一种装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台的制作方法

本发明涉及一种装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台，属于发动机电控系统教学演示技术领域。

背景技术：

随着科学技术的发展，环境污染日益加重，为了满足排放控制标准和燃料消耗标准，采用电子控制技术是当今车辆发展的重要方向之一；采用电子控制技术以后，发动机在各种工况下都能按照最佳的状态工作，这样不仅可以提高发动机的动力性和燃料经济性，而且可以将各种有害物质的排放减少到最低程度；随着我国发动机电子控制系统开发步伐的加快，必须正视发动机电子控制技术。基于发动机电子控制技术的重要性，在现代教学中尤为重视，但现有的教学一般通过课本或多媒体进行讲解演示，很少有进行实际操作展示的，这样的教学方式不利于学生的理解，因为，为了解决以上问题，亟待设计一种用于现场教学用的装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台，能够实现发动机电控系统工作过程教学演示以达到维修训练目的。

本发明的装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台，由维修训练台，及安装于维修训练台上的发动机电控系统组成；

所述维修训练台包括下柜体，及安装于下柜体顶部的训练台面，及倾斜设置于训练台面上的操作演示柜；所述操作演示柜由电控系统模拟训练演示区和电控系统故障模拟操控区组成；所述电控系统模拟训练演示区中可拆卸安装有工控计算机；所述电控系统故障模拟操控区设置有故障模拟操作面板和状态转换操作面板；

所述发动机电控系统包括发动机模拟控制器，及与发动机模拟控制器电控连接的发动机工况模拟器、执行器、操作开关和脚踏板，及与发动机模拟控制器和发动机工况模拟器电连接的ac/dc一体化开关电源，本发动机电控系统维修训练平台采用交流220v/50hz市电供电，内部通过选用ac/dc一体化开关电源，将市电转化成发动机模拟控制器和发动机工况模拟器工作所需的24v稳压直流电；所述ac/dc一体化开关电源其输入端与市电连接；所述执行器与发动机工况模拟器连接，执行器是指控制高压喷油泵齿杆的执行器，齿杆位置通过发动机工况模拟器的位移传感器进行检测；所述发动机模拟控制器和发动机工况模拟器分别与工控计算机通过rs232串口和can总线通信连接；

所述发动机工况模拟器包括微控制器，及与微控制器电连接的模拟信号输出模块；所述模拟信号输出模块与发动机模拟控制器通信连接；所述模拟信号输出模块由多个模拟传感器模块组成，且每个模拟传感器模块之间均设有隔离保护单元，其中，隔离保护单元用于隔离每个传感器，并对其进行保护，其为现有技术，在此不再详述其具体结构及其工作原理；所述微控制器通过can总线与工控计算机通信连接；

所述发动机模拟控制器包括处理器，及与处理器电连接的数据采集处理模块和执行驱动模块；所述数据采集处理模块由模拟量处理单元和数字量处理单元组成；所述发动机工况模拟器的模拟信号输出模块经数据采集处理模块的模拟量处理单元与处理器电连接；所述执行器、操作开关和脚踏板分别经数据采集处理模块的数字量处理单元与处理器电控连接；所述执行器与执行驱动模块电连接；所述处理器通过rs232串口与工控计算机通信连接；

所述操作开关由状态转换开关和故障模拟开关组成，且其位于电控系统故障模拟操控区，操作开关的设计，使得本发动机电控系统维修训练平台具有与实车一样的操作开关状态转换开关，同时为了更全面的模拟故障而安装的故障模拟开关；其中，状态转换开关将信号通过原有的电气连接传送给发动机模拟控制器实现状态转换；故障模拟开关通过在执行器与发动机模拟控制器的连接线缆中开关选择，模拟执行器故障。

进一步地，所述下柜体与训练台面之间安装有用于放置工控计算机其操作键盘的抽屉。

进一步地，所述工控计算机其背离电控系统故障模拟操控区一侧设置有用于开启工控计算机的计算机电源开关及用于与工控计算机进行数据传输的usb接口；所述故障模拟操作面板和状态转换操作面板其背离电控系统模拟训练演示区一侧安装有用于接通市电的电源总开关及220v电源指示灯。

