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1、 第1章 绪 论. 课题研究的背景与意义系统仿真是迅速发展起来的一门新兴学科，随着系统仿真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。全套图纸，加153893706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
2、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
3、、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
4、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
5、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
6、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。1.2国内外汽车教学改装的发展趋势我国改装技术的研究与应用开展得比较早，发展迅速。80年代就建设了一批水平高、规模大的半实物改装系统，如射频制导导弹半实物仿真改装系统、工程飞行模拟等等，主要应用于军事用途。目前半实物改装仿真在工业、交通优化逐步开始应用，同时，半实物仿真技术已成为国内汽车工程师研究的热点，已满足应用设计周期的缩短、产品质量要求的提高、开发及设计费用的减少的要求。在国外，汽车公司的工程师感到他们需要一种替代传统设计的新途径。他们曾经尝试过的方法所遇到的主要问题还是硬件原型的不完备，整个设计在工程化时需要重新设计和重新
7、编程。因此汽车公司的工程师开始寻找一种新的方法来填补传统与现代的汽车电子控制系统开发之间的空白，使得需求定义者控制器设计人员有一个共同的坚实基础。故障诊断(Diagnostics)，是指确定故障的起因，即在不拆卸发动机本体或仅拆下个别零件的条件下，查找故障零件部位和查明故障原因的过程。诊断技术，是指能用于发现和分析故障元件及故障区域的技术。按故障诊断技术从无到有，与电控燃油喷射技术的发展水平相对应的诊断技术可分为人工经验诊断、简单仪器诊断、精密监测诊断和人工智能诊断四个阶段。人工经验诊断：20世纪50年代以前，发动机结构较简单，电控燃油喷射系统还没有应用于汽车发动机，通过简单的测试仪表，如转速
8、表、气压表、真空表电压表、电流表等，或者是判定发动机是否有异响、是否过热、有异味等情况。再依靠人工经验来完成对的发动机故障诊断工作。目前，人工经验诊断方法对某些复杂故障的诊断仍十分有效。简单仪器诊断：20世纪50年代初至70年代末，由于汽油喷射系统开始应用于汽车发动机，传感器、微处理器技术、控制工程技术也随之在汽车发动机上得到应用。因此，在汽油喷射系统故障诊断过程中就必须借助相关传感器、微处理器及示波器等仪器设备对发动机的工况进行检测，以判定其工作性能的好坏。精密监测诊断：20世纪80年代初至90年代初，电子技术的进步，对电控燃油喷射系统的控制内容更加全面，控制程度更加精确。随之，以计算机技术
9、为核心的各种精密诊断设备得到了快速的发展，对电控发动机故障诊断的准确率也有了很大提高。如各种发动机分析仪、点火正时仪、电脑检测仪以及各种电子化检测仪表等都是进行精密检测所必备的仪器。人工智能诊断：20世纪90年代开始，由于汽车电控燃油喷射技术的不断完善，而且车型及其控制技术又不尽相同。因此，在汽车维修中，故障诊断就成为关键性问题。应用人工智能理论与技术以及现代的信息技术开发出的各种故障系统将有助于电控燃油喷射系统故障诊断问题的解决。1.3故障诊断技术的发展趋势近年来，一些新的科学分支的出现和发展及其在设备故障诊断中的成功应用，为汽车故障诊断技术的发展开拓了新的途径。由于汽车电子化的趋势是从整体
10、上来设计全车的控制系统，因此，现代故障诊断系统的技术正向着故障专家系统、人工智能故障诊断系统方面发展，开发要求是：具有在线更新自诊断功能、故障预测功能、自我保护功能，并且还可以实现在线信息资源的交流与共想。1.4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）发动机工作数据显示：可以显示发动机工作油压以及进气管真空变化。通过灯、仪表演示系统工作状态。（4）典型系统工作状态演示：可以通过局部解剖切割的方法演示总成系统的工作状态。第2章 凯美瑞电子控制系统的应用汽车电子化是现代汽车发
11、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。近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。汽车电子控制系统基本由传感器、电子控制器（ECU）、驱动器和控制程序软件等部分组成，与车上的机械系统配合使用（通常与动
12、力系统、底盘系统和车身系统中的子系统融合），并利用电缆或无线电波互相传输讯息，即所谓的“机电整合”，如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制系统、防滑控制系统、电子控制悬架系统、电子控制自动变速器、电子助力转向等。汽车电子控制系统大体可分为四个部分：发动机电子控制系统，底盘综合控制系统，车身电子安全系统，信息通讯系统。其中，前两种系统与汽车的行驶性能有直接关系。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 （19601975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
13、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 （19751985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
14、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
15、, 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。2.2.2 汽油机电子综合控制系统汽油机电子控制装置除完成一般的电子控制汽油喷射装置的起动喷油量控制、伺服喷
16、油量控制、暖车工况控制外, 还能实现空燃比反馈控制、点火控制、排气再循环控制和二次空气供给控制、怠速控制等。此外, 新型汽油机电子控制装置还装有自适应控制, 智能控制及故障自诊断操作等。汽油机电子综合控制已将发动机的工作控制在最佳的运行状态。此外，电子技术还应用于柴油机综合控制系统、汽车动力转向系统、行驶系、主动悬架、通讯导航、娱乐和乘坐舒适性等方面。2.3汽车电子技术的发展趋势当前，汽车电子技术进入了优化人- 车- 环境的融化关系的阶段，它向着超微型磁体、超高效电机以及集成电路的微型化方向发展，并为汽车上集中控制提供了基础（如制动、转向和悬架的集中控制以及发动机和变速器的集中控制）。未来汽车电子技术的突破口可能会在以下几个方面：（1）传感器技术：汽车电子化越发达，自动化程度越高，对传感器依赖性就越大，
