摘 要
随着汽车工业的发展，汽车的控制正从机械控制向电子控制时期发展，电子技术在现代汽车中得到广泛应用。本实验台研发设计的目的是辅助汽车教学，方便学生了解汽车电控系统与单片机控制技术相结合的原理，培养学生的工程实践能力。实验台的制作以从威驰发动机上所采的数据流为依据, 对丰田系列车型具有针对性。
设计的主要特点是信号控制，通过在传感器与ECU之间设置开关，用于控制传感器信号,从而实现控制系统信号测试分析。形象直观发动机舱内安装了仪表，控制柜上有数据显示，车门剖面结构紧凑，功能演示形象直观。实验台的主要功能是可以检测汽车电脑是否正常工作，并且可以用专用诊断仪器读取有关数据流，查找汽车电脑的故障。可以模拟发动机电控燃油喷射、点火，满足汽车实验教学要求，操作简便。
关键词：电子控制；信号模拟；电控燃油喷射；剖面；传感器
ABSTRACT
Along with the development of automobile industry, the control of automobile is developing from the mechanical-controlled to electronic-controlled period, Singlechip Electrical technology gets extensive application in modern automobile. The researching and development purpose of the experiment table is to assist teaching, it will make students convenient to know about the principle of mutual interlock between automobile electronic-controlled system and Singlechip controlled technology. It also can culture students’ ability of engineering practice. The development of the experiment table is according to the data stream that received from the VIOS engine, and it directed towards Toyota automotive type
Main feature is signal imitation the sensor and ECU provided between the sensor used to control signals, testing analysis. the signal control system,visualizestart within the cabin, there is information on the control cabinet, according to the door of its compact structure, functions, visual in image shows.major function is it can not only check that whether the ECU is working normally or not but also read correlative data stream by special diagnosis instruments. Moreover, it can find ECU’s faults.it can imitate electronic-controlled fuel oil injection and ignition as the engine and its operation is simple. so it can meet the needs of teaching.
Key word: Electronic-controlled；Signal imitation；Electronic-controlled fuel oil injection；Section；Sensors
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1引言 1
1.2课题研究的背景与意义 1
1.3 主要研究内容 2
第2章汽车电控系统的应用及故障诊断原理……………………………..…….3
2.1 汽车电子技术的发展 3
2.2 现代汽车电子技术的应用 3