进一步地，所述微处理器包括9s12单片机及其外围电路。

进一步地，所述模拟传感器模块包括位移传感器、油压传感器、排气温度传感器、环境温度传感器、水温传感器、进气温度传感器、第一速度传感器和第二速度传感器。

进一步地，所述处理器由80c196单片机及其外围电路组成。

进一步地，所述数据采集处理模块的模拟量处理单元为滤波整形电路；所述数据采集处理模块的数字量处理单元为限幅整形电路。

进一步地，所述执行驱动模块由高边浮地驱动单元和低边实地驱动单元组成。

进一步地，所述故障模拟开关设置于故障模拟操作面板，且其由左至右依次包括位移开关、第一执行器线圈和第二执行器线圈；所述状态转换开关设置于状态转换操作面板中，且其由左至右依次包括熄火按钮、电控电源开关、发动机战时开关、恒速1200r/min开关和恒速1500r/min开关；所述熄火按钮和电控电源开关之间还安装有用于指示开启电控电源的24v电源指示灯。

进一步地，所述工况计算机其显示屏上显示有发动机工作状态演示的操作界面；所述操作界面由通讯指示灯、控制参数显示区、启动按钮、空载和加载按钮、油门值指示计、传感器故障按钮选区、传感器故障显示区、保护功能按钮选区、保护功能指示区及发动机转速和齿杆值曲线显示区构成；

所述控制参数显示区由左至右依次包括发动机转速表、齿杆值指示计、油压值指示计、水温值指示计、排温值指示计和进气温值指示计；

所述传感器故障按钮选区由左至右依次包括水温传感器故障按钮、油压传感器故障按钮、进气温传感器故障按钮、第一转速传感器故障按钮和第二传感器故障按钮；

所述传感器故障显示区包括严重故障指示灯、位移传感器故障指示灯、水温传感器故障指示灯、油压传感器故障指示灯、进气温传感器故障指示灯、排温传感器故障指示灯、一般故障指示灯、第一执行器线圈故障指示灯、第二执行器线圈故障指示灯、第一转速传感器故障指示灯和第二转速传感器故障指示灯；

所述保护功能按钮选区由左至右依次水温高保护按钮、油压低保护按钮、排温高保护按钮、超速保护按钮和冷机保护按钮；

所述保护功能指示区由左至右依次电控故障指示灯、机油压过低指示灯、冷却水超温指示灯和进气加温指示灯。

本发明与现有技术相比较，本发明的装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台，能够在不外接发动机的情形下完成电控系统的模拟联动试验，模拟发动机起动、调速、停车等控制要求及故障报警、发动机保护等功能，其中发动机工作状态演示的操作界面可以实时图形化显示发动机主要运行参数及故障报警的情况，满足8v发动机电控系统的模拟试验。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意框图。

