示波器等仪表测试实车相关参数，同时通过测试的参数信号，判别各类电控系统故障。

(4)本发明电控系统实训平台学习者实训主要分为实车信号参数测试、电控电路连接实训两种状态。在测试模式下：由于在电控系统实训平台上设置有实车ECU、传感器、执行器、电源、搭铁端口等电控系统器件，因此根据实车电控系统电路原理，在电控系统实训平台利用继电器组开关连接电控系统器件，自动构成控制电路，在电控系统实训平台的“仪器/仪表测试接入端口1”、“ECU及连接端口”、“仪器/仪表测试接入端口2”及“传感器、执行器、电源或搭铁端口”，同样可以进行对应信号参数测试。在电控电路连接实训模式下：继电器组断开，学习者通过导线进行电路连接，构成具体的各类汽车电控系统电路，同时ARM单片机发送信号到电路入口，通过ARM单片机在各个“仪器/仪表测试接入端口”接收检测信号，判别电路连接正确与否。并将电路连接情况由电控系统实训平台无线发送到主控电路，通过与主控电路连接的投影仪直接展现各电控系统实训平台学习者实训连线正确与否信息；经实训平台检测连接正确后，主控电路切换转换开关，可将其接入实车电控系统进行工作验证。同时，通过对电控系统实训平台上触摸操控屏控制菜单的操作，学习者可以在触摸操控屏上实现汽车电控系统电路图浏览，并可上传至主控电路，在投影仪上显示相关汽车电控系统电路图，进一步巩固学习成果。

(5)本发明可利用汽车解码器通过电控系统实训平台上的诊断仪读码接口读取ARM单片机上接收的主控电路发送的实车实时参数数据、工况，从而判别实车故障。

(6)本发明在电控系统实训平台上设置“ECU及连接端口”和“传感器、执行器、电源或搭铁端口”，学习者能够通过连接导线构成相关电控系统电路，进行实车电控系统连线实训。学习者完成相关电路连线后，电控系统实训平台判别学习者连线正确与否，经ARM单片机检测电路正确后，主控电路的整车控制器控制转换开关切换，将实车自身的电控电路断开，将学习者生连接的电路与实车连接，控制操作实车上的控制对象。

(7)本发明设计对实车故障判别速度快，准确度更高，省时省力，具备了很好的实车电控电路教学实训功能，大幅完善了系统教学实训的效果，实现了汽车电控系统的各种故障检测，并打破了模拟实训的局限性，形成了一套良好的实训体系，进而为学习者获得完整的实车电控系统故障知识并能实际应用提供了良好的前置条件。

附图说明

图1为本发明系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种基于实车的汽车电控系统实训平台，用于实现汽车电控系统的教学。本发明提供的基于实车的汽车电控系统实训平台，对实车故障判别速度快、准确度高，同时还具备实车电控电路教学实训功能，可让学习者进行实际训练，判别学习者连线正确与否。

实施例1

如图1所示，本实施例系统上包括主控电路和电控系统实训平台，所述主控电路包括安装于实车上并与该实车的诊断接口相连接的整车控制器和分别与该实车各电控系统一一对应连接的转换开关；所有转换开关均与整车控制器连接。所述的整车控制器与电控系统实训平台连接，转换开关在整车控制器的控制下，使电控系统实训平台接入实车各电控系统中。

所述电控系统实训平台包括依次连接的ARM单片机、D/A转换器、运算放大电路、“ECU及连接端口”、“仪器/仪表测试接入端口1”，以及与ARM单片机连接并可外接汽车解码器的诊断仪读码接口；所述ARM单片机与整车控制器通讯(本实施例中，整车控制器连接有主控无线发射接收模块，ARM单片机连接有无线发射接收模块；整车控制器通过主控无线发射接收模块与无线发射接收模块的连接实现与ARM单片机之间的无线通讯)；所述“ECU及连接端口”由ARM单片机供电。

本实施例可用于实现实车信号参数测试，其测试流程如下：

首先，通过主控电路控制转换开关处于常闭状态，使实车电控系统控制电路接入实车电路，使实车正常工作，然后主控电路通过实车自身的诊断接口采集到实车电控系统相关信号参数及各类工况信号，并将实车各类参数信号及工况参数信号通过主控发射接收模块无线发送到电控系统实训平台中的ARM单片机。

