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SY-025-BY-1
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目審定表
指導(dǎo)教師姓名
鮑宇
職稱
高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用
是否外聘
□是√否
題目名稱
大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
課題適用專業(yè)
車輛工程
課題類型
B
課題簡(jiǎn)介：（主要內(nèi)容、意義、現(xiàn)有條件、預(yù)期成果及表現(xiàn)形式。）
主要是對(duì)大眾車系電子控制燃油噴射及點(diǎn)火系故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)來(lái)得到方便、快速、經(jīng)濟(jì)的汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。
一、 選題意義
電子控制燃油噴射及點(diǎn)火系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上的普及，由于車系、車型的差異，在汽車修理過(guò)程中，判定傳感器元件信號(hào)和電子控制單元信號(hào)導(dǎo)致的故障很困難。為此，本項(xiàng)目是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的故障，根據(jù)一些通用車型、車系傳感器的信號(hào)特點(diǎn)，模擬相關(guān)控制信號(hào)，研制出一套診斷準(zhǔn)確、操作方便、快速、經(jīng)濟(jì)的汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。
二、 主要內(nèi)容
主要內(nèi)容是診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)和控制面板的設(shè)計(jì)，車用傳感器信號(hào)程序的編制。其中，需解決的主要問(wèn)題是如何利用匯編語(yǔ)言編制出控制系統(tǒng)傳感器信號(hào)源程序，設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路，用單片機(jī)進(jìn)行分析和處理數(shù)據(jù)，將讀出的信息直接輸出在個(gè)人電腦的顯示屏上。
三、預(yù)期成果及表現(xiàn)形式
查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料，熟悉大眾車系電子控制燃油噴射和點(diǎn)火系的基本結(jié)構(gòu)，理解其控制原理和分析控制電路的工作過(guò)程。深入研究相關(guān)傳感器的工作原理，輸入和輸出信號(hào)的形式。借鑒當(dāng)前先進(jìn)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方法，利用單片機(jī)及接口技術(shù)建立故障診斷系統(tǒng)。
四、現(xiàn)有條件
仿造實(shí)驗(yàn)室同類儀器設(shè)備，進(jìn)行更新設(shè)計(jì)。
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教
研
室
意
見
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合度
□好
□較好
□一般
□較差
2
對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)及全面訓(xùn)練的程度
□好
□較好
□一般
□較差
3
選題與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度
□好
□較好
□一般
□較差
4
論文選題的理論意義或?qū)嶋H價(jià)值
□好
□較好
□一般
□較差
5
課題預(yù)計(jì)工作量
□較大
□適中
□較小
6
課題預(yù)計(jì)難易程度
□較難
□一般
□較易
教研室主任簽字： 年 月 日
系（部）教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見：
負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日
注：課題類型填寫 W.科研項(xiàng)目；X.生產(chǎn)（社會(huì)）實(shí)際；Y.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；Z.其它。
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
張代紅
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B05-18
指導(dǎo)教師姓名
鮑宇
職稱
高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用
是否外聘
□是■否
題目名稱
大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
現(xiàn)代汽車的大量使用與普及，對(duì)汽車的現(xiàn)代化保養(yǎng)與快速維修提出了新的課題(題)。在汽車修理過(guò)程中，由于車系、車型的差異，判定傳感器元件信號(hào)及電子控制單元信號(hào)導(dǎo)致的故障很困難。為此，本項(xiàng)目研究的基本思路是針對(duì)汽車電子系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)噴油，點(diǎn)火控制系統(tǒng)）經(jīng)常發(fā)生的故障現(xiàn)象，根據(jù)一些通用車型、車系傳感器信號(hào)特點(diǎn)，模擬相關(guān)控制信號(hào)，研制出一套診斷準(zhǔn)確、操作方便、快速經(jīng)濟(jì)的汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
設(shè)計(jì)內(nèi)容:
1、仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：具有較強(qiáng)的演示功能，可以實(shí)現(xiàn)隨車故障診斷以及針對(duì)不同電子控制系統(tǒng)元件進(jìn)行信號(hào)測(cè)試
2、控制面板的設(shè)計(jì)：能夠?qū)崿F(xiàn)與大眾車系不同測(cè)試車輛控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)車輛控制信號(hào)測(cè)試。
3、車用傳感器信號(hào)程序編制：編制曲軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等車用傳感器信號(hào)，并進(jìn)行調(diào)試
研究方法:
通過(guò)對(duì)大眾車系發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試分析,借助發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流的收集,總結(jié)車用傳感器信號(hào)的工作特征。獲取傳感器信號(hào)工作數(shù)據(jù)，根據(jù)信號(hào)的變化規(guī)律，利用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)模擬處理。以解決與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的匹配。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
2、設(shè)計(jì)圖紙（布置圖及電路圖）。
3、信號(hào)編制程序。
4、使用說(shuō)明書
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
(1) ：收集相關(guān)技術(shù)資料，結(jié)合任務(wù)書制定設(shè)計(jì)方案，針對(duì)具體設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，撰開題報(bào)告第1~3周( 3月5日~3月25日 )。
（2）：收集車型數(shù)據(jù)，選擇電器設(shè)備；提出實(shí)驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)架、面板等部分的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)與計(jì)算，同時(shí)繪制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖4~5周(3月26日~4月8日)。
（3）：按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，主要完成臺(tái)架的設(shè)計(jì)布局，同時(shí)繪制相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，撰寫設(shè)計(jì)草稿；針對(duì)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能；編制控制系統(tǒng)傳感器信號(hào)源程序6~8周(4月9號(hào)~4月22號(hào))。
（4）：完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行必要的電路設(shè)計(jì)，結(jié)合電器裝置繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線簡(jiǎn)圖，進(jìn)行程序調(diào)試9~10周(4月23號(hào)~5月6號(hào))。
（5）：繪制相關(guān)圖紙，按照選擇車系電路圖標(biāo)準(zhǔn)繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線圖11~13周(5月7號(hào)~5月27號(hào))。
（6）：整理設(shè)計(jì)思路，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書. 14周(5月28號(hào)~6月10號(hào)) 。
(7) ：設(shè)計(jì)(論文)審核與修改第15~16周(6月11日~6月24日)。
(8) ：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯第17周(6月25日~7月1日)。
五、主要參考資料
1、期刊類：
汽車運(yùn)用類，汽車維修類，有關(guān)大學(xué)學(xué)報(bào)等（五年內(nèi)）。
2、書：
發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造、汽車電器、汽車維修、機(jī)械設(shè)計(jì)類、制圖類、及相關(guān)專業(yè)書；
3、手冊(cè)：
汽車維修手冊(cè)等；
4、網(wǎng)絡(luò)：
關(guān)鍵詞：汽車電子控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，傳感器等。
5、其它：相關(guān)產(chǎn)品廣告，參觀有關(guān)產(chǎn)品展覽會(huì)
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
張代紅
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B05-18
指導(dǎo)教師姓名
鮑宇
職稱
高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用
是否外聘
□是■否
題目名稱
大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
現(xiàn)代汽車的大量使用與普及，對(duì)汽車現(xiàn)代化保養(yǎng)與快速維修提出了新的課題。然而，電控燃油噴射系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車中的逐漸普及，使維修人員在汽車修理過(guò)程中，由于車系、車型的差異，判定傳感器元件信號(hào)及電子控制單元信號(hào)導(dǎo)致的故障很困難。因此，本項(xiàng)目是針對(duì)汽車電子系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)噴油，點(diǎn)火控制系統(tǒng)）經(jīng)常發(fā)生的故障現(xiàn)象，根據(jù)一些通用車型、車系傳感器信號(hào)特點(diǎn)，模擬相關(guān)控制信號(hào)，研制出一套診斷準(zhǔn)確、操作方便、快速經(jīng)濟(jì)的汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)脫離發(fā)動(dòng)機(jī)本體，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油以及點(diǎn)火演示，并且還可作為發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制功能演示的教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
由于汽車電子化的趨勢(shì)是從整體上來(lái)設(shè)計(jì)全車的控制系統(tǒng)，因此，半實(shí)物仿真系統(tǒng)的技術(shù)正向著人工智能故障診斷方面發(fā)展，開發(fā)要求是：具有更新診斷功能；具有預(yù)測(cè)故障功能；具有自保護(hù)功能。
項(xiàng)目所研究開發(fā)的就是既可以脫離發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)體進(jìn)行工況模擬以助于汽車教學(xué)，又可以與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)進(jìn)行工況模擬、故障診斷。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1、研究的主要內(nèi)容
（1）仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：具有較強(qiáng)的演示功能，可以實(shí)現(xiàn)隨車故障診斷以及針對(duì)不同的電子控制系統(tǒng)元件進(jìn)行信號(hào)測(cè)試；
（2）控制面板的設(shè)計(jì)：能夠?qū)崿F(xiàn)與大眾車系不同測(cè)試車輛控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)車輛控制信號(hào)測(cè)試；
（3）車用傳感器信號(hào)程序編制：編制曲軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等車用傳感器信號(hào)，并進(jìn)行調(diào)試。
2、需解決的主要問(wèn)題
采集發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)傳感器信號(hào)，如何利用匯編語(yǔ)言編制出控制系統(tǒng)傳感器信號(hào)源程序，設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路，用單片機(jī)進(jìn)行分析和處理數(shù)據(jù)，將讀出的信息直接輸出在個(gè)人電腦的顯示屏上。
三、技術(shù)路線（研究方法）
（1）學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制燃油噴射及點(diǎn)火系的基本知識(shí)，仔細(xì)研究控制原理和執(zhí)行過(guò)程；
（2）學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及接口技術(shù)和程序匯編語(yǔ)言的編程方法；
（3）查閱相關(guān)資料，研究電控燃油噴射及點(diǎn)火系故障診斷方法；
（4）實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)、內(nèi)部空間布置、零件支架設(shè)計(jì)和必要的校核；
（5）設(shè)計(jì)控制面板，并進(jìn)行必要的電路設(shè)計(jì)；
（6）采集相關(guān)傳感器信號(hào)，編制控制系統(tǒng)信號(hào)源程序；
（7）用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，調(diào)試程序，建立故障診斷系統(tǒng)。
四、進(jìn)度安排
(1) ：收集相關(guān)技術(shù)資料，結(jié)合任務(wù)書制定設(shè)計(jì)方案，針對(duì)具體設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，撰寫開題報(bào)告第1~3周( 3月5日~3月25日 )。
（2）：收集車型數(shù)據(jù)，選擇電器設(shè)備；提出實(shí)驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)架、面板等部分的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)與計(jì)算，同時(shí)繪制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖4~5周(3月26日~4月8日)。。
（3）：按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，主要完成臺(tái)架的設(shè)計(jì)布局，同時(shí)繪制相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，撰寫設(shè)計(jì)草稿；針對(duì)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能；編制控制系統(tǒng)傳感器信號(hào)源程序6~8周(4月9號(hào)~4月22號(hào))。。
（4）：完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行必要的電路設(shè)計(jì)，結(jié)合電器裝置繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線簡(jiǎn)圖，進(jìn)行程序調(diào)試9~10周(4月23號(hào)~5月6號(hào))。
（5）：繪制相關(guān)圖紙，按照選擇車系電路圖標(biāo)準(zhǔn)繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線圖11~13周(5月7號(hào)~5月27號(hào))
（6）：整理設(shè)計(jì)思路，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書. 14周(5月28號(hào)~6月10號(hào)) 。
(7) ：設(shè)計(jì)(論文)審核,修改第15~16周(6月11日~6月24日)
(8) ：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯第17周(6月25日~7月1日)
五、參考文獻(xiàn)
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[6] 南金瑞，劉波瀾編著．汽車單片機(jī)及車載總線技術(shù)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2005．
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[13] 韓同群，肖生發(fā)，劉成武．電噴發(fā)動(dòng)機(jī)故障演示實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J]．汽車科技．2002，14（8）：5－8．
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[16] 周云山，鐘勇主編．汽車電子控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7．
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[18] Journal of Materials Engineering and Performance. Microstructure and detachment mechanism of friction layers on the surface of brake shoes[J],2003.