图2是本发明的系统连接结构示意框图。

图3是本发明的发动机工况模拟器结构示意框图。

图4是本发明的发动机工况模拟器的连接示意图。

图5是本发明的发动机工况模拟器的控制示意图。

图6是本发明的发动机模拟控制器结构示意框图。

图7是本发明的工控计算机的通信示意图。

图8是本发明的工控计算机其发动机工作状态演示的操作界面示意图。

图9是本发明操作界面的系统启动指示图。

图10是本发明操作界面的系统空载加载按钮点击指示图。

图11是本发明操作界面的水温故障指示图。

图12是本发明操作界面的进气温故障指示图。

图13是本发明操作界面的第一转速传感器故障指示图。

图14是本发明操作界面的排温故障指示图。

图15是本发明操作界面的机油压力故障指示图。

图16是本发明操作界面的第一执行器线圈故障指示图。

图17是本发明操作界面的第二执行器线圈故障指示图。

图18是本发明操作界面的第一执行器线圈和第二执行器线圈同时故障指示图。

图19是本发明操作界面的位移故障指示图。

图20是本发明操作界面的转速大于1500r/min的油压低保护指示图。

图21是本发明操作界面的转速小于1500r/min的油压低保护指示图。

图22是本发明操作界面的油压低降怠速保护指示图。

图23是本发明操作界面的油压低停车保护指示图。

图24是本发明操作界面的水温高保护调试中冷却水超温指示灯亮指示图。

图25是本发明操作界面的水温高保护调试中冷却水超温指示灯熄灭指示图。

图26是本发明操作界面的排温高保护指示图。

图27是本发明操作界面的超速保护调试指示图。

图28是本发明操作界面的冷机保护开启指示图。

图29是本发明操作界面的冷机保护进气加温指示图。

图30是本发明操作界面的冷机保护后启动指示图。

附图中各部件标注为：1-维修训练台，11-下柜体，12-训练台面，13-操作演示柜，14-抽屉，2-发动机电控系统，21-发动机模拟控制器，211-处理器，212-数据采集处理模块，213-执行驱动模块，22-发动机工况模拟器，221-微控制器，222-模拟信号输出模块，23-执行器，24-操作开关，25-脚踏板，26-ac/dc一体化开关电源，3-工控计算机，31-通讯指示灯，32-控制参数显示区，33-启动按钮，34-空载和加载按钮，35-油门值指示计，36-传感器故障按钮选区，37-传感器故障显示区，38-保护功能按钮选区，39-保护功能指示区，310-发动机转速和齿杆值曲线显示区，4-状态转换开关，41-熄火按钮，42-电控电源开关，43-发动机战时开关，44-恒速1200r/min开关，45-恒速1500r/min开关，5-故障模拟开关，51-位移开关，52-第一执行器线圈，53-第二执行器线圈，6-计算机电源开关，7-usb接口，8-电源总开关，9-220v电源指示灯，10-24v电源指示灯。

具体实施方式

如图1至图8所示的装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台，由维修训练台1，及安装于维修训练台1上的发动机电控系统2组成；

所述维修训练台1包括下柜体11，及安装于下柜体11顶部的训练台面12，及倾斜设置于训练台面12上的操作演示柜13；所述操作演示柜13由电控系统模拟训练演示区和电控系统故障模拟操控区组成；所述电控系统模拟训练演示区中可拆卸安装有工控计算机3；所述电控系统故障模拟操控区设置有故障模拟操作面板和状态转换操作面板；

所述发动机电控系统2包括发动机模拟控制器21，及与发动机模拟控制器21电控连接的发动机工况模拟器22、执行器23、操作开关24和脚踏板25，及与发动机模拟控制器21和发动机工况模拟器22电连接的ac/dc一体化开关电源26；所述ac/dc一体化开关电源26其输入端与市电连接；所述执行器23与发动机工况模拟器22连接；所述发动机模拟控制器21和发动机工况模拟器22分别与工控计算机3通过rs232串口和can总线通信连接；

所述发动机工况模拟器22包括微控制器221，及与微控制器221电连接的模拟信号输出模块222；所述模拟信号输出模块222与发动机模拟控制器21通信连接；所述模拟信号输出模块222由多个模拟传感器模块组成，且每个模拟传感器模块之间均设有隔离保护单元(未图示)；所述微控制器221通过can总线与工控计算机3通信连接；

所述发动机模拟控制器21包括处理器211，及与处理器211电连接的数据采集处理模块212和执行驱动模块213；所述数据采集处理模块212由模拟量处理单元和数字量处理单元组成；所述发动机工况模拟器22的模拟信号输出模块经数据采集处理模块212的模拟量处理单元与处理器211电连接；所述执行器23、操作开关24和脚踏板25分别经数据采集处理模块212的数字量处理单元与处理器211电控连接；所述执行器23与执行驱动模块213电连接；所述处理器211通过rs232串口与工控计算机3通信连接；

所述操作开关24由状态转换开关4和故障模拟开关5组成，且其位于电控系统故障模拟操控区。

所述下柜体11与训练台面12之间安装有用于放置工控计算机3其操作键盘的抽屉14。

所述工控计算机3其背离电控系统故障模拟操控区一侧设置有用于开启工控计算机的计算机电源开关6及用于与工控计算机进行数据传输的usb接口7；所述故障模拟操作面板和状态转换操作面板其背离电控系统模拟训练演示区一侧安装有用于接通市电的电源总开关8及220v电源指示灯9。

