专利名称：汽车复杂系统模拟训练虚实融合的协同工作装置的制作方法
技术领域：
本实用新型所属技术领域为交通运输——汽车运用与服务工程——职业教育。它是涉 及汽车复杂系统模拟训练虚实融合的协同工作装置，尤其是将各种汽车技术实训模拟器硬 件互联组成局域网；将学生测试终端与实训模拟器互联组成模拟工位；将多媒体动画软件 嵌入硬件系统，形成一种虚实融合的协同工作与学习的装置。
背景技术：
国内汽车工业飞速发展国内汽车销售量经历了几年的"井喷"式发展，在高油价的 形势下仍然保持高速增tC。据统计，2007年天津市新增车辆14万辆，北京市平均每天销 售新车995辆，这意味着每三天就要在同一座城市建设一家中等规模的汽车服务企业，来 满足年3000辆汽车的高技术保养与服务。汽车销售量的高速增长，给汽车应用与服务行 业展丌了广阔的发展空间。据统计，在未来3年，汽车应用与服务行业每年约有8千亿元 市场。
当前国内汽车职业教育教学情况由于汽车销售量的飞速增长，导致相关行业用人需
求激增。国家六部委于2004年启动了 "紧缺人才培养培训工程"，将汽车运用与维修等四 种人才列为"技能型紧缺人才"加快培养，国家和各地方政府都在加大对汽车职业教育的 投入，使我国汽车职业教育事业呈现出欣欣向荣、蓬勃发展的良好局面。但是，在汽车复 杂系统实物上开展技能训练，投入过大，成木过高，无法满足技能训练的要求，学生的实 际动手能力与行业企业的用人需求还有很大差距。
电子控制技术被大量引入汽车装置随着电子工业与汽车科技的飞速发展，现代汽车
广泛采用电子控制燃油喷射技术(EFI)、电子控制防抱死制动技术(ABS)、电子控制安全 气囊技术(SRS)、电子控制自动变速器技术(ECT)以及CAN-BUS现场总线控制技术，汽 车维护与故障诊断维修作业，己不同于满足以往单纯的机械故障诊断与维修，而更多地着 眼于对电子故障以及机电一体化故障的诊断、维护技术服务，亦更多地依赖于使用先进的 电脑检测、诊断设备，通过数据流分析、波形分析以及尾气分析等综合技术分析加以判断， 丙此，当前的汽车故障诊断与维护作业，难点在于针对电子故障以及机电一体化故障的诊断与排除，它是一项技术性很强，同时又是操作性很强的工作，对从业人员的文化知识、 专业理论、技术水平、检测装备使用等综合素质提出了更高的要求，这是汽车运用与维修 专业领域技能型人才紧缺之所在。汽车运用与维修服务的理念随着汽车技术的更新也在发 生根本转变，经济性、合理性、有效性原则越来越受到重视，突出体现"预防为主，定期 检测，强制维护，视情修理"的原则。也正是由于电子装置在汽车上广泛应用，每辆汽车 上都装有几块、甚至几卜块电脑，才为汽车技术实训模拟器的互联创造了先决条件。
虚拟现实技术(Virtual Reality),又称灵境技术，它是上世纪90年代为科学界和工程 界所关注的技术。它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域；为智能工程的 应用提供了新的界面工具；为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。这种 技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构 成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的"虚拟环境"，从而使 得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。