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
張代紅
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B05-18
指導(dǎo)教師姓名
鮑宇
職稱
高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用
是否外聘
□是■否
題目名稱
大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
現(xiàn)代汽車的大量使用與普及，對(duì)汽車現(xiàn)代化保養(yǎng)與快速維修提出了新的課題。然而，電控燃油噴射系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車中的逐漸普及，使維修人員在汽車修理過(guò)程中，由于車系、車型的差異，判定傳感器元件信號(hào)及電子控制單元信號(hào)導(dǎo)致的故障很困難。因此，本項(xiàng)目是針對(duì)汽車電子系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)噴油，點(diǎn)火控制系統(tǒng)）經(jīng)常發(fā)生的故障現(xiàn)象，根據(jù)一些通用車型、車系傳感器信號(hào)特點(diǎn)，模擬相關(guān)控制信號(hào)，研制出一套診斷準(zhǔn)確、操作方便、快速經(jīng)濟(jì)的汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)脫離發(fā)動(dòng)機(jī)本體，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油以及點(diǎn)火演示，并且還可作為發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制功能演示的教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
由于汽車電子化的趨勢(shì)是從整體上來(lái)設(shè)計(jì)全車的控制系統(tǒng)，因此，半實(shí)物仿真系統(tǒng)的技術(shù)正向著人工智能故障診斷方面發(fā)展，開發(fā)要求是：具有更新診斷功能；具有預(yù)測(cè)故障功能；具有自保護(hù)功能。
項(xiàng)目所研究開發(fā)的就是既可以脫離發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)體進(jìn)行工況模擬以助于汽車教學(xué)，又可以與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)進(jìn)行工況模擬、故障診斷。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1、研究的主要內(nèi)容
（1）仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：具有較強(qiáng)的演示功能，可以實(shí)現(xiàn)隨車故障診斷以及針對(duì)不同的電子控制系統(tǒng)元件進(jìn)行信號(hào)測(cè)試；
（2）控制面板的設(shè)計(jì)：能夠?qū)崿F(xiàn)與大眾車系不同測(cè)試車輛控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)車輛控制信號(hào)測(cè)試；
（3）車用傳感器信號(hào)程序編制：編制曲軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等車用傳感器信號(hào)，并進(jìn)行調(diào)試。
2、需解決的主要問(wèn)題
采集發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)傳感器信號(hào)，如何利用匯編語(yǔ)言編制出控制系統(tǒng)傳感器信號(hào)源程序，設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路，用單片機(jī)進(jìn)行分析和處理數(shù)據(jù)，將讀出的信息直接輸出在個(gè)人電腦的顯示屏上。
三、技術(shù)路線（研究方法）
（1）學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制燃油噴射及點(diǎn)火系的基本知識(shí)，仔細(xì)研究控制原理和執(zhí)行過(guò)程；
（2）學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及接口技術(shù)和程序匯編語(yǔ)言的編程方法；
（3）查閱相關(guān)資料，研究電控燃油噴射及點(diǎn)火系故障診斷方法；
（4）實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)、內(nèi)部空間布置、零件支架設(shè)計(jì)和必要的校核；
（5）設(shè)計(jì)控制面板，并進(jìn)行必要的電路設(shè)計(jì)；
（6）采集相關(guān)傳感器信號(hào)，編制控制系統(tǒng)信號(hào)源程序；
（7）用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，調(diào)試程序，建立故障診斷系統(tǒng)。
四、進(jìn)度安排
(1) ：收集相關(guān)技術(shù)資料，結(jié)合任務(wù)書制定設(shè)計(jì)方案，針對(duì)具體設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，撰寫開題報(bào)告第1~3周( 3月5日~3月25日 )。
（2）：收集車型數(shù)據(jù)，選擇電器設(shè)備；提出實(shí)驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)架、面板等部分的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)與計(jì)算，同時(shí)繪制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖4~5周(3月26日~4月8日)。。
（3）：按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，主要完成臺(tái)架的設(shè)計(jì)布局，同時(shí)繪制相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，撰寫設(shè)計(jì)草稿；針對(duì)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能；編制控制系統(tǒng)傳感器信號(hào)源程序6~8周(4月9號(hào)~4月22號(hào))。。
（4）：完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行必要的電路設(shè)計(jì)，結(jié)合電器裝置繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線簡(jiǎn)圖，進(jìn)行程序調(diào)試9~10周(4月23號(hào)~5月6號(hào))。
（5）：繪制相關(guān)圖紙，按照選擇車系電路圖標(biāo)準(zhǔn)繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線圖11~13周(5月7號(hào)~5月27號(hào))
（6）：整理設(shè)計(jì)思路，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書. 14周(5月28號(hào)~6月10號(hào)) 。
(7) ：設(shè)計(jì)(論文)審核,修改第15~16周(6月11日~6月24日)
(8) ：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯第17周(6月25日~7月1日)
五、參考文獻(xiàn)
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[7] 侯樹梅主編．汽車單片機(jī)及局域網(wǎng)技術(shù)[M]．北京：高等教育出版社，2005．
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[18] Journal of Materials Engineering and Performance. Microstructure and detachment mechanism of friction layers on the surface of brake shoes[J],2003.
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車工程系
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B05-18班
學(xué)生姓名： 張代紅
指導(dǎo)教師： 鮑 宇
職 稱： 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○○九年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Public GTX Engine Hardware-in-the-loop Simulation System
Candidate：Zhang Daihong
Specialty： Vehicle Engineering
Class：B05-18
Supervisor：Senior Eperimental Division. Bao Yu
Heilongjiang Institute of Technology
2009-06·Harbin
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
張代紅
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B05-18班
指導(dǎo)教師姓名
鮑宇
職稱
高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用
是否外聘
□是■否
題目名稱
大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
現(xiàn)代汽車的大量使用與普及，對(duì)汽車的現(xiàn)代化保養(yǎng)與快速維修提出了新的課題。在汽車修理過(guò)程中，由于車系、車型的差異，判定傳感器元件信號(hào)及電子控制單元信號(hào)導(dǎo)致的故障很困難。為此，本項(xiàng)目研究的基本思路是針對(duì)汽車電子系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)噴油，點(diǎn)火控制系統(tǒng)）經(jīng)常發(fā)生的故障現(xiàn)象，根據(jù)一些通用車型、車系傳感器信號(hào)特點(diǎn)，模擬相關(guān)控制信號(hào)，研制出一套診斷準(zhǔn)確、操作方便、快速經(jīng)濟(jì)的汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
設(shè)計(jì)內(nèi)容:
1、半實(shí)物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：具有較強(qiáng)的演示功能，可以實(shí)現(xiàn)隨車故障診斷以及針對(duì)不同電子控制系統(tǒng)元件進(jìn)行信號(hào)測(cè)試
2、控制面板的設(shè)計(jì)：能夠?qū)崿F(xiàn)與大眾車系不同測(cè)試車輛控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)車輛控制信號(hào)測(cè)試。
3、車用傳感器信號(hào)程序編制：編制曲軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等車用傳感器信號(hào)，并進(jìn)行調(diào)試
4、撰寫說(shuō)明書。
研究方法:
通過(guò)對(duì)大眾車系發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試分析,借助發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流的收集,總結(jié)車用傳感器信號(hào)的工作特征。獲取傳感器信號(hào)工作數(shù)據(jù)，根據(jù)信號(hào)的變化規(guī)律，利用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)模擬處理。以解決與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的匹配。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
2、設(shè)計(jì)圖紙（布置圖及電路圖）。
3、信號(hào)編制程序。
4、使用說(shuō)明書
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
(1) ：收集相關(guān)技術(shù)資料，結(jié)合任務(wù)書制定設(shè)計(jì)方案，針對(duì)具體設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，撰開題報(bào)告第1~3周( 3月5日~3月25日 )。
（2）：收集車型數(shù)據(jù)，選擇電器設(shè)備；提出實(shí)驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)架、面板等部分的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)與計(jì)算，同時(shí)繪制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖4~5周(3月26日~4月8日)。
（3）：按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，主要完成臺(tái)架的設(shè)計(jì)布局，同時(shí)繪制相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，撰寫設(shè)計(jì)草稿；針對(duì)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能；編制控制系統(tǒng)傳感器信號(hào)源程序6~8周(4月9號(hào)~4月22號(hào))。
（4）：完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行必要的電路設(shè)計(jì)，結(jié)合電器裝置繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線簡(jiǎn)圖，進(jìn)行程序調(diào)試9~10周(4月23號(hào)~5月6號(hào))。
（5）：繪制相關(guān)圖紙，按照選擇車系電路圖標(biāo)準(zhǔn)繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器接線圖11~13周(5月7號(hào)~5月27號(hào))。
（6）：整理設(shè)計(jì)思路，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書. 14周(5月28號(hào)~6月10號(hào)) 。
(7) ：設(shè)計(jì)(論文)審核與修改第15~16周(6月11日~6月24日)。
(8) ：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯第17周(6月25日~7月1日)。
五、主要參考資料
1、期刊類：
汽車運(yùn)用類，汽車維修類，有關(guān)大學(xué)學(xué)報(bào)等（五年內(nèi)）。
2、書：
發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造、汽車電器、汽車維修、機(jī)械設(shè)計(jì)類、制圖類、及相關(guān)專業(yè)書；
3、手冊(cè)：
汽車維修手冊(cè)等；
4、網(wǎng)絡(luò)：
關(guān)鍵詞：汽車電子控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，傳感器等。
5、其它：相關(guān)產(chǎn)品廣告，參觀有關(guān)產(chǎn)品展覽會(huì)。
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
黑龍江工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
現(xiàn)代汽車工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入成熟的發(fā)展階段，汽車也由單純的機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展為高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，使得單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)在現(xiàn)代汽車中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)臺(tái)的設(shè)計(jì),主要依據(jù)汽車電子控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要,實(shí)現(xiàn)汽車電控系統(tǒng)的原理演示、故障設(shè)置、診斷測(cè)試等教學(xué)功能，以達(dá)到輔助汽車專業(yè)教學(xué)的目的。結(jié)合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，方便學(xué)生了解汽車電控系統(tǒng)與單片機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的原理，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。該系統(tǒng)的制作以從捷達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)上所采的數(shù)據(jù)流為參考依據(jù), 對(duì)大眾系列車型具有針對(duì)性。
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是，以單片機(jī)控制為核心，利用單片機(jī)輸出的信號(hào)來(lái)模擬各種傳感器信號(hào) ，控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的點(diǎn)火裝置和噴油裝置，從而使實(shí)驗(yàn)臺(tái)在脫離發(fā)動(dòng)機(jī)本體的情況下進(jìn)行點(diǎn)火和噴油的教學(xué)演示，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的正常工作。在單片機(jī)輸出信號(hào)正常的情況下，檢測(cè)汽車電子控制單元是否正常工作，并通過(guò)與外部設(shè)備進(jìn)行合理匹配，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的測(cè)試分析，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障診斷。實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，教學(xué)效果直觀生動(dòng)，能滿足汽車實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)要求。
關(guān)鍵詞：半實(shí)物仿真；電子控制；單片機(jī)；信號(hào)模擬；電控燃油噴射；故障診斷
ABSTRACT
The modern’s automobile industry has already entered the mature development phase, so the automobile also by the pure mechanical product development for senior integration of machinery product, so SCM makes use of modern technology in vehicles has been widely applied and developed. Public GTX engine hardware-in-the-loop simulation system design The experiment table’s research and design, based primarily on automotive electronic control technology experimental practice teaching needs, realizes teaching function and so on system principle demonstration, fault setup, diagnostic tests for automobile electrically controlled, and achieve the purpose of assistance teaching. Based on experiment table can help student understood the automobile electrically controlled system and the monolithic integrated circuit control technology unifies the principle, raises student's project practice ability. Manufacture for the experiment table, take reaches the data flow form the Jetta’s engine of VW Automobile, has targeted for the VW’s Automobile.
