馬玉嬌

Abstract： The virtual experiment system of automobile engine fault is an important training equipment to cultivate the practical operation ability of students majoring in automobile repair and master the skills of automobile fault maintenance virtual reality technology for the development of higher vocational college to build an engine experiment system provides important technical support， so this article combining with the working practice for many years， on the carrier of jetta 1.6 LATK type engine design experimental bench， according to the engine fault points were set up common faults， let the student through the virtual practice operation with the method of the corresponding failure characterization and maintenance， so as to cultivate high quality craftsman auto repair talents.

關(guān)鍵詞： 汽車發(fā)動機;虛擬實驗系統(tǒng);實驗臺架;檢測診斷

Key words： automobile engine;virtual experiment system;experimental bench;detection diagnosis

中圖分類號：U472.1 ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）04-0248-03

0 ?引言

隨著我國汽保有量的不斷增加，社會對汽修人才的需求不斷增加。發(fā)動機是汽車的核心設(shè)備，是汽車故障發(fā)生的主要位置。讓學(xué)生掌握發(fā)動機維修方法是汽修專業(yè)人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)之一。但是根據(jù)統(tǒng)計高職院校所培養(yǎng)的人才與汽修崗位之間還存在較大的差距，尤其是在實踐動手能力方面表現(xiàn)的比較匱乏。剖析原因主要是由于高職院校缺乏供學(xué)生實踐訓(xùn)練的發(fā)動機虛擬平臺，導(dǎo)致學(xué)生不能客觀全面的熟悉汽車維修原理。由于發(fā)動機故障原因比較多，ATK發(fā)動機采用的直列4缸2氣門多點噴射。所以本文主要是以該型號發(fā)動機電控系統(tǒng)故障視角構(gòu)建發(fā)動機電控系統(tǒng)故障實驗系統(tǒng)。

1 ?發(fā)動機故障虛擬實驗系統(tǒng)開發(fā)的總體要求

發(fā)動機故障是汽車常見故障，由于發(fā)動機結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，出現(xiàn)故障的原因比較多樣。傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式難以讓學(xué)生清晰地了解到發(fā)動機故障發(fā)生的機理與原因，因此為了讓學(xué)生能夠較為直觀的理解汽車發(fā)動機的工作原理，熟悉掌握發(fā)動機電控系統(tǒng)各元件的安裝位置及結(jié)構(gòu)組成，增強學(xué)生維修發(fā)動機故障的技能，高職院校要構(gòu)建基于虛擬技術(shù)的發(fā)動機電控系統(tǒng)故障實驗系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)需要滿足以下要求：①展示功能，為了讓學(xué)生可以清晰的了解發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成構(gòu)成，發(fā)動機電控實驗系統(tǒng)需要將發(fā)動機電控系統(tǒng)的電路圖清晰的展現(xiàn)在實驗臺板上，這樣便于學(xué)生在實訓(xùn)操作時可以快速的了解電控系統(tǒng)電路圖，達到理論學(xué)習(xí)與實踐操作的有效結(jié)合。②測量功能。在汽車發(fā)動機電控故障檢修中需要頻繁對傳感器和執(zhí)行器進行測量，因此為了延長實訓(xùn)系統(tǒng)的使用壽命，應(yīng)該在展示區(qū)設(shè)置測量端口，便于學(xué)生進行測量操作。③故障設(shè)置。故障設(shè)置是發(fā)動機故障實訓(xùn)系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容，要求實驗系統(tǒng)具有方便的故障設(shè)置功能，而且故障現(xiàn)象需要與實車保持一致，能夠設(shè)置發(fā)動機在不同工況下的各種故障。④安全便捷。汽車發(fā)動機電控故障實驗系統(tǒng)必須要考慮到學(xué)生的學(xué)情特點，尤其是在實驗系統(tǒng)電路設(shè)置上要做好安全防護工作，避免油路、散熱等給學(xué)生帶來人身傷害。

2 ?發(fā)動機電控系統(tǒng)故障實驗系統(tǒng)的設(shè)計方案

發(fā)動機電控系統(tǒng)故障實驗系統(tǒng)包括硬件設(shè)備和軟件設(shè)備。

2.1 發(fā)動機電控系統(tǒng)故障系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1.1 實驗臺的設(shè)計方案