2.2.1 发动机功率和排放的闭环控制系统 4
2.2.2 汽油机电子综合控制系统 4
2.3 国内外汽车电子系统的研究状况 4
2.4故障诊断技术的发展趋势 6
2.5故障诊断系统的原理 7
2.5.1发动机控制柜的工作流程 7
2.5.2基本组成与原理 7
2.5.3电子控制燃油喷射的基本原理 8
2.5.4 电子控制燃油喷射系统的组成 9
2.6点火系的组成及原理 11
2.7 故障诊断原理 12
2.7.1传感器的故障诊断 12
2.7.2执行器的故障诊断 12
2.7.3线路故障诊断 12
2.8 发动机控制柜的功能要求 13
2.9发动机控制柜的工作原理及过程 13
2.10本章小结 14
第3章 丰田轿车发动机控制柜设计 14
3.1 总体方案的确定 14
3.1.1 威驰车型的选择 15
3.1.2 控制柜总体结构的设计 15
3.1.3 控制柜整体结构校核 16
3.2 控制柜的制作 19
3.2.1 台架的焊接 19
3.2.2 控制面板的制作 19
3.2.3组件的安装 21
3.2.4 实验台的整体合理性 21
3.3 线路连接转换头的设计 22
3.3.1 针孔的布置 22
3.3.2 驾驶员座椅底部航空接头布置 22
3.3.3 航空接头的用途 23
3.4 实验台电路设计 23
3.5控制柜的作用 24
3.6本章小结 24
第4章 工作数据显示设计 25
4.1数据采集和分析 25
4.1.1 数据流的采集 25
4.1.2 数据流的分析 26
4.2显示控件设计 28
4.2.1 仪表设计 28
4.2.2 转接板设计 28
4.2.3 显示功能 29
4.3本章小结 29
第5章 威驰轿车教学剖面设计 30
5.1 总体方案的确定 30
5.1.1 剖面位置的选择 30
5.1.2 剖面结构的设计 30
5.2 汽车部件解剖 31
5.2.1 整车棚顶的切割 31
5.2.2 整车剖面的示教功能 31
5.2.3 车门的解剖 31
5.2.4 车门剖切的工艺及方法 32
5.2.5 车门剖面的示教功能 32
5.3 本章小结 33
结 论……………………………………………………………………………………………………………………………..……34
参考文献 35
致 谢 36
附 录 37
第1章 绪 论
1.1引言
教学改装是迅速发展起来的一门新兴学科，随着教学改装的理论方法和应用技术的研究和深入以及计算机技术的发展，应用计算机对实际系统或假想的的系统进行仿真的技术越来越受到人们的重视。总结和回顾系统仿真系统的应用历史，系统仿真技术不仅在航天，航海，原子能，电力等领域进一步提高了应用水平，而且逐步发展到应用于社会，经济，交通，生态系统等各个领域，已成为高科技产品从论证，设计，生产试验，训练到更新等生命周期各个阶段不可缺少的技术手段，为研究和解决复杂的系统问题提供了有效的工具。
1.2课题研究的背景与意义
近20多年来，随着计算机和电子技术的发展，汽车工业和汽车技术取得了长足进步。采用电子技术已经成为解决汽车质量与性能诸多问题中的最佳方案。应用微机控制发动机的喷油与点火就是为了适应社会对汽车排放法规与节能的要求。目前，多数轿车都已装用发动机管理系统，对发动机各个系统进行综合控制发动机的控制已由早期的模拟装置发展成为微机控制的数字控制系统。在发动机管理系统中，微机不仅控制点火定时与喷油系统的空然比，还控制怠速转速，爆燃，增压压力，近期和废弃再循环以及变速器传动诸多方面，还增加了自诊断系统，后备系统与保护装置，提高了整个控制系统的可靠性。
现代汽车工业已经进入成熟的发展阶段，世界各大汽车制造商为进一步地争夺汽车销售市场，不断加强开发投资力度，试图以提高汽车安全性、降低能耗、改善舒适性和增加功能等来推动汽车工业向高附加值方向发展。汽车电子技术是汽车技术与电子技术相结合的产物，汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命。在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车已经由单纯的机械产品发展为高级的机电一体化产品，成为所谓的“电子汽车”。
汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。随着电子信息技术的飞速发展, 现代汽车技术与电子技术、信息技术融合在一起, 汽车已成为现代科技的载体和结晶。据核计，目前平均每辆车上的电子装备已经占到整车成本的20%-30%，在一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到50个，电子产品费用占到整车成本的50%以上。可以说,目前电子技术的应用已经深入到汽车所有的系统并在提高汽车的操纵性能、燃油经济性、可靠性和自动化程度等方面发挥着越来越重要的作用。在发达国家，汽车已经进入电子时代，汽车电子控制技术已经成为当代汽车技术领域关注和研究的重点问题。