The idea of the design for system , take the monolithic integrated circuit control as the core, outputs the signal using the monolithic integrated circuit to simulate each kind of sensor signal, controls the firing device and injection devices in the experiment table. Thus causes the experiment in to be separated from the engine main body in the situation to carry on the firing and the injection teaching demonstration, realizes it normal work. when the SCM output normal signal ,can detection the automobile’s Electronic Control Unit whether normal work, realizes tests and analysis for data flow, through match with the external instrumentation reasonably , diagnosis to the engine. Experiment table structure compact, operation is simple, the teaching effect direct viewing and vivid, can satisfy the teaching request which the automobile practical training for teaching.
Key word: The hardware-in-the-loop simulation; Electronic control; Monolithic integrated circuit ; Signal imitation; Electronic -controlled fuel oil injection; Diagnostics
II
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1引言
系統(tǒng)仿真是迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科，隨著系統(tǒng)仿真的理論方法和應(yīng)用技術(shù)的研究和深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)或假想的的系統(tǒng)進(jìn)行仿真的技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視?？偨Y(jié)和回顧系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用歷史，系統(tǒng)仿真技術(shù)不僅在航天，航海，原子能，電力等領(lǐng)域進(jìn)一步提高了應(yīng)用水平，而且逐步發(fā)展到應(yīng)用于社會(huì)，經(jīng)濟(jì)，交通，生態(tài)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域，已成為高科技產(chǎn)品從論證，設(shè)計(jì)，生產(chǎn)試驗(yàn)，訓(xùn)練到更新等生命周期各個(gè)階段不可缺少的技術(shù)手段，為研究和解決復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題提供了有效的工具。
目前，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用主要以微處理機(jī)對(duì)各種工作過(guò)程進(jìn)行控制為主要特征。微處理機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一種比較簡(jiǎn)單、便宜的單片計(jì)算機(jī)。它把中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器和輸入輸出接口電路集成在一塊芯片上。微處理機(jī)工作時(shí)，通過(guò)各種傳感器接受各種輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算后再向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，控制機(jī)械裝置動(dòng)作。由于汽車運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，因此，要對(duì)其進(jìn)行適時(shí)控制，傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)已力不從心，而微處理器在這方面卻能大顯身手。
在本仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，本人主要是用單片機(jī)模擬各種傳感器信號(hào)，編寫傳感器信號(hào)發(fā)生程序。從而可以用此程序來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車微處理機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，并且可以檢測(cè)微處理機(jī)的工作是否正常。
1.2課題研究的背景與意義
近２０多年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的發(fā)展，汽車工業(yè)和汽車技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。采用電子技術(shù)已經(jīng)成為解決汽車質(zhì)量與性能諸多問(wèn)題中的最佳方案。應(yīng)用微機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油與點(diǎn)火就是為了適應(yīng)社會(huì)對(duì)汽車排放法規(guī)與節(jié)能的要求。目前，多數(shù)轎車都已裝用發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制發(fā)動(dòng)機(jī)的控制已由早期的模擬裝置發(fā)展成為微機(jī)控制的數(shù)字控制系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中，微機(jī)不僅控制點(diǎn)火定時(shí)與噴油系統(tǒng)的空然比，還控制怠速轉(zhuǎn)速，爆燃，增壓壓力，近期和廢棄再循環(huán)以及變速器傳動(dòng)諸多方面，還增加了自診斷系統(tǒng)，后備系統(tǒng)與保護(hù)裝置，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。
現(xiàn)代汽車工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入成熟的發(fā)展階段，世界各大汽車制造商為進(jìn)一步地爭(zhēng)奪汽車銷售市場(chǎng)，不斷加強(qiáng)開發(fā)投資力度，試圖以提高汽車安全性、降低能耗、改善舒適性和增加功能等來(lái)推動(dòng)汽車工業(yè)向高附加值方向發(fā)展。汽車電子技術(shù)是汽車技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，汽車電子化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命。在現(xiàn)代汽車上，電子技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，汽車已經(jīng)由單純的機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展為高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，成為所謂的“電子汽車”。
汽車電子化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 現(xiàn)代汽車技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)融合在一起, 汽車已成為現(xiàn)代科技的載體和結(jié)晶。據(jù)核計(jì)，目前平均每輛車上的電子裝備已經(jīng)占到整車成本的20%-30%，在一些豪華轎車上，使用單片微型計(jì)算機(jī)的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到50個(gè)，電子產(chǎn)品費(fèi)用占到整車成本的50%以上?？梢哉f(shuō),目前電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)并在提高汽車的操縱性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、可靠性和自動(dòng)化程度等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車已經(jīng)進(jìn)入電子時(shí)代，汽車電子控制技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代汽車技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注和研究的重點(diǎn)問(wèn)題。
由此可以看出，現(xiàn)代汽車已不再是傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品，其中汽車的機(jī)械部分的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了極致，汽車?yán)^續(xù)改進(jìn)的空間將集中在傳統(tǒng)汽車技術(shù)和電子技術(shù)的的結(jié)合上，汽車上70%的革新來(lái)自汽車電子技術(shù)及產(chǎn)品。然而，由于汽車運(yùn)行的環(huán)境多變，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)所處的環(huán)境惡劣，因此，由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)引起的故障也相應(yīng)增多。據(jù)相關(guān)從事汽車維修多年的人員表示，現(xiàn)代汽車由于電控系統(tǒng)引起的故障大約占全車故障的70%，特別是新車。發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射是一項(xiàng)涉及面很廣的技術(shù)，它包括了傳感器技術(shù)、微處理技術(shù)、控制工程等多方面知識(shí)。并且，在汽車修理過(guò)程中，由于車系、車型的差別，維修人員判定傳感器元件信號(hào)及電子控制單元導(dǎo)致的故障很困難。這就給汽車維修和汽車教學(xué)帶來(lái)了很大的障礙。而現(xiàn)有的教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)架絕大部分仍然基于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，這是制約學(xué)生理論學(xué)習(xí)和提高實(shí)踐能力的一個(gè)重要原因。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制部分實(shí)施改制，使之形成可以脫離發(fā)動(dòng)機(jī)本體試驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用相應(yīng)傳感器來(lái)模擬實(shí)際運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)故障診斷，通過(guò)故障代碼的分析，查找并排除故障。研制出一套對(duì)汽車電子控制系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確、操作方便、快速經(jīng)濟(jì)的故障診斷系統(tǒng)，從而把理論教學(xué)與實(shí)踐過(guò)程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使理論教學(xué)更直觀，實(shí)踐過(guò)程更容易。
1.３ 國(guó)內(nèi)外汽車電子系統(tǒng)的半實(shí)物研究狀況
我國(guó)仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用開展得比較早，發(fā)展迅速。80年代就建設(shè)了一批水平高、規(guī)模大的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，如射頻制導(dǎo)導(dǎo)彈半實(shí)物仿真系統(tǒng)、工程飛行模擬等等，主要應(yīng)用于軍事用途。目前半實(shí)物仿真在工業(yè)、交通優(yōu)化逐步開始應(yīng)用，同時(shí)，半實(shí)物仿真技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)汽車工程師研究的熱點(diǎn)，已滿足應(yīng)用設(shè)計(jì)周期的縮短、產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高、開發(fā)及設(shè)計(jì)費(fèi)用的減少的要求。
在國(guó)外，汽車公司的工程師感到他們需要一種替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的新途徑。他們?cè)?jīng)嘗試過(guò)的方法所遇到的主要問(wèn)題還是硬件原型的不完備，整個(gè)設(shè)計(jì)在工程化時(shí)需要重新設(shè)計(jì)和重新編程。因此汽車公司的工程師開始尋找一種新的方法來(lái)填補(bǔ)傳統(tǒng)與現(xiàn)代的汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)之間的空白，使得需求定義者控制器設(shè)計(jì)人員有一個(gè)共同的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