但是纯粹的虚拟现实技术又无法满足象汽车这样的复杂系统的模拟训练。在汽车运用 与服务工程教育教学中，学习者不但需要良好的"沉浸感"，还要有良好的"手感"，通过 触力觉、视觉和听觉，实现理论与实践的统一，培养造就一大批既冇深厚的基础理论知识， 又有娴熟的实际动手能力的高素质人才。而虚实融合是今后虚拟现实技术的重要发展方 向，在复杂产品设计、工程设计论证、复杂系统模拟训练、娱乐学习等方面都具有重要的 应用价值。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种汽车复杂系统模拟训练虚实融合的协同工作装 置，它是使用RS232/RS485/UNB网络接口和网线，将各种汽车技术实训模拟器硬件互联组 成局域网，将学生测试终端与实训模拟器硬件通过RS232/RS485/UNB/CAN通讯接口和数据 线连接组成模拟工位，将多媒体动画软件以及其他教学资源嵌入硬件系统，形成一种虛实 融合的协同工作与学习的装置。其解决技术问题的技术方案是将汽车发动机实训台、自 动变速器实训台、ABS防抱死制动实训台、安全气囊实训台、自动空调实训台、汽车电子 点火与燃油喷射实训台、汽车灯光电器实训台、车载CAN-Bus总线与多路信息传输系统实 训台、教学整车和汽车电控转向系统实训台等汽车总成实物教学装置构成的汽车技术实训 模拟器(1)，使用远程控制台(2)通过RS232/RS485/UNB网络接口 (3)和网线(9)互 联组成局域网，与校园网络(4)联网实现教学资源的共享；使用RS232/RS485/UNB/CAN通讯接口 (5)和数据线(10)将学生测试终端(6)与汽车技术实训模拟器(1)连接， 实现多人自由参与的真实信号与数据测量操作；将多媒体动画软件以及其他教学资源(7) 嵌入硬件系统，即汽车技术实训模拟器(1)，可同时表现该部分总成及部件的三维动画、 平面动画、工作原理动画、工作参数、检修流程等，形成一套完整的虚实融合协同工作与 学习的装置。由于采用了RS232/RS485/UNB等标准接口，能根据教学需要与课程设置情况， 将各种汽车总成实物教学装置构成的汽车技术实训模拟器(1)任怠增减、S由接入，每 更换一种汽车技术实训模拟器(1)，只需要更换学生测试终端(6)上面的测试面板(8) 就可以进行新的模块教学。学生测试终端(6)的连接数量也可以根据用户人数任意增减、 自由接入。
通过上述设计，本实用新型的有益效果在于
一是由多个不同的汽车总成实物实训台(含整车)组成多个软、硬件交互结合的汽车 技术实训模拟器(1)，各实训模拟器互联并组成局域网，实训模拟器(1)的数量可根据
需要任意增减；
二是该互联局域网可通过代理服务器并入校园网(4)，向上联机联网实现教学资源的 共享；
三是每个不同的汽车技术实训模拟器(1)均可连接由学生测试终端(6)构成的实训 模拟工位，向下实现联机联网，组成实训模拟工位群，增加实训人次、减少实训批次、降 低训练成本、放大教学效果。学生测试终端(6)构成的实训模拟工位数量也可以根据需 要任意增减；
四是具有多媒体教学软件(7)作为辅助教学手段，直接与各种汽车电子实训台硬件 链接，通过软、硬件交互结合，实现教与学的互动，并具有考核评估与职业技能鉴定功能；
五是通过全仿真与半仿真的结合、模拟软件与汽车实物总成的结合、单台设备与互联 网络的结合、实际操作与模拟工位的结合，构建系统完整的汽车技术虚实融合协同工作环 境，在一定的物理空间(专业教室)建立支持多人自由参与，包括触力觉、视觉、听觉交
互响应的、具有临场体验感的集成实训系统。其结构组成如图所示
附图是汽车复杂系统模拟训练虛实融合协同工作装置的结构图以及内部连接关系。 图中
1是汽车技术实训模拟器(实训台)2是远程控制台
3是网络接口
4是校园网络
5是通讯接口
6是学生测试终端
7是多媒体动画教学软件和其他教学资源 8是测试面板 9是网线 10是数据线
具体实施方式
实训模拟器的互联如图所示，在汽车技术实训模拟器(1)上安装RS232/RS485/UNB 接口 (3)和RS232/RS485/UNB/CAN通讯接口 (5)，使用网线(9)通过接口 (3)与远程 控制台(2)连接组成互联的局域网，远程控制台(2)又通过标准接口及网线接入校园网 络(4)，在校园内的任意一个网络节点都可以使用计算机远程控制某个汽车技术实训模拟 器(1)工作，包括起动、运行、停止、设置故Pf^清除故障、诊断故障。诊断故障包括 读取故障代码、分析动态数据流、绘制主要传感器与执行器的波形图。这些数据通过远程 控制台(2)接入校园网络(4)实现教学资源的共享，并通过投影仪、电子白板展示出来。