由此可以看出，现代汽车已不再是传统的机电产品，其中汽车的机械部分的发展已经达到了极致，汽车继续改进的空间将集中在传统汽车技术和电子技术的的结合上，汽车上70%的革新来自汽车电子技术及产品。然而，由于汽车运行的环境多变，特别是发动机所处的环境恶劣，因此，由发动机电子控制系统引起的故障也相应增多。据相关从事汽车维修多年的人员表示，现代汽车由于电控系统引起的故障大约占全车故障的70%，特别是新车。发动机电子燃油喷射是一项涉及面很广的技术，它包括了传感器技术、微处理技术、控制工程等多方面知识。并且，在汽车修理过程中，由于车系、车型的差别，维修人员判定传感器元件信号及电子控制单元导致的故障很困难。这就给汽车维修和汽车教学带来了很大的障碍。而现有的教学试验台架绝大部分仍然基于传统的发动机，这是制约学生理论学习和提高实践能力的一个重要原因。本设计通过对发动机电子控制部分实施改制，使之形成可以脱离发动机本体试验的系统设计，应用相应传感器来模拟实际运行工况，实现故障诊断，通过故障代码的分析，查找并排除故障。研制出一套对汽车电子控制系统诊断准确、操作方便、快速经济的故障诊断系统，从而把理论教学与实践过程有机地结合起来，使理论教学更直观，实践过程更容易。
1.3 主要研究内容
（1）控制柜的设计：具有较强的演示功能，可以实现随车故障诊断以及针对不同电子控制系统元件进行信号测试；
（2）控制面板的设计：实现车辆控制信号测试；
（3）车用传感器信号控制：通过对其电路ECU传感器之间设置开关进行信号控制；
（4）实现相关教学功能：可以进行解剖和切割，使学生能够直观看到车门制造工艺、材料、机构及装配关系；
第2章汽车电控系统的应用及故障诊断原理
汽车电子化是现代汽车发展的重要标志，现代汽车电子控制技术的应用不仅提高了汽车的动力性、经济性和安全性, 改善了行驶的稳定性和舒适性, 推动了汽车工业的发展, 还为电子产品开拓了广阔的市场, 从而推动了电子工业的发展。因此, 发展汽车电子控制新技术, 加快汽车电子化速度, 是振兴和发展汽车工业的重要手段。
2.1 汽车电子技术的发展
世界汽车电子技术的发展过程在不同的资料介绍中略有不同，但按照时间顺序大致可以分为以下三个阶段：
第一阶段 （1960～1975年）：20世纪60年代晶体管收音机、晶体管点火装置的实用化揭开了电子化时代的序幕，主要产品有交流发电机、电子电压调节器、电子点火控制器等。1967年，德国BOSCH公司利用进气支管绝对压力信号和模拟计算机来控制发动机空燃比的D型燃油喷射系统装配在汽车上，率先达到了当时美国加州的排放法规要求，开创了汽油机电子控制燃油喷射技术的新时代。
第二阶段 （1975～1985年）：由于计算机技术的迅速发展，汽车进入了微机控制时代，汽车上广泛应用集成电路和16位以下的微处理器。电子控制燃油喷射装置的功能得到进一步的扩充，在三元催化转化的系统中采用了氧传感器，形成了闭环控制，显著降低了污染。有的还采用了发动机整体控制系统，出现了无分电器的微机控制点火系统。其主要特点是发展专用的控制系统，主要产品有电子燃油喷射系统（EFI）、空燃比反馈控制系统、故障自诊断系统等。
第三阶段 （1985年～现在）：高科技的迅速发展时期，汽车电子产品的研制开发竞争十分激烈，主要侧重于汽车性能的进一步提高、各种功能的进一步完善及减少汽车的质量，开始使用32位微处理器。主要产品有故障自诊断系统、信息显示系统、数字式油压表、驱动防滑系统等。
2.2 现代汽车电子技术的应用
汽车电子技术的应用主要体现在车用微型计算机的推广使用上。虽然汽车微机控制系统的应用范围很广, 但是技术比较成熟且应用很普遍的还是发动机控制系统。
2.2.1 发动机功率和排放的闭环控制系统
电子点火正时：电子点火正时是利用专用微机或大规模芯片实行对点火时刻的最佳控制, 它的关键部件是高精度曲轴位置传感器、负荷传感器、排气含氧量传感器、爆然传感器、进排气温度传感器、冷却水温度传感器等。
电子控制燃油供给系统。目前使用最普遍的是电子汽油喷射系统, 其次是电子式化油器和柴油发动机的电子控制等。它们的关键部件除与电子点火正时系统相同外, 还包括进气流量传感器、燃油泵和喷油嘴。电子技术在发动机上的应用往往是综合性的, 这样才易于降低成本, 提高性能。如日本日产汽车公司生产的ECCS系统就同时具有点火正时、汽油喷射、废气再循环、怠速控制系统及故障诊断等多种功能。
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