故障診斷(Diagnostics)，是指確定故障的起因，即在不拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)本體或僅拆下個(gè)別零件的條件下，查找故障零件部位和查明故障原因的過(guò)程。診斷技術(shù)，是指能用于發(fā)現(xiàn)和分析故障元件及故障區(qū)域的技術(shù)。按故障診斷技術(shù)從無(wú)到有，與電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展水平相對(duì)應(yīng)的診斷技術(shù)可分為人工經(jīng)驗(yàn)診斷、簡(jiǎn)單儀器診斷、精密監(jiān)測(cè)診斷和人工智能診斷四個(gè)階段。
人工經(jīng)驗(yàn)診斷：20世紀(jì)50年代以前，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，電控燃油噴射系統(tǒng)還沒有應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試儀表，如轉(zhuǎn)速表、氣壓表、真空表電壓表、電流表等，或者是判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否有異響、是否過(guò)熱、有異味等情況。再依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷工作。目前，人工經(jīng)驗(yàn)診斷方法對(duì)某些復(fù)雜故障的診斷仍十分有效。
簡(jiǎn)單儀器診斷：20世紀(jì)50年代初至70年代末，由于汽油噴射系統(tǒng)開始應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，傳感器、微處理器技術(shù)、控制工程技術(shù)也隨之在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用。因此，在汽油噴射系統(tǒng)故障診斷過(guò)程中就必須借助相關(guān)傳感器、微處理器及示波器等儀器設(shè)備對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況進(jìn)行檢測(cè)，以判定其工作性能的好壞。
精密監(jiān)測(cè)診斷：20世紀(jì)80年代初至90年代初，電子技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)電控燃油噴射系統(tǒng)的控制內(nèi)容更加全面，控制程度更加精確。隨之，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的各種精密診斷設(shè)備得到了快速的發(fā)展，對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的準(zhǔn)確率也有了很大提高。如各種發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀、點(diǎn)火正時(shí)儀、電腦檢測(cè)儀以及各種電子化檢測(cè)儀表等都是進(jìn)行精密檢測(cè)所必備的儀器。
人工智能診斷：20世紀(jì)90年代開始，由于汽車電控燃油噴射技術(shù)的不斷完善，而且車型及其控制技術(shù)又不盡相同。因此，在汽車維修中，故障診斷就成為關(guān)鍵性問(wèn)題。應(yīng)用人工智能理論與技術(shù)以及現(xiàn)代的信息技術(shù)開發(fā)出的各種故障系統(tǒng)將有助于電控燃油噴射系統(tǒng)故障診斷問(wèn)題的解決。
1.4半實(shí)物仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，一些新的科學(xué)分支的出現(xiàn)和發(fā)展及其在設(shè)備故障診斷中的成功應(yīng)用，為汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展開拓了新的途徑。由于汽車電子化的趨勢(shì)是從整體上來(lái)設(shè)計(jì)全車的控制系統(tǒng)，因此，現(xiàn)代故障診斷系統(tǒng)的技術(shù)正向著故障專家系統(tǒng)、人工智能故障診斷系統(tǒng)方面發(fā)展，開發(fā)要求是：具有在線更新自診斷功能、故障預(yù)測(cè)功能、自我保護(hù)功能，并且還可以實(shí)現(xiàn)在線信息資源的交流與共想。
1.5本半實(shí)物仿真系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容
（1）半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：具有較強(qiáng)的演示功能，可以實(shí)現(xiàn)隨車故障診斷以及針對(duì)不同電子控制系統(tǒng)元件進(jìn)行信號(hào)測(cè)試；
（2）控制面板的設(shè)計(jì)：能夠?qū)崿F(xiàn)與大眾車系不同測(cè)試車輛控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)車輛控制信號(hào)測(cè)試；
（3）車用傳感器信號(hào)程序編制：編制曲軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等車用傳感器信號(hào)，并進(jìn)行調(diào)試；
（4）實(shí)現(xiàn)相關(guān)教學(xué)功能，可以進(jìn)行噴油和點(diǎn)火演示，使學(xué)生能夠直觀看到發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油和點(diǎn)火，并對(duì)不同的演示現(xiàn)象進(jìn)行必要的分析。
第2章 大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)研究
2.1汽車電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用
汽車電子化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志，現(xiàn)代汽車電子控制技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性, 改善了行駛的穩(wěn)定性和舒適性, 推動(dòng)了汽車工業(yè)的發(fā)展, 還為電子產(chǎn)品開拓了廣闊的市場(chǎng), 從而推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展。因此, 發(fā)展汽車電子控制新技術(shù), 加快汽車電子化速度, 是振興和發(fā)展汽車工業(yè)的重要手段。
2.1.1 汽車電子技術(shù)的發(fā)展
世界汽車電子技術(shù)的發(fā)展過(guò)程在不同的資料介紹中略有不同，但按照時(shí)間順序大致可以分為以下三個(gè)階段：
第一階段 （1960～1975年）：20世紀(jì)60年代晶體管收音機(jī)、晶體管點(diǎn)火裝置的實(shí)用化揭開了電子化時(shí)代的序幕，主要產(chǎn)品有交流發(fā)電機(jī)、電子電壓調(diào)節(jié)器、電子點(diǎn)火控制器等。
第二階段 （1975～1985年）：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車進(jìn)入了微機(jī)控制時(shí)代，汽車上廣泛應(yīng)用集成電路和16位以下的微處理器。
第三階段 （1985年～現(xiàn)在）：高科技的迅速發(fā)展時(shí)期，汽車電子產(chǎn)品的研制開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，主要側(cè)重于汽車性能的進(jìn)一步提高、各種功能的進(jìn)一步完善及減少汽車的質(zhì)量，開始使用32位微處理器。
2.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)功率和排放的閉環(huán)控制系統(tǒng)
電子點(diǎn)火正時(shí)：電子點(diǎn)火正時(shí)是利用專用微機(jī)或大規(guī)模芯片實(shí)行對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻的最佳控制, 它的關(guān)鍵部件是高精度曲軸位置傳感器、負(fù)荷傳感器、排氣含氧量傳感器、爆然傳感器、進(jìn)排氣溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器等。
電子控制燃油供給系統(tǒng)。目前使用最普遍的是電子汽油噴射系統(tǒng), 其次是電子式化油器和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制等。它們的關(guān)鍵部件除與電子點(diǎn)火正時(shí)系統(tǒng)相同外, 還包括進(jìn)氣流量傳感器、燃油泵和噴油嘴。電子技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用往往是綜合性的, 這樣才易于降低成本, 提高性能。如日本日產(chǎn)汽車公司生產(chǎn)的ECCS系統(tǒng)就同時(shí)具有點(diǎn)火正時(shí)、汽油噴射、廢氣再循環(huán)、怠速控制系統(tǒng)及故障診斷等多種功能。
2.1.3 汽油機(jī)電子綜合控制系統(tǒng)
汽油機(jī)電子控制裝置除完成一般的電子控制汽油噴射裝置的起動(dòng)噴油量控制、伺服噴油量控制、暖車工況控制外, 還能實(shí)現(xiàn)空燃比反饋控制、點(diǎn)火控制、排氣再循環(huán)控制和二次空氣供給控制、怠速控制等。此外, 新型汽油機(jī)電子控制裝置還裝有自適應(yīng)控制, 智能控制及故障自診斷操作等。汽油機(jī)電子綜合控制已將發(fā)動(dòng)機(jī)的工作控制在最佳的運(yùn)行狀態(tài)。
此外，電子技術(shù)還應(yīng)用于柴油機(jī)綜合控制系統(tǒng)、汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行駛系、主動(dòng)懸架、通訊導(dǎo)航、娛樂和乘坐舒適性等方面。
2.2半實(shí)物仿真系統(tǒng)的原理
半實(shí)物仿真系統(tǒng)是一種硬件在線實(shí)時(shí)技術(shù)，它把實(shí)物利用計(jì)算機(jī)接口嵌入到軟件環(huán)境中去，并要求系統(tǒng)的軟件和硬件都要實(shí)時(shí)運(yùn)行，從而模擬整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。應(yīng)用半實(shí)物仿真研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)能大大加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度，降低成本。本文的目的就是利用實(shí)物實(shí)時(shí)仿真技術(shù)驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制控制用的邏輯、算法以及確定各種控制參數(shù)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)外部物理環(huán)境來(lái)調(diào)試、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
2.2.1半實(shí)物仿真系統(tǒng)的工作流程一般如下
用戶在進(jìn)行實(shí)物仿真系統(tǒng)時(shí)，一般要進(jìn)行“瀑布式”的過(guò)程：對(duì)實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行建模、進(jìn)行純數(shù)學(xué)建模、對(duì)模型進(jìn)行修改、設(shè)計(jì)定型、將模型中部分?jǐn)?shù)學(xué)化的模型用實(shí)物代替作半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真、再修改模型進(jìn)行仿真，最后確定模型。
2.2.2實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的基本組成與原理
半實(shí)物仿真系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。他是一種硬件在線實(shí)時(shí)技術(shù)，他把實(shí)物利用計(jì)算機(jī)接口嵌入到軟件環(huán)境中去，并要求系統(tǒng)的軟件和硬件都要實(shí)時(shí)運(yùn)行，從而模擬整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，從而模擬整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)一般由以下幾部分組成。
（1）仿真計(jì)算機(jī)
仿真計(jì)算機(jī)是實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的核心部分，它運(yùn)行實(shí)體對(duì)象和仿真環(huán)境的模型和程序。一般來(lái)說(shuō)，采用層次化、模塊化的建模法，將模塊化程序劃分為不同的速率塊，在仿真計(jì)算機(jī)中按速率塊實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行。
（2）物理效應(yīng)設(shè)備
物理效應(yīng)設(shè)備的作用是模擬復(fù)現(xiàn)真實(shí)世間的物理環(huán)境，形成仿真環(huán)境或成為虛擬環(huán)境。物理效應(yīng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑多種多樣。
（3）接口設(shè)備
仿真計(jì)算機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)變換后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的物理效應(yīng)設(shè)備。接口設(shè)備同時(shí)將操作人員或?qū)嵨锵到y(tǒng)的控制輸入信號(hào)到仿真計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)半實(shí)物仿真。
