電控發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目化課程教學(xué)中自制設(shè)備的研究與應(yīng)用

　　摘要：結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)項(xiàng)目化課程的教學(xué)目標(biāo)及對(duì)設(shè)備的要求，介紹了電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)的研究背景和研究內(nèi)容，闡述了開發(fā)該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，運(yùn)算放大電路設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)軟件開發(fā)要點(diǎn)，針對(duì)應(yīng)用推廣的需要說明了系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的適應(yīng)性，最后結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)的任務(wù)歸納了該系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用情況。
　　關(guān)鍵詞：電控發(fā)動(dòng)機(jī)；項(xiàng)目化課程；數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)；應(yīng)用
　　
　　一、“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”研究背景和研究內(nèi)容
　　
　　1.研究背景
　　對(duì)高職院校汽車專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的原理與檢測是重點(diǎn)，更是難點(diǎn)。南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系自2009學(xué)年起，進(jìn)行了項(xiàng)目化課程的改革，將原有汽車類主干專業(yè)課程分成10大項(xiàng)目化課程，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)維修是其中重點(diǎn)課程之一。該課程以汽車維修企業(yè)崗位任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以具體工作任務(wù)為載體，通過理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生具有發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析、拆裝、檢修以及故障分析、處理的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)能力，同時(shí)能夠全面培養(yǎng)學(xué)生資料的收集檢查與判斷、規(guī)范使用發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)檢測設(shè)備、責(zé)任心與職業(yè)道德、應(yīng)變能力等綜合素質(zhì)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)維修項(xiàng)目化課程自實(shí)施以來，很好地實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目化的教學(xué)要求，明顯提高了學(xué)生解決問題的能力。同時(shí)也暴露出一些亟待解決的問題：一是面對(duì)該課程有限的課時(shí)、有限的設(shè)備和眾多的學(xué)生，教學(xué)分組率未能達(dá)到最佳要求，學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)不夠；二是涉及到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)相關(guān)電控元件的線路電壓、波形等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測時(shí)，學(xué)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)線路破壞嚴(yán)重，教學(xué)設(shè)備消耗大，設(shè)備修復(fù)工作量大，同時(shí)教學(xué)過程也存在安全隱患。如何充分利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，維護(hù)好現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備，最大程度地滿足項(xiàng)目化課程教學(xué)的需求，達(dá)到預(yù)jVTn+SBYt/lYJp1/ZfT03g==期的培養(yǎng)目標(biāo)，是當(dāng)前開展項(xiàng)目化課程教學(xué)的一大課題。
　　2.研究內(nèi)容
　　“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”是在原有發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架或整車的基礎(chǔ)上，重新進(jìn)行線路改裝布置，通過設(shè)計(jì)三通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口、帶電路圖多級(jí)檢測箱、連接線束快速接口等關(guān)鍵組件，可以讓學(xué)生在多個(gè)檢測箱上同時(shí)進(jìn)行一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)相關(guān)電控元件的線路電壓、波形檢測，提高發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)項(xiàng)目化教學(xué)的分組率，同時(shí)，延長原發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架或原車的使用壽命。“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”可以實(shí)現(xiàn)讓原有的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架帶動(dòng)最多30個(gè)檢測箱的功能。
　　
　　二、“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”總體設(shè)計(jì)
　　
　　1.總體設(shè)計(jì)方案
　　圖1為“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”總體設(shè)計(jì)示意圖，圖中在原車發(fā)動(dòng)機(jī)電控元件和原車ECU（電控單元）之間連接一個(gè)三通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口，三通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口能確保在原車電控元件和ECU間通訊不受影響的基礎(chǔ)上將電控元件信號(hào)引出到帶電路圖的檢測箱，三通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口與原車電控元件和ECU間可以實(shí)現(xiàn)即拆即裝；三通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口與檢測箱之間有連接線束，連接線束與檢測箱之間、相鄰檢測箱之間都通過快速接口實(shí)現(xiàn)連接，快速接口也可以實(shí)現(xiàn)即拆即裝。為了保證檢測箱上的數(shù)據(jù)可靠和穩(wěn)定，在帶電路圖的檢測箱1內(nèi)設(shè)計(jì)了運(yùn)算放大電路，設(shè)置了運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)采集卡，可以將原發(fā)動(dòng)機(jī)上電控信號(hào)進(jìn)行有效放大，再傳送給檢測箱2、3、4等。
