基于软硬结合的柴油车维修模拟教学实训台设计

彭生辉 庞新磊 李帅

摘 要：针对车辆装备维修人员技能培训，尤其是柴油发动机系统维修技能培训，阐述集虚拟拆装、实车实物训练、电路演示、故障设置与排除为一体的新型柴油发动机维修模拟教学实训台研制，为创新培训手段、提高培训质量、提升车辆装备维修人员岗位技能提供参考。

关键词：柴油车;维修;实训台;研制

中图分类号：U472        文献标识码：A

Abstract：Aiming at the skill training of vehicle equipment maintenance personnel， especially diesel engine system maintenance skills training， this paper elaborates the development of a new diesel engine maintenance simulation teaching training platform which integrates virtual disassembly and assembly， real vehicle physical training， circuit demonstration， fault setting and elimination. It provides reference for innovating training means， improving training quality and upgrading vehicle equipment maintenance personnel post skills.

Keywords：Diesel Vehicle;Maintenance;Training Platform;Development

0 引言

在進行柴油车发动机系统维修科目教学与训练时，由于结构及电路日益复杂，部分学生电路基础差，识图能力弱，教与学的双方都遇到了一些困难，教学训练难以达到理想的效果。实车实习时，由于发动机系统结构复杂，电控系统各总成通过电线连接比较分散，学员很难对柴油车发动机系统、特别是电控部分形成总体认识，因而造成学生难以快速掌握柴油车发动机系统结构特点，给分析电路、检测和排除设备故障带来一定的难度。由于价格昂贵，受气候、场地、视听效果的制约，每台车辆的受训人数也受到限制，很难在短时间内提高教学效果。因此研制一种集虚拟拆装、实车实物训练、电路演示、故障设置与排除为一体的新型柴油发动机维修模拟教学实训台可以较好地解决这一问题。

1 系统的构成与功能

1.1 系统的功能

用于柴油发动机维修理实一体化教学，演示柴油车发动机结构和工作情况;控制系统能够与实物交互，动态仿真各种故障现象及排除步骤方法，方便快捷地进行油路故障分析及检测，达到理论培训与实践培训相结合，学习过程直观、明确、重点突出的效果。

1.2 系统的构成

该系统主要由两部分组成：硬件和软件。硬件包括：柴油发动机本体、控制系统和计算机等;软件部分包括：理论知识模块、虚拟拆卸模块、故障检测模块、管理评估模块等。

2 系统硬件设计

系统硬件如图1所示。系统硬件大致可以分为两大部分，分别为某柴油车燃油系统实物和信息采集与控制显示系统（如图1所示）。燃油系统实物主要包括按照实车布局的发动机零部件;信息采集与控制显示系统主要包括控制器、信号采集模块、信息存储模块、通信模块、工控机和控制开关（控制电流通断）等部分组成。

（1）柴油机。包括完整的按照实车布局的电控单元、燃油箱、燃油滤清器、油管、电控燃油泵、喷油器、油路和传感器等，利用带滚轮的支架固定，便于移动。

（2）控制模块。控制模块主要依据系统设计，驱动系统各项功能单元，完成诸如设置与恢复故障、改变系统各项性能参数等任务，主要包括附加油路电磁阀、附加电路开关、油门控制器等执行机构，还包括智能微处理器和计算机等。其中智能微处理芯片和计算机（工控机）是整个系统的核心，通过硬件和软件配合控制整个系统功能和协调数据输入输出的微处理芯片采用小尺寸，低功耗，功能全面，速度快，价格低的芯片。

（3）信息采集模块。信息采集模块主要依托发动机诊断接口采集发动机转速、燃油压力、进气温度、进气量、供油正时等信号，同时对附加油路电磁阀、附加电路开关、油门控制器等自行安装的执行机构开关或模拟信号加装采集器进行采集（主要采集电压信号）。控制器元件（含继电器）由继电器驱动，接收由计算机传给控制系统的相关信号，从而控制断油、断电电磁阀电流通断实现关机和设置故障。

（4）通讯模块。通讯模块主要解决计算机与微处理器之间的通讯。本实训台主要采用RS 232接口与电脑进行通讯，利用MAX232芯片作为转换器元件。

（5）显示与演示模块。主要依靠系统配备的计算机来执行系统的各项指令，以便完成系统的功能和图形数据显示，实现人机交互。

3 系统软件设计

软件系统主要包括教师板块和学生板块（如图2所示）。

（1）教师板块。由教学系统和管理系统组成，教学系统包括理论教学模块，含PPT、电子版维修手册、动画、视频等资源;虚拟拆装实训模块，利用三维虚拟演示软件演示工作原理、拆装过程等;故障设置与检测模块，直接在基于Unity3D的电路图和虚拟实训软件上进行故障设置与排除，同时通过控制系统使对应硬件同步产生相应故障和恢复故障，同时具有检测故障功能等，如故障设置与检测模块具体组成（如图3所示）。

管理系统包括系统管理，如系统的还原与备份、数据库管理等;理论教学管理，含教学资源的使用、添加、编辑，题库管理考试与作业管理、成绩管理等;实训教学管理，含实训题库管理、实训考核与练习管理、成绩管理等;用户管理含部门基本情况、教师信息等。

（2）学生板块主要由理论学习、虚拟拆装实训、故障排除与检测实训、考核模块组成。

4 系统软件与硬件交互设计

主要解决柴油机电路、虚拟现实演示系统和实物柴油机虚实结合问题，软件中的电路开关、油路开关状态及部分测量和控制参数变化能够通过脚本语言、通讯功能等实现硬件同步变化，实现故障设置与检测等人机交互。

本系统利用CATIA、UG、3ds Max等软件，制作柴油机三维模型，利用平面设计软件制作电路图，用Unity3D进行软件系统集成。在Unity3D中利用编程语言实现串口通信，系统中的智能控制器通过循环检测柴油机各系统状态，并通过RS 232接口，将数据送往计算机，3D虚拟软件根据接收到的数据，不断调整系统运行状态。同时3D虚拟软件中的虚拟元件状态根据教师或学生的操作后状态，将数据及时发送给智能控制器，从而控制附加油路电磁阀、附加电路开关、油门控制器的状态。

5 结语

柴油车维修模拟教学系统采用半实物仿真技术，将软件和硬件相结合，将汽车教学资源与实训设备有机融合，實现了教学与实训智能化、一体化，教学方法得到了一定的创新，学生的自主学习能力得到了一定的提高，帮助学

该系统特点如下：

（1）以三维动画和平面动画动态演示柴油车发动机系统结构与工作原理，显示柴油车发动机系统在各种运转工况下运行状态。

（2）发动机实物和虚拟现实系统有机结合，可在软件和硬件中同步设置各种故障现象，方便快捷地进行油电路分析及故障检测查找。

（3）将实车发动机系统与模拟演示进行组合，使教学、实训、故障设置合为一体，同步工作，使受训者在观察柴油机系统工作原理的同时，还可以看到汽车零件的实际连接和工作状态。软件和硬件同步，可以取代实车进行故障设置与排除实习，把理论教学和实训结合在一起。

参考文献：

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