2.2.3電子控制燃油噴射的基本原理
由內(nèi)燃機(jī)原理知，汽油和空氣必須按一定比例組成的混合氣進(jìn)入氣缸后，才能容易點(diǎn)燃和完全燃燒。理論上完全燃燒一定量的汽油所需的空氣量，可以用化學(xué)當(dāng)量比進(jìn)行計(jì)算。按質(zhì)量計(jì)，對(duì)汽油來(lái)說(shuō)，空氣與汽油的比例為14.7：1。
一般用α表示過(guò)量空氣系數(shù)，即：
α=
α=1時(shí)稱為標(biāo)準(zhǔn)混合氣，α﹤1稱為濃混合氣，α﹥1稱為稀混合氣。
電子控制汽油噴射裝置（EFI），就是利用計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃油量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下的混合氣的空燃比都在規(guī)定的范圍之內(nèi)?？刂破骶C合各種不同傳感器送來(lái)的信息作出判斷，控制噴嘴以一定的壓力，正確、迅速地把燃油噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管里，與吸入的空氣混合后，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，同時(shí)配合電子控制點(diǎn)火在最佳時(shí)刻點(diǎn)燃可燃混合氣。圖3.1所示是電子控制燃油噴射系統(tǒng)的基本原理圖。
汽 油 泵
噴 油 嘴
壓力調(diào)節(jié)器
汽 油 箱
發(fā) 動(dòng) 機(jī)
傳 感 器
控 制 器
圖 3.1 電子控制汽油噴射的基本原理方框圖
2.2.4 電子控制燃油噴射系統(tǒng)的組成
電控汽油噴射系統(tǒng)主要由燃油供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。
1、燃油供給系統(tǒng)
燃油供給系統(tǒng)的作用是將燃油從油箱中吸出，經(jīng)過(guò)加壓濾清后由噴油嘴向發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中噴射。主要由汽油箱、汽油濾清器、電動(dòng)汽油泵、壓力調(diào)節(jié)器、電磁噴油器等組成。
汽油在電動(dòng)汽油泵的壓力作用下從油箱中泵出，再經(jīng)濾清器除去氧化鐵、粉塵等固體夾雜物后由燃油管輸送到壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)油壓，使燃油壓力始終高于進(jìn)氣管壓力約0.3Mpa,然后經(jīng)汽油分配管送給各缸電磁噴油器，電磁噴油器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的指令將汽油適時(shí)地噴入進(jìn)氣管中。
2、空氣供給系統(tǒng)
空氣供給系統(tǒng)的任務(wù)是按發(fā)動(dòng)機(jī)各工況的需要，適時(shí)地提供足夠的空氣，并測(cè)量進(jìn)入氣缸的空氣量。空氣量是由電控單元通過(guò)進(jìn)氣壓力傳感器測(cè)出的壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)出的曲軸轉(zhuǎn)速計(jì)算求得。它主要由空氣濾清器、空氣流量計(jì)、節(jié)氣門控制單元、進(jìn)氣歧管等組成。
發(fā)動(dòng)機(jī)從外界吸入的空氣，經(jīng)空氣濾清器除去雜質(zhì)后，再由節(jié)氣門根據(jù)相關(guān)工況對(duì)其進(jìn)氣量進(jìn)行控制，將足夠的空氣量通過(guò)進(jìn)氣歧管與燃油混合后或直接送入發(fā)動(dòng)機(jī)。
3、控制系統(tǒng)的組成和控制原理
控制系統(tǒng)的功能是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和車輛運(yùn)行狀況確定汽油的最佳噴射量和噴射時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)即可獲得較大的動(dòng)力，又可具備良好的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)又能滿足排放的要求。該系統(tǒng)主要由ECU、傳感器和執(zhí)行器組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖3.2所示。
傳感器
I/O
CPU
存儲(chǔ)器
執(zhí)行器
模
擬
信
號(hào)
數(shù)
字
信
號(hào)
輸出回路
轉(zhuǎn)換器
輸入信號(hào)
輸入信號(hào)
ECU
圖3.2 控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
電子控制單元是電子控制系統(tǒng)的核心部件，它主要由輸入回路、A/D轉(zhuǎn)換器、微型計(jì)算機(jī)和輸出回路等四部分組成。其基本功能如下：
（１）給傳感器提供基準(zhǔn)電壓，將所需輸出的信息轉(zhuǎn)變成控制單元所能接受的信號(hào)；
（２）接受傳感器或其他裝置輸入的各種信息；
（３）進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算、分析處理信息；存儲(chǔ)該車的特征參數(shù)；計(jì)算出輸出值；存儲(chǔ)運(yùn)算中的數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)故障信息；
（４）運(yùn)算分析。根據(jù)信息參數(shù)求出執(zhí)行命令數(shù)值，并將輸出信息與標(biāo)準(zhǔn)值比較；
（５）輸出執(zhí)行命令，把弱信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)的執(zhí)行命令；
（６）自我修正、自我保護(hù)和自診斷功能；
微機(jī)利用數(shù)字控制，能在較短的時(shí)間內(nèi)處理很多信號(hào)，且具有上述功能，能夠進(jìn)行高精度的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。
進(jìn)氣溫度傳感器：它是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)電阻，即溫度升高阻值下降。它安裝于進(jìn)氣管道上，是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的溫度的傳感器。由于吸入空氣溫度的變化會(huì)引起空氣密度發(fā)生變化，因此需要進(jìn)行燃油噴射量修正。將進(jìn)氣溫度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，送給控制單元，用于各種控制功能的修正。如果該信號(hào)中斷，控制單元將啟用一個(gè)替代值，但不能準(zhǔn)確感知進(jìn)氣溫度，會(huì)導(dǎo)致熱啟動(dòng)困難，排放升高等故障。
冷卻水溫傳感器也是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)電阻，它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)溫器處，直接與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水接觸。溫度越低阻值越大，并將冷卻液溫度的高低，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，輸出給電控單元，從而控制供油加濃量、點(diǎn)火正時(shí)和怠速轉(zhuǎn)速。該信號(hào)是一個(gè)較重要的修正信號(hào)，如果該信號(hào)中斷，控制單元將啟用一個(gè)替代值，但不能準(zhǔn)確感知冷卻水溫度，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)冷熱啟動(dòng)困難、油耗增加、怠速自適應(yīng)差、排放升高等故障。
空氣流量計(jì)：空氣流量計(jì)安裝在空氣濾清器和節(jié)氣門體之間，用來(lái)精確地測(cè)定吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣量的多少，作為決定基本噴油量的參數(shù)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能獲得最佳的空燃比。根據(jù)測(cè)量原理不同，可分為葉片式、卡門渦流式、熱線式和熱膜式等幾種。當(dāng)它出現(xiàn)故障時(shí)，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)、油耗增加等故障。
節(jié)氣門位置傳感器：節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上，是檢測(cè)節(jié)氣門開度的傳感器，有線性輸出型和開關(guān)量輸出型兩種形式。它把節(jié)氣門打開的角度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送到ECU，在節(jié)氣門不同開度下進(jìn)行油量控制，怠速觸點(diǎn)信號(hào)用于斷油控制和點(diǎn)火提前角的修正。
氧傳感器：氧傳感器安裝在三元轉(zhuǎn)化器前面和排氣支管或排器管內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)排氣中的氧含量，以確定實(shí)際空燃比與理論空燃比相比是稀還是濃，并向ECU反饋相應(yīng)的電壓信號(hào)，ECU根據(jù)此信號(hào)，控制噴油量的增加或減少，從而實(shí)現(xiàn)空燃比反饋控制。癢傳感器有氧化鋯和氧化鈦兩種，當(dāng)它出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放會(huì)增加。
執(zhí)行器有主繼電器和短路繼電器，用來(lái)控制系統(tǒng)和燃油泵的電源。
2.3 點(diǎn)火系的組成及原理
現(xiàn)代汽車中的普遍使用了電子點(diǎn)火系統(tǒng)，使點(diǎn)火時(shí)間的控制精度和可靠性發(fā)生了巨大的變化。電子點(diǎn)火系統(tǒng)主要有三大部分組成：檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的傳感器；處理信號(hào)并發(fā)出工作指令的ECU；執(zhí)行ECU指令的執(zhí)行器，包括點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈、分電器和火花塞等等。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，各種傳感器分別將每瞬間發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置和轉(zhuǎn)速、負(fù)荷（進(jìn)氣歧管壓力）以及冷卻水溫度等工況信號(hào)輸入ECU中。CPU根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)，在存儲(chǔ)器ROM中檢查到與發(fā)動(dòng)機(jī)所處工況下對(duì)應(yīng)的最佳基本點(diǎn)火提前角和初級(jí)線圈通電時(shí)間（閉合角），并根據(jù)冷卻水溫度等信號(hào)查出相應(yīng)的點(diǎn)火提前角修正值。據(jù)此，由CPU計(jì)算出最佳的點(diǎn)火提前角，再根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角和曲軸位置傳感器判別出曲軸位置、轉(zhuǎn)角及第幾缸處于壓縮上止點(diǎn)，向點(diǎn)火器發(fā)送點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)，按所需的通電時(shí)間，先控制功率三極管接通點(diǎn)火線圈電路，經(jīng)一段最佳通電時(shí)間，使一次電流達(dá)到飽和后，再切斷初級(jí)線圈電路，在次極線圈中感應(yīng)產(chǎn)生高壓電，直接送往相應(yīng)的火花塞，點(diǎn)燃混合氣。
在點(diǎn)火控制系統(tǒng)中，采用爆震傳感器來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)爆燃現(xiàn)象，并將信號(hào)送入發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元，從而對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻的閉環(huán)控制，有效地抑制了發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃現(xiàn)象的發(fā)生。
2.4 故障診斷原理
電子控制系統(tǒng)正常工作時(shí)，ECU輸入、輸出信號(hào)的電平都是在規(guī)定的范圍內(nèi)變動(dòng)。當(dāng)某信號(hào)一段時(shí)間內(nèi)不變化或超出規(guī)定范圍時(shí)，故障自診斷系統(tǒng)就會(huì)判定為該信號(hào)的元件或電路出現(xiàn)故障，并把這一故障以代碼的形式存入內(nèi)部存儲(chǔ)器，同時(shí)點(diǎn)亮儀表盤上的故障指示燈。
2.4.1傳感器的故障診斷
各種傳感器正常工作時(shí)，其輸入ECU的信號(hào)數(shù)值都是在一定范圍內(nèi)變化的。
當(dāng)某一傳感器電路出現(xiàn)超出規(guī)定的信號(hào)時(shí)，ECU就判定為該電路或傳感器信號(hào)發(fā)生故障。例如冷卻液溫度信號(hào)，當(dāng)傳感器值異?；虿荒茏R(shí)別時(shí)，ECU就可判定冷卻液溫度傳感器出現(xiàn)故障。冷卻液溫度傳感器正常工作時(shí)，其輸出電壓值在0.1～4.8V之間變化；如果輸出電壓低于0.1V（相當(dāng)于冷卻液溫度高于139℃）或高于4.8V（相當(dāng)于冷卻液溫度低于-50℃），CEU檢測(cè)到電壓值超出規(guī)定范圍時(shí)，既判定為冷卻液溫度傳感器短路或斷路。
2.4.2 執(zhí)行器的故障診斷