　　2.運(yùn)算放大電路設(shè)計(jì)
　　運(yùn)算放大電路由輸入回路、運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)采集卡和輸出回路三部分組成，如圖2所示，其中輸入回路分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩部分，主要接收從三通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口傳來的信號(hào)，典型的有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、噴油器控制端、水溫傳感器等，輸出端主要連接帶電路圖的檢測箱2上的電路，將放大的信號(hào)傳輸?shù)较乱粋€(gè)檢測箱的電路圖上。
　　3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　 軟件設(shè)計(jì)部分是整個(gè)數(shù)據(jù)采集放大系統(tǒng)的主要部分，其主要功能是：實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)電控元件的參數(shù)，將信號(hào)通過運(yùn)算放大器放大后，發(fā)出控制指令，將信號(hào)傳輸給檢測箱2。軟件部分也就分成了數(shù)據(jù)采集、分析判斷、輸出控制三個(gè)部分。為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，軟件設(shè)計(jì)采取了以下兩種算法：
　　（1）消除輸入信號(hào)的“抖動(dòng)”干擾。當(dāng)輸入信號(hào)在某一個(gè)數(shù)值附近“抖動(dòng)”時(shí)，為了更好地保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定，通過軟件在邊界數(shù)值設(shè)計(jì)一個(gè)“遲滯比較器”，如圖3所示。當(dāng)參數(shù)（n）在某一個(gè)邊界值（n0）附近抖動(dòng)時(shí)，其輸出往往也會(huì)跟著抖動(dòng)，影響輸出電路的正常工作；當(dāng)采用了遲滯比較以后，一旦參數(shù)（n）超過邊界值（n0）后，其判斷的邊界數(shù)值會(huì)作相應(yīng)的調(diào)整（n+offset），此時(shí)，假如參數(shù)（n）由于干擾而突然變化（nn0），條件仍然成立，不會(huì)出現(xiàn)先前的抖動(dòng)現(xiàn)象。
　　（2）“多次測試，取平均值”法提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在軟件中運(yùn)用了“多次測試，取平均值”法。由于本控制系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的響應(yīng)性要求不高，因此，具體的，用了連續(xù)檢測5次，求平均值的方法。
　　三、“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”的應(yīng)用實(shí)踐
　　1.系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的適應(yīng)性
　　理論上“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”適用于目前所有的在用電控汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，包括國產(chǎn)和進(jìn)口的各種車型，能夠在原車發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用，也能在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上應(yīng)用。只要是功能正常的電控汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，都可以應(yīng)用本系統(tǒng)。值得強(qiáng)調(diào)的是傳統(tǒng)的化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和使用混合動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)不適用于本系統(tǒng)。
　　2.系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用
　　“電控發(fā)動(dòng)機(jī)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)”可以在發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)維修課程六大學(xué)習(xí)項(xiàng)目，涉及10個(gè)具體學(xué)習(xí)任務(wù)的實(shí)踐操作環(huán)節(jié)中可以應(yīng)用，累計(jì)實(shí)踐教學(xué)課時(shí)為15課時(shí)，占該課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的30%，相關(guān)內(nèi)容如表1所示。
　　四、結(jié)語
　　1.本項(xiàng)目所做的工作和創(chuàng)新點(diǎn)
　　（1）結(jié)合項(xiàng)目化課程改革和實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需要，在合理構(gòu)思充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成了項(xiàng)目的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　（2）在帶電路圖的檢測箱1內(nèi)設(shè)計(jì)了運(yùn)算放大電路，設(shè)置了運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)電控元件參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和輸出控制，并對(duì)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)提出了軟件的處理方法。
　　（3）在AJR發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上研制了一個(gè)匹配的一拖三實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)，并完成了對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試和教學(xué)應(yīng)用試驗(yàn)，通過一個(gè)學(xué)期5個(gè)班級(jí)的循環(huán)應(yīng)用，效果良好。
　　2.需要進(jìn)一步研究和完善的工作
　　（1）從系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力分析，該項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)一拖30個(gè)檢測箱，受限于課題經(jīng)費(fèi)的限制，本課題只制作了三個(gè)數(shù)據(jù)檢測箱，在連接更多的檢測箱后，應(yīng)該進(jìn)一步調(diào)試驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。
　　（2）從系統(tǒng)功能開發(fā)看，本項(xiàng)目只具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線檢測功能，無法實(shí)現(xiàn)使用診斷儀對(duì)通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，可以通過進(jìn)一步的功能拓展來實(shí)現(xiàn)這些功能，以便更好地滿足項(xiàng)目化課程的教學(xué)需求。
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文