所述微处理器221包括9s12单片机及其外围电路。

所述模拟传感器模块222包括位移传感器、油压传感器、排气温度传感器、环境温度传感器、水温传感器、进气温度传感器、第一速度传感器和第二速度传感器。

所述处理器211由80c196单片机及其外围电路组成。

所述数据采集处理模块212的模拟量处理单元为滤波整形电路；所述数据采集处理模块212的数字量处理单元为限幅整形电路。

所述执行驱动模块213由高边浮地驱动单元和低边实地驱动单元组成。

所述故障模拟开关5设置于故障模拟操作面板，且其由左至右依次包括位移开关51、第一执行器线圈52和第二执行器线圈53；所述状态转换开关4设置于状态转换操作面板中，且其由左至右依次包括熄火按钮41、电控电源开关42、发动机战时开关43、恒速1200r/min开关44和恒速1500r/min开关45；所述熄火按钮41和电控电源开关42之间还安装有用于指示开启电控电源的24v电源指示灯10。

所述工况计算机3其显示屏上显示有发动机工作状态演示的操作界面；所述操作界面由通讯指示灯31、控制参数显示区32、启动按钮33、空载和加载按钮34、油门值指示计35、传感器故障按钮选区36、传感器故障显示区37、保护功能按钮选区38、保护功能指示区39及发动机转速和齿杆值曲线显示区310构成；

所述控制参数显示区32由左至右依次包括发动机转速表、齿杆值指示计、油压值指示计、水温值指示计、排温值指示计和进气温值指示计；

所述传感器故障按钮选区36由左至右依次包括水温传感器故障按钮、油压传感器故障按钮、进气温传感器故障按钮、第一转速传感器故障按钮和第二传感器故障按钮；

所述传感器故障显示区37包括严重故障指示灯、位移传感器故障指示灯、水温传感器故障指示灯、油压传感器故障指示灯、进气温传感器故障指示灯、排温传感器故障指示灯、一般故障指示灯、第一执行器线圈故障指示灯、第二执行器线圈故障指示灯、第一转速传感器故障指示灯和第二转速传感器故障指示灯；

所述保护功能按钮选区38由左至右依次水温高保护按钮、油压低保护按钮、排温高保护按钮、超速保护按钮和冷机保护按钮；

所述保护功能指示区39由左至右依次电控故障指示灯、机油压过低指示灯、冷却水超温指示灯和进气加温指示灯。

本发明的装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台其工作过程如下：

系统启动，

1)开启系统电源(转动电源总开关)，220v电源指示灯亮；

2)开启电控电源(上拨有效)，24v电源指示灯亮；

3)启动工控计算机，打开训练系统软件，工控计算机的显示屏上显示发动机工作状态演示的操作界面；

功能演示：

1、正常运行：

1)启动，如图9所示，点击启动按钮，在发动机转速和齿杆值曲线显示区查看发动机转速和齿杆值；通常刚刚启动的发动机怠速为650r/min左右，齿杆为4mm左右，系统无传感器故障报警，系统启动正常；

2)加速和加载，

加速：连续踩脚踏板，油门和转速值均在上升，油门显示为100％时，转速值达到最大；

加载：如图所示10，加负荷需要点击空载按钮，同时查看油门、油压、水温和排温等变化；

其中，转速和齿杆值也可以通过发动机转速表和齿杆值指示计显示查看，在系统中配备了发动机转速和齿杆值曲线显示区的曲线显示功能，能更加直观的查看转速和齿杆的变化趋势；

2、故障模拟调试：

1)冷却水温故障调试，

调试要求：一般故障、水温传感器故障指示灯亮；

调试结果：如图11所示，点击水温传感器故障按钮，该按钮显示为红，同时水温传感器故障指示灯显示为红；然后再次点击水温传感器故障按钮，水温传感器模拟故障结束，且其调试结果符合要求；