ECU向執(zhí)行器發(fā)出指令信號(hào)，如果沒有來(lái)自執(zhí)行器的信號(hào)信息，則顯示執(zhí)行器故障。因此，在故障診斷時(shí)，常需要增加專用回路來(lái)監(jiān)測(cè)執(zhí)行器的工作信息。例如：當(dāng)點(diǎn)火回路中的大功率晶體管不能正常工作時(shí)，點(diǎn)火器內(nèi)的點(diǎn)火監(jiān)視器回路就不能把大功率晶體管正常工作信號(hào)輸送給控制發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU。如果ECU得不到點(diǎn)火器的監(jiān)控信號(hào)，就判定點(diǎn)火系發(fā)生故障。此時(shí)，ECU立即采取措施，使噴油器停止燃油噴射。
如果由于某種原因偶爾出現(xiàn)一次不正常信號(hào)，ECU并不會(huì)判定為故障。只有當(dāng)不正常的信號(hào)持續(xù)一定時(shí)間或多次出現(xiàn)時(shí)，ECU才判定為故障。
2.4.3 線路故障診斷
故障信號(hào)的出現(xiàn)，不僅與傳感器或執(zhí)行器本身有關(guān)，還可能與出現(xiàn)故障的整個(gè)電路有關(guān)，而ECU在故障診斷系統(tǒng)判定故障時(shí)，只是提供了故障的性質(zhì)和范圍，要最后確定故障的原因，還應(yīng)進(jìn)一步檢查配線、插頭、ECU和相關(guān)元件，才能準(zhǔn)確地找到出現(xiàn)故障的具體位置，從而排除故障。
2.5 半實(shí)物仿真系統(tǒng)的功能要求
為了實(shí)現(xiàn)方便教學(xué)以及汽車電腦檢測(cè)等目的，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：
（1）電子控制方面，利用單片機(jī)模擬各種傳感器信號(hào)取代傳感器所反饋的信號(hào)來(lái)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作。
（2）可以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射、電子點(diǎn)火，以滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。
（3）系統(tǒng)要設(shè)置一塊轉(zhuǎn)接板，通過(guò)轉(zhuǎn)接板可以與同一車系不同車型的電腦連接，從而檢測(cè)汽車電腦工作是否正常。
（4）系統(tǒng)應(yīng)有一個(gè)故障診斷端口，通過(guò)與發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析儀連接，可以測(cè)出各傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)流，而且可以讀取ECU故障碼，從而排除故障。
2.6半實(shí)物仿真系統(tǒng)的工作原理及過(guò)程
在系統(tǒng)使用前，先將從單片機(jī)芯片輸出的傳感器模擬信號(hào)輸出端子與跳線接口的輸入端接好，再把所要檢測(cè)的汽車電腦的輸入口與轉(zhuǎn)接板上相應(yīng)的輸出口相接。啟動(dòng)電源，根據(jù)需要來(lái)操作不同的功能開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)或檢測(cè)汽車電腦工作情況的要求。
（1）模擬發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射、電子點(diǎn)火，以滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。
當(dāng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)作為教學(xué)演示使用時(shí)，應(yīng)該把一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、控制精確的汽車電腦接入系統(tǒng)。它的輸入端和輸出端分別與轉(zhuǎn)接板和執(zhí)行器相連。然后接通電源，通過(guò)操作面板上的功能開關(guān)控制執(zhí)行器的各工況下的工作。
接通電源前，把操作面板上的各控制開關(guān)置于空擋位置。當(dāng)接通電源時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，程序進(jìn)行初始化，此時(shí)，操作面板上轉(zhuǎn)速顯示數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速為800r/min，即怠速工況下的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，在系統(tǒng)的演示功能區(qū)里，噴油器噴油和火花塞開始演示。當(dāng)把操作面板上轉(zhuǎn)速控制開關(guān)置于增擋位置時(shí)，數(shù)碼管顯示的轉(zhuǎn)速會(huì)每隔2秒鐘會(huì)自動(dòng)增加50轉(zhuǎn)，而噴油器和火花塞的工作速度會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的增加逐漸加快，當(dāng)數(shù)碼管上顯示轉(zhuǎn)速為3500r/min——本實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的最高轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速便不再增加。相應(yīng)地，執(zhí)行器也對(duì)應(yīng)于最高轉(zhuǎn)速工作；相反，當(dāng)置轉(zhuǎn)速控制開關(guān)于減擋位置時(shí)，數(shù)碼管顯示的轉(zhuǎn)速會(huì)每隔2秒鐘會(huì)自動(dòng)減少50轉(zhuǎn)，噴油器和火花塞的工作速度會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的減少逐漸減緩，當(dāng)數(shù)碼管上顯示轉(zhuǎn)速為600r/min——本實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的最低轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速便不再減少。相應(yīng)地，執(zhí)行器也對(duì)應(yīng)于最低轉(zhuǎn)速工作。在轉(zhuǎn)速增加或減少的過(guò)程中，如果把轉(zhuǎn)速控制開關(guān)置于空擋位置時(shí)，那么實(shí)驗(yàn)臺(tái)將會(huì)在當(dāng)前轉(zhuǎn)速工況下工作。如果按下操作面板上轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)位鍵時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行器就回到怠速工況，隨后再根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)繼續(xù)工作。同樣，在操作面板上還有進(jìn)氣溫度控制開關(guān)和水溫控制開關(guān)，當(dāng)它們工作時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將會(huì)對(duì)應(yīng)于不同的進(jìn)氣溫度和水溫進(jìn)行不同工況下的工作。
執(zhí)行器在工作時(shí)，可以用專用儀器接在故障診斷端子上讀取各信號(hào)數(shù)據(jù)流，對(duì)汽車電腦的工作進(jìn)行分析，從而就可以對(duì)汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究。
2.7本章小結(jié)
本章主要闡述GTX半實(shí)物仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基本原理，明細(xì)的講解了車用主要傳感器工作原理和控制過(guò)程。從理論上來(lái)分析故障發(fā)生的位置和機(jī)理，提出了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能要求，對(duì)以后設(shè)計(jì)任務(wù)的切實(shí)開展有明確的指導(dǎo)作用。
第3章 大眾半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 總體方案的確定
3.1.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)車型選擇
在選擇設(shè)計(jì)參照車型時(shí)應(yīng)充分考慮它的代表性，在中國(guó)目前的家庭用車中,德國(guó)大眾公司的捷達(dá)車系占有很大的比例,而捷達(dá)車系的發(fā)動(dòng)機(jī)由于采用了五閥電噴這一世界領(lǐng)先技術(shù),它的采用雙頂置凸輪軸，充氣效率大大提高, 同為1.6L的排量，單缸5氣閥比單缸2氣閥發(fā)動(dòng)機(jī)的功率從53kW提高到74kW。因?yàn)樵O(shè)計(jì)就是要體現(xiàn)理論進(jìn)步的成果，在今后的幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不至于過(guò)早的被淘汰。為了使同學(xué)對(duì)汽車有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，所以選擇捷達(dá)車系的捷達(dá)王為參考車型，設(shè)計(jì)故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
為了保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有鮮明的教學(xué)特色以及更好地為汽車工程相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)服務(wù)。提高學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力，擬選用捷達(dá)GTX為參考車型。捷達(dá)轎車是大眾汽車有限公司采用德國(guó)大眾公司的先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的中級(jí)汽車，該車型設(shè)計(jì)先進(jìn)、選材精良、工藝一流，與同級(jí)車型比較，其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及舒適性均為上乘，在中國(guó)的汽車行業(yè)中，有著很大的市場(chǎng)。一汽—大眾汽車有限公司運(yùn)用當(dāng)今德國(guó)頂尖發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)，批量生產(chǎn)20閥電控多點(diǎn)噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，并配以創(chuàng)新的雙頂置凸輪軸，安裝匹配于CT型、GT型捷達(dá)轎車上。多點(diǎn)燃油噴射技術(shù)的應(yīng)用，使燃油得到最充分的燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性能都得到極大提高。
3.1.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
按照該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能要求可以知道，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)上需安裝的主要硬件設(shè)備有PC機(jī)及其顯示器、噴油裝置、點(diǎn)火裝置、系統(tǒng)電源、汽車ECU、控制面板等其他附屬件。其中控制面板上安裝診斷端子、各種傳感器等。
實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸主要由點(diǎn)火和噴油裝置、PC機(jī)和顯示器的相對(duì)位置決定。考慮到在教學(xué)實(shí)驗(yàn)或汽車維修過(guò)程中學(xué)生或維修人員大都采用站立的姿勢(shì)操作故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)，且為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)用性，操作方便、易于觀察，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)成三維一體結(jié)構(gòu)。這在使用過(guò)程中將平視噴油和點(diǎn)火的演示，俯視控制面板，且控制面板與水平面成一定角度斜置。按照人機(jī)工程學(xué)的原理，人站立時(shí)的最佳垂直觀察視野值大約為水平線以下65度，所以可以將控制面板設(shè)計(jì)成與水平面成大約25度角安裝，修正為30度。此外，在使用過(guò)程中考慮到它移動(dòng)的方便，可以在臺(tái)架底面安裝轉(zhuǎn)向輪。
3.1.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)校核
通過(guò)上面對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)，可以知道實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總重量主要由三部分組成：即顯示器的重量約5Kg、主機(jī)重量約15Kg、臺(tái)架自重約70Kg，其他部分大約為25Kg，則臺(tái)架總重大約為110Kg。臺(tái)架由四個(gè)轉(zhuǎn)向輪支撐，將四個(gè)支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)化為兩根簡(jiǎn)支梁上各兩個(gè)約束點(diǎn)，這兩根簡(jiǎn)支梁分別承受55Kg的均布載荷P。簡(jiǎn)化后的力學(xué)模型如圖4.2y
x
P
X
L
FAy
AAA
FBy
B
所示。
圖4.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)受力分析
對(duì)其進(jìn)行受力分析，所得到的剪力圖Q和彎距圖M分別如圖4.3、圖4.4所示。
圖4.3 剪力Q圖
受力較核：
1．求支座的約束力FAy、FBy
由載荷及支座約束力的對(duì)稱性可知
FAy = FBy = PL （4.1）
圖4.4 彎矩M(X)圖
2．求任意截面上的內(nèi)力
設(shè)所求危險(xiǎn)截面距支座A的距離為X，由平衡條件可得
∑Fiy = 0
則： FAy－PX－FQ(X) = 0 （4.2）