而后，ARM单片机将实车工况参数经D/A转换器、运算放大电路送到“ECU及连接端口”后，再与“ECU及连接端口”连接的“仪器/仪表测试接入端口1”对相应的实车各类参数信号及工况参数信号进行测试。本发明亦可控制与“ECU及连接端口”相连的继电器组相应常开触点闭合，使ECU端口与各类汽车电控系统中的器件端口相连接，自动构成具体的汽车电控系统电路；然后将实车工况参数传送给“仪器/仪表测试接入端口2”及与其相连的“传感器、执行器、电源或搭铁端口”，供学习者进行实车各类参数信号及工况参数信号测试；

最后，学习者根据测试的参数信号判别各类电控系统故障。

此外，在本实施例中，所述整车控制器还连接有主控触摸操作屏；同时，所述ARM单片机也连接有一块触摸操作屏。通过对电控系统实训平台上触摸操控屏控制菜单的操作，学习者可以在触摸操控屏上实现汽车电控系统电路图浏览，并可上传至主控电路，在投影仪上显示相关汽车电控系统电路图，进一步巩固学习成果。

实施例2

还是如图1所示，与实施例1不同的是，本实施例可实现电控系统电路连接实训，具体为：整车控制器连接有投影仪(本实施例中，整车控制器通过设置在其上的VGA输出接口连接投影仪)；并且所述电控系统实训平台还包括“传感器、执行器、电源或搭铁端口”，以及与“传感器、执行器、电源或搭铁端口”连接并可接入相应的检测仪器仪表进行信号参数测试的“仪器/仪表测试接入端口2”；所述“传感器、执行器、电源或搭铁端口”与继电器组连接。

通过对电控系统实训平台上触摸操控屏控制菜单的操作，可以控制实训平台在实车信号参数测试模式和电控系统电路连接实训模式两种工作模式之间切换。当切换为电控系统电路连接实训模式时，其流程如下：

首先，通过ARM单片机控制继电器组触点断开，学习者进行电控电路连接实训，将电控系统实训平台上的“传感器、执行器、电源或搭铁端口”和“ECU及连接端口”按实际电路用导线连接好，完成电路连接实训。

而后，ARM单片机发送信号到电路入口，通过ARM单片机在“仪器/仪表测试接入端口1”和“仪器/仪表测试接入端口2”处接收检测信号，判别电路连接正确与否。

最后，ARM单片机将电路连接情况发送到整车控制器，通过与整车控制器连接的投影仪直接展现实训连线正确与否信息。

上述流程中，若ARM单片机检测电路正确，则通过电控系统实训平台上的触摸操控屏控制菜单的操作，将控制命令传送到主控电路，由主控电路的整车控制器控制转换开关切换，可将实车原电控系统电路切断，接入实训电路，在实车上对电路进行工作验证。

本发明所设计的系统，可以使学习者既可以进行实车信号检测，又可进行实车控制单元的电路连接操作训练。学习者完成相关电路连线后，电控系统实训平台自动判别学习者连线正确与否，ARM单片机发送信号到电路入口，通过ARM单片机在各个仪器/仪表测试接入端口接收检测信号，判别电路连接正确与否。并将电路连接情况由电控系统实训平台无线发送到主控电路，通过与主控电路连接的投影仪直接展现各电控系统实训平台学习者实训连线情况。

本发明不仅功能齐全、故障检测全面，而且各功能相辅相成，相互结合，大幅完善了系统教学实训的性能，形成了一套良好的实训体系，为学习者获得完整的实车电控系统知识并能实际应用提供了良好的前置条件。

Claims (5)

1.基于实车的汽车电控系统实训平台的实现方法，其特征在于，所述汽车电控系统实训平台包括主控电路和电控系统实训平台；

所述主控电路包括安装于实车上并与该实车的诊断接口相连接的整车控制器和分别与该实车各电控系统一一对应连接的转换开关；所有转换开关均与整车控制器连接；所述整车控制器与电控系统实训平台连接，转换开关在整车控制器的控制下，可使电控系统实训平台接入实车各电控系统中；所述整车控制器还连接有投影仪；