注意：故障指示灯必须在断电重启后清除，如果故障不清除，无法模拟水温高保护功能，其他传感器故障类似；

2)进气温故障调试，

调试要求：一般故障、进气温传感器故障指示灯亮；

调试结果：如图12所示，点击进气温传感器故障按钮，该按钮显示为红色，同时进气温传感器故障指示灯显示为红；然后再次点击进气温传感器故障按钮，进气温传感器模拟故障结束，且其调试结果符合要求；

3)转速故障调试，

调试要求：

第一转速传感器故障：一般故障、第一转速传感器故障指示灯亮；

第二转速传感器故障：一般故障、第二转速传感器故障指示灯亮；

调试结果：如图13所示，点击第一转速传感器故障按钮，该按钮显示为红，同时第一转速传感器故障指示灯显示为红；然后再次点击第一转速传感器故障按钮，第一转速传感器故障模拟结束，且其调试结果符合要求；第二转速传感器故障模拟与第一转速传感器故障模拟相同的操作方法和显示；

注意必须在断电清除第一转速传感器故障的情况下，才能进行第二转速传感器故障模拟；

4)排温故障调试，

调试要求：一般故障、排温传感器故障指示灯亮；

调试结果：如图14所示，点击排温传感器故障按钮，该按钮显示为红，同时排温传感器故障指示灯显示为红；然后再次点击排温传感器故障按钮，排温传感器故障模拟结束，且其调试结果符合要求；

5)机油压力故障调试，

调试要求：一般故障、油压传感器故障指示灯亮；

调试结果：如图15所示，点击油压传感器故障按钮，该按钮显示为红，同时油压传感器故障指示灯显示为红；然后再次点击油压传感器故障按钮，机油压力故障模拟结束，且其调试结果符合要求；

6)执行器线圈故障调试，

调试要求：

第一执行器线圈故障：一般故障、第一执行器线圈故障指示灯亮；

第二执行器线圈故障：一般故障、第二执行器线圈故障指示灯亮；

执行器线圈两路同时故障：严重故障、第一执行器线圈故障、第二执行器线圈故障指示灯亮；

调试结果：

如图16所示，将维修训练台上的电控系统故障模拟操控区的第一执行器线圈开关打开(上拨)，训练系统中传感器故障一般故障指示灯和第一执行器线圈故障指示灯亮；

如图17所示，将维修训练台上的电控系统故障模拟操控区的第二执行器线圈开关打开(上拨)，训练系统中传感器故障一般故障指示灯和第二执行器线圈故障指示灯亮；

如图18所示，当同时将第一、第二执行器线圈开关同时打开，训练系统中严重故障指示灯和第一执行器线圈故障、第二执行器线圈故障指示灯亮起，同时整车相关指示灯中的电控故障亮起，发动机停车，其调试结果符合要求；

7)位移故障调试，

调试要求：严重故障、位移传感器故障指示灯亮；

调试结果：如图19所示，将维修训练台上的电控系统故障模拟操控区的位移开关打开(上拨)，训练系统中传感器故障中传感器故障严重故障指示灯和位移传感器故障指示灯亮起，发动机停车，其调试结果符合要求；

3、保护模拟调试：

1)油压低保护调试，

调试要求：机油压力显示低于250kpa，保护功能指示区中机油压过低指示灯亮，油压持续下降低于200kpa，系统采取怠速保护，当转速当油压低于80kpa时，系统采取停车保护；

调试结果：点击油压低保护按钮，该按钮显示为绿，模拟油压低保护功能开始执行，观察机油压力值的变化，机油压力值会慢慢降小，同时转速也在减慢，如图20所示，转速大于1500r/min且油压值低于250kpa时，油压值指示计显示变为红色；如图21所示，若转速小于1500r/min，油压低于200kpa时，油压值指示计显示为红；如图22所示，油压持续降低，根据其保护策略当油压达到一定数值时，控制器采取降怠速措施，且此时机油压过低指示灯变红；如图23所示，机油压力值会一直下降，直到10kpa，油压低保护功能演示完毕，油压低保护按钮自动恢复；调试结果符合要求；