∑Mio＝0
則： FAyX ―PX2―M(X)＝0 （4.3）
將（4.1）代入（4.2）可得：
FQ(X)＝FAy－PX＝PL－PX （0＜X＜L） （4.4）
將（4.1）代入（4.3）可得：
M(X)＝FAyX－PX2＝PLX－PX2 （4.5）
因?yàn)?彎曲應(yīng)力的最大之發(fā)生在彎矩最大點(diǎn),求彎矩的最大值。即求M(X)的最大值。所以由（4.5）代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：
當(dāng)時(shí)X = L = 37.9N/m
橫截面上的最大正應(yīng)力公式為：
?。?.6）
其中Wz為彎曲截面系數(shù)
由于該支撐輪處的制作材料選用的是45號(hào)鋼板制成。根據(jù)型鋼表可以查得：
則
由參考資料查得， 該鋼板的許用拉應(yīng)力為
許用壓應(yīng)力為
由受力圖可知該支撐架只承受壓應(yīng)力，因此，此時(shí)無(wú)需對(duì)拉應(yīng)力進(jìn)行校核只需對(duì)壓應(yīng)力進(jìn)行校核即可。
由于
所以該支撐架符合要求，所選材料合格。
3.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作
3.2.1 臺(tái)架的焊接
根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)所用的器材部件確定出試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架各邊尺寸，在制做過(guò)程中要將框架的各邊按照所設(shè)定的進(jìn)行選材，根據(jù)校核，我們選擇45#碳素鋼材作為實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的基礎(chǔ)材料，采用焊接技術(shù)進(jìn)行連接。我們將選好的材料按實(shí)際設(shè)計(jì)的尺寸進(jìn)行選截，由于理論的設(shè)計(jì)尺寸，和現(xiàn)實(shí)中制作的誤差，在截取后還要進(jìn)行尺寸測(cè)量，對(duì)不符合要求的要采取適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行校準(zhǔn)，以滿足制作的需要。在整個(gè)焊接過(guò)程中要遵循由簡(jiǎn)入煩、由外到內(nèi)、由下至上的原則進(jìn)行。
將鋼料截好之后，按由下到上的順序?qū)⒏鬟吅附釉谝黄穑聪葘⑾碌孛娴母鬟吅附釉谝黄鹬?，再焊接四根立柱，最后焊接上部橫梁。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架各主邊焊接完了后，我們要在框架主邊上焊接或用螺栓連接一些小的部件，用來(lái)固定面板。
3.2.2 控制面板的制作
1、材料的選擇
實(shí)驗(yàn)臺(tái)有一塊控制面板，用來(lái)顯示和操作。為了與臺(tái)架更好的連接，選擇與臺(tái)架一樣的材料即45號(hào)薄鋼板。
2、尺寸的確定
為了使實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體布局合理、美觀，所以使控制板的長(zhǎng)度以框架的長(zhǎng)度保持一致，同時(shí)又考慮到安裝在控制板上的各組件的大小及尺寸和方便操作員的實(shí)際操作，操作面板的高度要適當(dāng)。
3、控制面板的布置
考慮到控制板上的布局美觀和線束的簡(jiǎn)潔和縮短線束的距離，因此我們按照接線方式和連接形式來(lái)確定各組件的安裝位置。在操作板上左側(cè)是顯示器，右側(cè)下方是各種控制開關(guān)和傳感器。
3.2.3組件的安裝
1、在上面我們已經(jīng)將各組件的位置確定了，并且使各組件間保持了一定的間隙，先將各組件在控制板上的位置用鉛筆畫出他們具體的位置，之后，在畫出的組件的位置上用做出是組件固定在控制板上的螺紋孔。然后把各個(gè)器件依次用螺栓固定在面板上。
2、把面板組放在臺(tái)架上，用螺栓固定。
3、連接線路和管路。
3.2.4 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體合理性
實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體合理性：在實(shí)驗(yàn)臺(tái)各部安裝完了后，由于控制板上各組件的連接造成了實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)線路的混亂，為了避免實(shí)驗(yàn)時(shí)線路損壞和實(shí)驗(yàn)臺(tái)布線的合理性，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)的線路按其分布捆成線束，以線束的方式固定，這樣就避免了實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)線路的混亂，使實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體布局合理。同時(shí)為了使實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體看起來(lái)美觀，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架刷上油漆，就使實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體看起來(lái)整齊美觀了。因?yàn)?，控制板我們選用的是膠合板因此就不可避免的存在邊緣的不整齊和毛邊，為了使控制板美觀，將控制面板半邊用裝飾條包上，這樣就使控制板看起來(lái)美觀了。
3.3 硬件的選擇與安裝
3.3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要部件的選擇
1、微機(jī)的選擇：本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要功能是進(jìn)行點(diǎn)火和噴油的教學(xué)演示和故障診斷，通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)輸出相關(guān)的診斷結(jié)果。一般的個(gè)人電腦都能滿足要求。
2、LED顯示器：該顯示器主要用來(lái)顯示轉(zhuǎn)速的變化，普通的8位就可以；
3、電位器：控制精度要求達(dá)到0.1V；
4、單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制中樞，所有模擬信號(hào)的接收和輸出的發(fā)送都是由它控制，因此要求單片機(jī)控制精度高，傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)。ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能8位89C51單片機(jī)有豐富的硬件資源，在其內(nèi)部增加了閃速可電改寫的存儲(chǔ)器給單片機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)了很大的方便，且芯片價(jià)格非常便宜，近年來(lái)的到了廣泛的應(yīng)用；
5、點(diǎn)火系統(tǒng)和噴油系統(tǒng)：故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)是以大眾捷達(dá)為參考所設(shè)計(jì)的，因此可以選用原車配件；
6、電源：要求電壓穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。
3.4 實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路設(shè)計(jì)
內(nèi)部電路中包含有一個(gè)按鍵復(fù)位電路和一個(gè)扳鍵開關(guān)，采用12MHZ晶振。其中，按鍵復(fù)位電路中有1000歐和8200歐電阻各一個(gè)，一個(gè)10微法電容；兩個(gè)30皮法起振電容。電路使用+5V電源。按照下面電路圖4.7焊接好電路。
圖3.7 內(nèi)部電路圖
3.5 本章小結(jié)
半實(shí)物仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是該設(shè)計(jì)的主體部分，詳細(xì)闡述了其總體方案的確定，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了必要的受力校核，以及相關(guān)重要電器元件的選擇，控制面板的布置。這是下一步進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，電器元件的好壞將影響到軟系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行。
第4章 仿真系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1數(shù)據(jù)采集和分析
4.1.1 數(shù)據(jù)流的采集
要能夠比較精確地模擬發(fā)動(dòng)機(jī)各傳感器的信號(hào)，就需要從所選發(fā)動(dòng)機(jī)上采集所需的大量的數(shù)據(jù)流，通過(guò)數(shù)據(jù)流的分析來(lái)確定各傳感器信號(hào)的特點(diǎn)，利用奇特點(diǎn)編制出相應(yīng)的控制信號(hào)源程序，從而能控制信號(hào)的精度。
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)流的采集使用了“奧迪大眾VAS—5051B”電腦診斷工具，該電腦診斷系統(tǒng)是一個(gè)用計(jì)算機(jī)對(duì)汽車進(jìn)行檢測(cè)、診斷、編碼等為一體的診斷設(shè)備。將它安裝在微機(jī)上，利用數(shù)據(jù)傳輸線、適配器與車載接口連接后，就可以運(yùn)行。該系統(tǒng)適用于大眾/奧迪/斯克達(dá)等車型，完全可以取代VAG1551/1552，并且有些功能已經(jīng)超過(guò)VAG1551/1552，近似于原廠的VAS5051，還可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷地升級(jí)更新。
該系統(tǒng)除了具備VAG1551/1552所有功能外還有如下特點(diǎn)：
１、通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕顯示，避免了類似像VAG1551/1552的繁瑣操作，很多控制已經(jīng)集中成按鈕放在一個(gè)頁(yè)面上，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可完成操作，使用非常簡(jiǎn)便。
２、為配合使用《維修手冊(cè)》，本軟件幾乎所有控制按鈕旁都增加了操作的號(hào)，實(shí)現(xiàn)了與VAG1551/1552的兼容。
３、在本系統(tǒng)的適配器上增加了指示K/L線的紅色發(fā)光二極管和指示控制模塊通信狀態(tài)的綠色發(fā)光二極管，根據(jù)發(fā)光管的閃爍，用戶能很快判斷計(jì)算機(jī)與適配器、適配器與車上控制模塊之間的工作是否正常。
４、增加了車輛與計(jì)算機(jī)之間的送話系統(tǒng)，解決了因測(cè)試電纜加長(zhǎng)后講話不便的問(wèn)題。
５、獨(dú)特的K/L線電子保護(hù)系統(tǒng)，任何錯(cuò)誤接線都不會(huì)損壞適配器。
在采集數(shù)據(jù)流時(shí)，先將儀器與發(fā)動(dòng)機(jī)診斷端子接好，再啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，然后輸入所要測(cè)信號(hào)的通道號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在水溫達(dá)到正常即80℃時(shí)開始采集數(shù)據(jù)，電腦每隔1.3秒會(huì)自動(dòng)記錄一次。用手拉動(dòng)節(jié)氣門拉索，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡∷倨鹁徛齽蛩俚卦黾拥?500r/min左右，這樣反復(fù)多次采集，就可以得到比較準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)。
4.1.2 數(shù)據(jù)流的分析
從所得的數(shù)據(jù)流可以看出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速范圍為800r/min—920r/min。此時(shí)，各傳感器信號(hào)都比較穩(wěn)定；隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，傳感器信號(hào)開始變化。轉(zhuǎn)速越高，在相同時(shí)間內(nèi)，曲軸相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度越大，且如果混合氣的燃燒速率不變，最佳點(diǎn)火提前角則應(yīng)呈線性增加。而在實(shí)際過(guò)程中轉(zhuǎn)速升高時(shí)，由于混合氣的壓力和溫度的升高以及擾流的增加，使燃燒速率隨之加快，故最佳點(diǎn)火提前角應(yīng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高而增大，但不是線性關(guān)系。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，無(wú)論是空氣流量計(jì)還是進(jìn)氣歧管壓力傳感器，都不能精確測(cè)量進(jìn)氣量。因此，啟動(dòng)時(shí)，ECU一般不根據(jù)吸入的空氣質(zhì)量來(lái)計(jì)算噴油時(shí)間，而是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的實(shí)際溫度由ROM內(nèi)存儲(chǔ)的水溫—噴油時(shí)間圖查出基本噴油脈寬，然后再根據(jù)進(jìn)氣溫度信號(hào)和蓄電池電壓信號(hào)，進(jìn)行進(jìn)氣溫度修正和蓄電池電壓修正，以此得到啟動(dòng)時(shí)的噴油脈寬。
根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，可以作出點(diǎn)火提前角、空氣質(zhì)量流量、噴油時(shí)間、節(jié)氣門開度、氧傳感器電壓分別和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖曲線。