實驗臺是支撐發(fā)動機電控系統(tǒng)故障實驗系統(tǒng)操作的主要硬件設(shè)備?；趯嵱?xùn)教學(xué)的考慮，實驗臺需要在捷達實車發(fā)動機的基礎(chǔ)上設(shè)置成移動的實驗臺架，實驗臺架包括實車發(fā)動機和測試箱兩個部分。為了保證可移動實驗臺架的安全性，需要根據(jù)發(fā)動機的尺寸使用方管和圓管焊接成框架結(jié)構(gòu)，并且涂抹防腐劑涂料。由于電控發(fā)動機的體積比較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且在工作中還會產(chǎn)生廢氣，因此在具體的設(shè)計時考慮到安全性和便捷性因素，實驗臺架設(shè)計應(yīng)在不影響發(fā)動機正常工作的情況合理布局，保證整體的緊湊性。例如可以將散熱器布置在前端、將冷卻液儲存罐安裝在實驗臺架的上部右后端，蓄電池安裝在下部右后端，尾氣管在后下端。具體見圖1所示。

實驗臺架需要具備以下功能：一是發(fā)動機電控系統(tǒng)展示功能。由于實驗臺架的設(shè)計主要是為了便于學(xué)生可以直觀的了解發(fā)動機電控系統(tǒng)的電路，因此需要在可移動臺架上設(shè)置操作顯示面板，這樣發(fā)動機電控ECU和傳感器、執(zhí)行器的電路圖繪制在面板上;二是故障設(shè)置功能。發(fā)動機故障實驗系統(tǒng)主要是模擬和排除故障，因此功能設(shè)置功能是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。故障設(shè)置的關(guān)鍵就是選擇故障點，而故障點主要是根據(jù)校企合作中汽修企業(yè)常會遇到的維修點而設(shè)置的;三是數(shù)據(jù)檢測功能。故障實驗系統(tǒng)中還必須要設(shè)置數(shù)據(jù)檢測功能，利用各種故障診斷儀器對發(fā)動機電控系統(tǒng)進行檢測并且查找故障點。由于在實訓(xùn)操作中，學(xué)生需要不斷拔下線束插頭測量電壓、電阻等物理量，以此為了保證實訓(xùn)系統(tǒng)的使用壽命，需要在元器件測量點設(shè)置在電路控制系統(tǒng)電路中并且固定在實驗臺顯示面板上。

2.1.2 實驗臺控制柜的設(shè)計

實驗控制柜是實驗臺架的CPU，其不僅要顯示發(fā)動機電路系統(tǒng)的電路圖，而且還需要預(yù)留測量端、各元件連接線路等。因此實驗臺控制柜主要包括以下部位：①實驗臺顯示板的整體設(shè)計。顯示板相當(dāng)于汽車儀表，是展現(xiàn)汽車發(fā)動機運行狀態(tài)的顯示板。根據(jù)汽車發(fā)動機構(gòu)造，顯示板包括點火開關(guān)、真空表、燃油壓力表以及故障診斷接口等等。由于顯示板的功能要求比較多，因此為了便于學(xué)生直觀了解發(fā)動機的構(gòu)造，需要對顯示板進行整體設(shè)計，具體就是將ECU設(shè)置在顯示板的中間、顯示儀表盤設(shè)在上方、點火開關(guān)、診斷接口、真空表、燃油壓力表依次設(shè)在面板的下方，這樣便于學(xué)生進行實訓(xùn)操作。②顯示區(qū)電路圖設(shè)計。捷達發(fā)動機的電子控制系統(tǒng)電路相對比較簡單，因此在具體的電路圖設(shè)計時需要根據(jù)實車的具體情況而設(shè)計。根據(jù)調(diào)查由于捷達發(fā)動機電控系統(tǒng)故障主要是線路短路或者元件本身故障。因此在設(shè)置檢測端子時，需要在電子元件和發(fā)動機控制單元之間的連線上設(shè)置兩處，便于學(xué)生進行檢測操作。③實驗臺連接區(qū)布置。由于實驗臺是對捷達發(fā)動機進行改裝組成的，電力系統(tǒng)的電路比較多，因此為了方便接線，需要將連接區(qū)設(shè)置在實驗臺顯示柜顯示面板的背面。

2.2 發(fā)動機電控系統(tǒng)故障系統(tǒng)的軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要是使用手持無線控制終端對實驗臺架設(shè)置虛擬故障。結(jié)合實踐調(diào)查捷達發(fā)動機的常見故障，選擇17個電子元件設(shè)計38個故障點，故障點均通過手持無線故障設(shè)計終端控制實現(xiàn)。