2)水温高保护调试，

调试要求：冷却水温显示高于105℃，保护功能指示区中冷却水超温指示灯亮，系统会减少供油量；当冷却水温显示低于102℃时保护取消，系统恢复正常；

调试结果：点击水温高保护按钮，该按钮显示为绿，模拟水温高保护功能开始执行，观察水温值指示计的冷却水温值的变化，冷却水温值慢慢增加，如图24所示，当水温值达到105℃时，水温显示为红，并且冷却水超温指示灯变红；然后水温值慢慢下降，直到水温值达到正常水温；水温高保护功能演示完毕，点击过的水温高保护按钮自动恢复为正常颜色；如图25所示，如果冷却水超温指示灯变红时，继续踩踏板，转速和齿杆都不会继续增加，而且冷却水温低于102℃时，冷却水超温指示灯熄灭；调试结果符合要求；

3)排温高保护调试，

调试要求：排气温度显示高于650℃，系统会减少供油量；当排气温度显示低于640℃时保护取消，系统恢复正常；

调试结果：点击排温高保护按钮，该按钮显示为绿，模拟排温高保护功能开始执行；观察排温值指示计的排气温度值的变化，排气温度值慢慢增加，如图26所示，当排温值高于645℃时，排温显示控件为红；然后排温值上升至650℃左右时，排温值会逐渐减小，直到恢复正常排温值，排温高保护按钮自动恢复，排温高保护功能演示完毕；调试结果符合要求；

4)超速保护调试，

调试要求：转速超过2700r/min时，齿杆值归零；

调试结果：点击超速保护按钮，该按钮显示为绿，模拟超速保护功能开始执行；观察转速值变化，如图27所示，转速值从当前转速增加至2700r/min，齿杆归零，点击过的超速保护按钮自动恢复，发动机停机，超速保护功能演示完毕；调试结果符合要求；

5)冷机保护调试，

调试要求：进气温度显示低于10℃，保护功能指示区中进气加温指示灯亮，系统自动为其进气加温，加温时间为90秒，加温期间，操作界面上进气加温指示灯常亮，不允许着车，等指示灯灭了以后，可正常着车；

调试结果：如图28所示，开启电控电源，并且运行模拟训练系统软件后，必须在5秒内点击冷机保护按钮；如图29所示，点击启动按钮，这时进气加温指示灯亮；如图30所示，等待45秒，进气加温指示灯灭，再次点击启动按钮发动机正常启动；关断电控电源，冷机保护功能演示完毕；其调试结果符合要求；

4、发动机状态转换模拟，

1)测试熄火按钮：驾驶员通过该按钮控制发动机停机，按住熄火按钮几秒钟实现停机；

2)测试恒速1200r/min、1500r/min开关：用于提升发动机工作怠速，打开恒速1200r/min开关，发动机工作怠速将由650r/min升高至1200r/min，打开恒速1500r/min开关，发动机工作怠速将升高至1500r/min；

3)测试发动机战时开关：通常情况下，该开关应置于无效位置(非战斗状态)，系统根据发动机的运行状况确定保护功能的实施与否；紧急或特殊情况下，该开关可置于有效位置(战斗状态)，系统取消机油压力保护、冷却水温保护、排气温度保护及起车时对脚踏板位置和恒速开关的限制要求；

5、数据保存，

数据记录文件自动按照训练系统开启时间命名，存储为excel格式，存储地址为d：\数据存储文件夹中；注意d盘下得数据存储文件夹要预先新建完成。

本发明的装甲车辆柴油机的发动机电控系统维修训练平台，能够实现发动机的工况模拟，满足发动机起动、调速、停车等控制要求；能够实时模拟显示发动机的转速、机油压力、水温、排温等主要运行参数，具备储存柴油机主要运行参数及故障信息的功能；能够实现发动机电控系统各传感器故障模拟及油压低、水温高、排温高、超速等保护模拟；总之，本发动机电控系统维修训练平台达到了设计要求及相关技术指标，能够完全满足用户需求；另外，通过维修训练平台各单元的联动完成发动机的运行监测、控制、故障报警等教学演示，成为部队院校重要的发动机电控系统教学演示设备，创造了良好的社会效益和和经济效益。

上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。