所述电控系统实训平台包括依次连接的ARM单片机、D/A转换器、运算放大电路、“ECU及连接端口”、“仪器/仪表测试接入端口1”，与ARM单片机连接并可外接汽车解码器的诊断仪读码接口，以及受ARM单片机控制的继电器组和“传感器、执行器、电源或搭铁端口”、“仪器/仪表测试接入端口2”；所述ARM单片机与整车控制器通讯；所述“ECU及连接端口”、“传感器、执行器、电源或搭铁端口”与继电器组连接；所述“仪器/仪表测试接入端口2”与“传感器、执行器、电源或搭铁端口”连接；

所述实现方法包括实车信号参数测试模式和电控系统电路连接实训模式；其中，实车信号参数测试模式包括以下步骤：

（1）学习者通过电控系统实训平台上的触摸操控屏控制菜单的操作，使电控系统实训平台处于实车信号参数测试模式；

（2）主控电路控制转换开关处于常闭状态，使实车电控系统控制电路接入实车电路，使实车正常工作，然后主控电路通过实车自身的诊断接口采集到实车电控系统相关信号参数及各类工况信号，并将实车各类参数信号及工况参数信号发送到电控系统实训平台中的ARM单片机；

（3）ARM单片机将实车工况参数经D/A转换器、运算放大电路送到“ECU及连接端口”后，再与“ECU及连接端口”连接的“仪器/仪表测试接入端口1”对相应的实车各类参数信号及工况参数信号进行测试；

或者，控制与“ECU及连接端口”相连的继电器组相应常开触点闭合，使ECU端口与各类汽车电控系统中的器件端口相连接，构成汽车电控系统电路；然后将实车工况参数传送给与“传感器、执行器、电源或搭铁端口”相连的“仪器/仪表测试接入端口2”供学习者进行实车各类参数信号及工况参数信号测试；

（4）学习者根据测试的参数信号判别各类电控系统故障；

电控系统电路连接实训模式包括以下步骤：

（1）学习者通过电控系统实训平台上的触摸操控屏控制菜单的操作，使电控系统实训平台处于电控系统电路连接实训模式；

（2）ARM单片机控制继电器组触点断开，学习者进行电控电路连接实训，将电控系统实训平台上的“传感器、执行器、电源或搭铁端口”和“ECU及连接端口”按实际电路用导线连接好，完成电路连接实训；

（3）ARM单片机发送信号到电路入口，通过ARM单片机在“仪器/仪表测试接入端口1”和“仪器/仪表测试接入端口2”处接收检测信号，判别电路连接正确与否；

（4）ARM单片机将电路连接情况发送到整车控制器，通过与整车控制器连接的投影仪直接展现实训连线正确与否信息；

若ARM单片机检测电路正确，则通过电控系统实训平台上的触摸操控屏控制菜单的操作，将控制命令传送到主控电路，由主控电路的整车控制器控制转换开关切换，将实车原电控系统电路切断，接入实训电路，在实车上对电路进行工作验证。

2.根据权利要求1所述的基于实车的汽车电控系统实训平台的实现方法，其特征在于，所述整车控制器通过设置在其上的VGA输出接口连接投影仪。

3.根据权利要求1或2所述的基于实车的汽车电控系统实训平台的实现方法，其特征在于，所述整车控制器连接有主控无线发射接收模块，所述ARM单片机连接有无线发射接收模块；所述整车控制器通过主控无线发射接收模块与无线发射接收模块的连接实现与ARM单片机之间的无线通讯。

4.根据权利要求3所述的基于实车的汽车电控系统实训平台的实现方法，其特征在于，所述整车控制器还连接有便于对主控电路进行人机交互操作的主控触摸操作屏。

5.根据权利要求4所述的基于实车的汽车电控系统实训平台的实现方法，其特征在于，所述ARM单片机还连接有便于对电控系统实训平台进行人机交互操作的触摸操作屏。

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