2.2.1 手持故障終端設(shè)計

故障設(shè)置終端主要是給通過特定的程序?qū)嶒炁_上的控制器、傳感器、信號線等設(shè)置短路、斷路等故障。為了便于實踐教學(xué)，采取手持式故障終端設(shè)計方案更為合理，能夠結(jié)合不同學(xué)生的特點而設(shè)置相應(yīng)的故障點。手持故障終端結(jié)構(gòu)見圖2所示。

2.2.2 實驗臺故障設(shè)置板的設(shè)計

故障設(shè)置是發(fā)動機故障實驗系統(tǒng)的重要功能，根據(jù)前面所述，將故障設(shè)置板（見圖3）一般安裝在控制柜的背面，這樣可以串聯(lián)實驗臺各傳感器、執(zhí)行器的電路中從而實現(xiàn)設(shè)置故障的目的。一實驗臺架可以安裝多個故障設(shè)置板，故障設(shè)置板采用ARM控制器控制，控制器選用的是 STM32F429IGT6芯片，該芯片共有176個引腳，需要3.3V電源供電。具體設(shè)計流程圖見圖4所示。

2.2.3 手持故障終端與故障設(shè)置板之間的通信

故障設(shè)置終端和故障設(shè)置板之間采用的是ZigBee無線通信技術(shù)。

3 ?發(fā)動機故障實驗系統(tǒng)功能測試

功能測試是保障發(fā)動機電控系統(tǒng)故障實驗系統(tǒng)的重要舉措，在測試中不僅要關(guān)注改造后發(fā)動機是否能夠正常使用，而且還需要分析故障設(shè)置后是否出現(xiàn)理論上的故障現(xiàn)象、是否與實際汽車發(fā)動機故障一致。因此本文主要從以下幾個方面對發(fā)動機電控故障實驗系統(tǒng)進行功能測試：

3.1 故障點設(shè)置的性能測試

故障點設(shè)置測試非常重要，為了分析故障設(shè)置與實際發(fā)動機故障現(xiàn)象的差異，本次采取分組測試的方式，根據(jù)測試結(jié)果顯示故障設(shè)置的現(xiàn)象與汽車發(fā)動機實際故障基本沒有差異，部分存在差異的主要原因是由于實際車輛的發(fā)動機與實驗臺架上的發(fā)動機負(fù)載不同造成的。具體差異情況見表1所示。

3.2 發(fā)動機工作可靠性測試

發(fā)動機性能是否正常直接關(guān)系到實訓(xùn)教學(xué)的成效。為了準(zhǔn)確檢測發(fā)動機的工作性能，教師在未啟動故障設(shè)計功能的情況下，對發(fā)動機的運轉(zhuǎn)動作進行展示。目的就是讓學(xué)生可以直觀的了解到發(fā)動機在不同工況下的運轉(zhuǎn)參數(shù)。具體在測試時分別以啟動、怠速、低速以及高速等工況動態(tài)檢測發(fā)動機的參數(shù)，并且利用儀表對輸入信號和控制信號進行檢測，從而為發(fā)動機電控系統(tǒng)教學(xué)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過觀察，實驗臺發(fā)動機在怠速狀況下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比較高，達到950r/min，經(jīng)過清洗發(fā)動機節(jié)氣門后，怠速轉(zhuǎn)速基本達到正常水平;大負(fù)荷運轉(zhuǎn)時存在噪音明顯增大的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速達到3500r/min，分析原因主要是由于發(fā)動機與實驗臺架之間的連接點沒有擰緊，導(dǎo)致產(chǎn)生共振現(xiàn)象，因此對其連接部進行擰緊，但是其現(xiàn)象仍然存在。

4 ?結(jié)束語

總之，汽車維修專業(yè)具有很強的實踐性，要求學(xué)生要具備較強的實踐操作能力。基于復(fù)合型人才需求的不斷增加，傳統(tǒng)的汽修專業(yè)人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不適應(yīng)汽修行業(yè)的發(fā)展。因此高職院校要依托虛擬技術(shù)構(gòu)建發(fā)動機電控系統(tǒng)故障實驗系統(tǒng)，以此為學(xué)生提供實踐操作的平臺，增強學(xué)生熟練處理汽車發(fā)動機故障的技能。

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