模拟工位的设置与互联如图所示，使用数据线(10)通过通讯接口 (5)将各种汽车 总成实物教学装置构成的汽车技术实训模拟器(1)与学生测试终端(6)连接，在学生测 试终端(6)上面的测试面板(8)上，使用外接的汽车保修设备，如汽车故障诊断仪、 汽车万用表、汽车示波器、汽车尾气分析仪等可以测量到汽车技术实训模拟器(1)发出 的所有真实的电信号。当教师使用远程控制台(2)控制汽车技术实训模拟器(1)工作并 做相关讲解时，学生可在测试终端(6)构成的模拟工位上同时做相关测量，实现教与学 的互动。模拟工位的数量还可根据参与的人数自由增减。
虚实融合的协同工作如图所示，将多媒体动画教学软件和其他教学资源(7)嵌入汽 车技术实训模拟器(1)，当教师使用远程控制台(2)、投影仪、电子白板讲解到相关汽车 总成或部件时，可随时调用弓之配套的三维动画、平面动画和工作原理动画等教学软件， 以及在校园网络(4)上面的其他教学资源辅助教学，实现软硬件交互与虚实融合的协同 工作。学生也可使用位于模拟工位的计算机自有参与，实现教学互动。
权利要求1. 一种汽车复杂系统模拟训练虚实融合的协同工作装置，由汽车技术实训模拟器(1)、远程控制台(2)、RS232/RS485/UNB接口(3)、RS232/RS485/UNB/CAN通讯接口(5)、学生测试终端(6)、多媒体动画教学软件和其他教学资源(7)、测试面板(8)、网线(9)和数据线(10)构成，其特征是校园网络(4)通过网线(9)与远程控制台(2)电连接，远程控制台(2)通过RS232/RS485/UNB网络接口(3)和网线(9)与实训模拟器(1)电连接，实训模拟器(1)通过RS232/RS485/UNB/CAN通讯接口(5)和数据线(10)与学生测试终端(6)电连接，把多媒体动画教学软件和其他教学资源(7)嵌入实训模拟器(1)。
2. 根据权利要求1所述的汽车复杂系统模拟训练虚实融合的协同工作装置，其特征是汽车 技术实训模拟器(1)由汽车发动机实训台、自动变速器实训台、ABS防抱死制动实训台、 安全气囊实训台、自动空调实训台、汽车电子点火与燃油喷射实训台、汽车灯光电器实训 台、车载CAN-Bus总线与多路信息传输系统实训台、教学整车和汽车电控转向系统实训台 等各种不同的汽车实物总成实训台构成，可根据教学内容与课程设置自由确定接入远程控 制台(2)的种类与数量。
3. 根据权利要求1所述的汽车复杂系统模拟训练虚实融合的协同工作装置，其特征是在学 生测试终端(6)安装有测试面板(8)，当更换不同的汽车技术实训模拟器(1)后，需更 换测试面板(8)与之对应，接入学生测试终端(6)的数量根据参与实训的学生人数自由 增减。
专利摘要一种汽车复杂系统模拟训练虚实融合的协同工作装置，由汽车技术实训模拟器(1)、远程控制台(2)、网络接口(3)、校园网络(4)、通讯接口(5)、学生测试终端(6)、多媒体动画教学软件和其他教学资源(7)、测试面板(8)、网线(9)和数据线(10)组合构成，通过全仿真与半仿真的结合、模拟软件与汽车实物总成的结合、单台设备与互联网络的结合、实际操作与模拟工位的结合，构建一个汽车技术虚实融合的协同工作环境，在一定的物理空间，建立支持多人自由参与，包括触力觉、视觉、听觉交互响应的、具有临场体验感的集成训练装置。
文档编号G09B9/04GK201315106SQ20082014471
公开日2009年9月23日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者征 王 申请人:天津市优耐特汽车电控技术服务有限公司