（1）點(diǎn)火提前角與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線如圖5.1。
圖5.1 點(diǎn)火提前角與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線
（2）空氣質(zhì)量流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線如圖5.2。
圖5.2 空氣質(zhì)量流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線
（3）節(jié)氣門開度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線如圖5.3。
圖5.3 節(jié)氣門開度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線
（4）噴油時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線如圖5.4。
圖5.4 噴油時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線
（5）氧傳感器電壓與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線如圖5.5。
圖5.5 氧傳感器電壓與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線
（6）轉(zhuǎn)速信號(hào)模擬，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)模擬輸出為60-2脈沖波形，在發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出波形的頻率不同。其波形圖5.6如下：
圖5.6 轉(zhuǎn)速信號(hào)波形圖
其中，在一個(gè)周期內(nèi)每輸出58個(gè)對(duì)稱脈沖以后，有兩個(gè)脈沖寬度的低電平。此波形用定時(shí)器控制輸出。溢出時(shí)間的計(jì)算方法如下：
曲軸每轉(zhuǎn)兩圈為一個(gè)周期，這樣對(duì)應(yīng)于N r/min的周期T為：
周期T（ms）：
?。?.2）
溢出時(shí)間t（ms）：
?。?.3）
定時(shí)器初值TC：
?。?.4）
各轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的周期、溢出時(shí)間和定時(shí)器初值見附錄3。
在轉(zhuǎn)速信號(hào)模擬中，采用了AT89C51芯片，12MHZ晶振，在設(shè)計(jì)過(guò)程中加有按鍵復(fù)位電路。圖5.7為89C51芯片引腳圖。
4.2仿真系統(tǒng)信號(hào)源程序編制
主程序在剛上電時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后讀一次鍵開關(guān)狀態(tài)，由鍵位值決定程序的執(zhí)行方式。當(dāng)p1.0口為高電平時(shí)，執(zhí)行自增程序；當(dāng)p3.0口為高電平時(shí)，執(zhí)行自減程序。在此程序中，最低轉(zhuǎn)速為600r/min，最高轉(zhuǎn)速為3500r/min，當(dāng)p1.0和p3.0都為低電平時(shí)，p1.2口輸出當(dāng)前轉(zhuǎn)速的波形信號(hào)，從而控制執(zhí)行器的工作。
圖５.7 AT89C51引腳圖
在系統(tǒng)初始化時(shí)，將所用的定時(shí)器初值從ROM表中裝入寄存器R3和R4中。
自增程序中使用了定時(shí)器1，控制轉(zhuǎn)速的增加，每隔2秒鐘，轉(zhuǎn)速增加50r/min，當(dāng)增到上限3500r/min時(shí)，便不再增加。
類似于自增程序，每隔2秒鐘，轉(zhuǎn)速減少50r/min，當(dāng)減到600r/min時(shí)，便不再減小。
子程序中使用了定時(shí)器0，以p1.2口為輸出口，控制輸出60-2脈沖信號(hào)。系統(tǒng)源程序見附錄。
4.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的調(diào)試
4.3.1 程序的調(diào)試
在程序的調(diào)試當(dāng)中，使用了偉福系列E51/S仿真器和RIGOL DS 5062C型示波器。偉福仿真器具有以下先進(jìn)特點(diǎn)：
（1）主機(jī)＋POD組合，通過(guò)更換POD，可以對(duì)各種CPU進(jìn)行仿真。
（2）具有WINDOWS和DOS兩種操作平臺(tái)，其中WINDOWS版本功能強(qiáng)大。有豐富的窗口顯示方式，多方位，動(dòng)態(tài)地顯示仿真的各種過(guò)程，使用極為便利。
（3）雙工作模式
軟件模擬仿真（不要仿真器也能模擬仿真）和硬件仿真。
（4）雙CPU結(jié)構(gòu)，100%不占用戶資源。
（5）雙集成環(huán)境
編輯、編譯、下載、調(diào)試全部集中在一個(gè)環(huán)境下。
（6）強(qiáng)大的邏輯分析儀綜合調(diào)試功能。
（7）強(qiáng)大的追蹤器功能。
DS5062C型示波器具有以下特點(diǎn)：
（１）具有兩個(gè)信號(hào)輸入通道。
（2）有自動(dòng)捕捉信號(hào)功能。
（3）可以截取其中任意一段信號(hào)。
（4）可以調(diào)置橫向和縱向的圖相位置。
（5）可以讀取信號(hào)周期，發(fā)生頻率。
在程序調(diào)試前，先把仿真器與電腦主機(jī)箱連接好，接通電源，把示波器與89C51芯片的p1.2引腳連接。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，設(shè)置仿真器，選擇E51/S型仿真頭。調(diào)入所編程序，進(jìn)行編譯，然后執(zhí)行程序。在這里，由于沒有外部扳鍵，在程序中用軟件控制p1.0或p3.0的位狀態(tài)。當(dāng)p1.0與p3.0位都為低電平時(shí)，自動(dòng)捕捉所得到的信號(hào)波形輸出的頻率保持在一定幅度內(nèi)不變；當(dāng)置p1.0位為高電平時(shí)，波形的輸出頻率每隔2秒鐘會(huì)增加一點(diǎn)，當(dāng)增到某一頻率時(shí)將不再增加；相反，當(dāng)置p3.0位為高電平時(shí)，波形的輸出頻率將會(huì)逐漸減小，當(dāng)降到某一最小頻率時(shí)將保持不變。其中，由于扳鍵的抖動(dòng)、連接電路的穩(wěn)固性和儀器本身的精度，在波形輸出時(shí)會(huì)出現(xiàn)小范圍的波動(dòng)，屬正常情況。
4.3.2外部電路的調(diào)試
將調(diào)試無(wú)誤的程序?qū)懭?9C51芯片的ROM中，接好上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路，并將扳鍵開關(guān)與p1.0和p3.0口按照電路圖接好，將信號(hào)輸出口p1.2口與汽車電腦入口端子相連，并將汽車電腦的控制端子與點(diǎn)火裝置、噴油器接好。開啟電源，芯片在上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位，如果開關(guān)在空擋位置，則噴油、點(diǎn)火裝置在怠速工況下工作；如果開關(guān)置在p1.0處，則噴油、點(diǎn)火逐漸加快，當(dāng)?shù)侥骋粫r(shí)刻將不再增快；如果開關(guān)置在p3.0處，則噴油、點(diǎn)火速度逐漸減緩，當(dāng)?shù)侥骋粫r(shí)刻就會(huì)保持不變。在工作的任意時(shí)刻，可以通過(guò)復(fù)位開關(guān)進(jìn)行硬件復(fù)位。
4.4本章小結(jié)
實(shí)驗(yàn)臺(tái)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)流的采集和分析，以及控制系統(tǒng)信號(hào)源程序的編制。分析數(shù)據(jù)流時(shí)，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行了圓整處理，這樣所得到的相應(yīng)曲線就是階梯形，使程序的編制簡(jiǎn)單，容易理解。
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)是對(duì)大眾GTX半實(shí)物仿真系統(tǒng)作初步的研究。通過(guò)對(duì)大眾車系最具代表性車型的基本資料作大量的調(diào)查以及對(duì)其實(shí)際工作情況進(jìn)行測(cè)量后，完成以下設(shè)計(jì)工作：
1、用單片機(jī)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)模擬噴油和點(diǎn)火演示及故障診。
2、測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，利用匯編語(yǔ)言編寫控制信號(hào)源程序。
3、 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件的受力校核。
4、通過(guò)AutoCAD軟件繪制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，控制面板布置圖、系統(tǒng)電路圖和零件圖。
由于個(gè)人的能力有限，本設(shè)計(jì)只針對(duì)一些基本的傳感器信號(hào)做了數(shù)據(jù)分析和處理，并對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行模擬，可以達(dá)到輔助教學(xué)的目的。如需要進(jìn)行一步精控系統(tǒng)的運(yùn)行，完成故障診斷。
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[14] （美）D．諾萊斯著，錢志鴻等譯．汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.7．
[15] 德國(guó)BOSCH公司著，魏春源等譯．汽車電器與電子[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.7．
[16] 周云山，鐘勇主編．汽車電子控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7．
[17] B.Assmann.Technische Mcchanik. Oldenburg Verlag Gmbh [M].Munchen,1990.
[18] Journal of Materials Engineering and Performance. Microstructure and detachment mechanism of friction layers on the surface of brake shoes[J],2003.
致 謝
三月的畢業(yè)設(shè)計(jì)快要結(jié)束了，在這三月的設(shè)計(jì)過(guò)程中讓我重新的回顧了大學(xué)四年中所學(xué)的知識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于上了四年大學(xué)的我是一次對(duì)我所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)和考核，真是應(yīng)正那句古話：“書到用時(shí)方恨少”我畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是大眾GTX發(fā)動(dòng)機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)題目涉及到很多知識(shí)：電控系統(tǒng)的知識(shí)；單片機(jī)的知識(shí)；診斷診斷知識(shí)；材料力學(xué)；機(jī)械制圖的知識(shí)以及電工電子知識(shí)等。
正如上面提到的這么多知識(shí)要用到畢業(yè)設(shè)計(jì)里，說(shuō)實(shí)話如果不是多位老師和鮑宇老師的不厭其煩的指導(dǎo)的話，即使再努力的復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識(shí)那也會(huì)心有余而力不足的。在這里先提前謝謝指導(dǎo)我的每一位老師。衷心希望每位老師都能身體健康，工作順利合家幸福。
這三月的畢業(yè)設(shè)計(jì)里鮑宇老師耐心的指導(dǎo)對(duì)于我工程素養(yǎng)培養(yǎng)有很大的幫助，同時(shí)我感覺對(duì)于我發(fā)動(dòng)機(jī)電控知識(shí)有很大的提升，動(dòng)手能力也提高了不少。我設(shè)計(jì)的題目主要是為了方便教學(xué)而設(shè)計(jì)的，無(wú)論是是汽車類的高校還是職業(yè)技術(shù)學(xué)校一般用于教學(xué)的電控燃油系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)都未能脫離實(shí)體發(fā)動(dòng)機(jī)，而我設(shè)計(jì)的半實(shí)物仿真系統(tǒng)就是為了能脫離實(shí)體發(fā)動(dòng)機(jī)而進(jìn)行教學(xué)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、模擬噴油演示、發(fā)動(dòng)機(jī)學(xué)習(xí)功能、故障診斷功能、以及與車輛結(jié)合分析車輛故障原因的功能。
我深信這三月的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于即將跨出大學(xué)的我無(wú)疑一次全面的檢驗(yàn)，它讓我更自信的走向社會(huì)。迎接新的挑戰(zhàn)。
對(duì)應(yīng)于各轉(zhuǎn)速的周期與定時(shí)器初值
附錄
轉(zhuǎn)速信號(hào)程序
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;* 主程序及其入口地址 *
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org 0000h ;主程序入口地址
ljmp start
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;* 初始化程序 *
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