汽车燃油喷射实时监控与仿真教学系统的实现

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运用MCGS组态软件和数据采集卡对汽车燃油喷射系统的运行状态进行实时监控，为研究和分析ECU提供大量有价值的数据，具有调控容易、重复性好、测试范围可以无限扩展等优点，为汽车燃油喷射系统的教学研究提供了很好的手段，在汽车教学中使用，收到较好教学效果。

1 引言

电子控制技术在汽车上的广泛应用给汽车维修人员带来了学习的困难和掌握的难度，特别是汽车燃油喷射系统，结构密闭、组成复杂，是整个汽车的核心，也是学员学习的难点，利用MCGS组态软件和数据采集卡构成的硬件系统，通过MCGS接口参数设置，实现在脱机状态下对发动机ECU的动态测试，实时故障检测、故障诊断、故障模拟，为研究和分析ECU提供大量有价值的数据，具有调控容易、重复性好、测试范围可以无限扩展等优点，从而为汽车燃油喷射系统的教学研究提供了很好的手段。

2 系统硬件组成

汽车燃油喷射实时监控与仿真教学系统由北京昆仑通态MCGS组态软件和台湾研华PCL系列数据采集卡，丰田4缸电喷发动机、丰田汽车电脑（ECU）等汽车燃油喷射系统示教板组成。系统组成如图2所示。

MCGS是一套基于Windows 95/98/ME/NT/2000等操作系统的平台，用于快速生成上位机监控系统组态软件，支持各类采集板卡等硬件设备，具有数据采集、实时和历史数据处理、报警、动画图形显示及报表输出等功能。采用台湾研华公司推出的用于PC的高性能、高速度多功能数据采集卡：1个4路8位模拟量输入模块，实现对发动机喷油嘴喷油量、废气含氧量、冷却液温度、进气温度、进气压力、空气流量传感器模拟数据采集；两个8路开关量输入模块，用以对点火阀、怠速稳定阀、节气门位置和曲轴位置传感器等开关量的数据采集；通过ISA总线可使采集系统与上位监控主机互联，实现由上位监控采集板卡的运行，检测采集板卡的参数并控制采集卡的运行。

3 系统结构设计

采用MCGS组态软件进行系统开发，实现用户图形显示，数据存盘，报表、曲线形成，通过MCGS组态软件接口参数设置，实现VB环境和MCGS软件之间的实时数据交换，利用数据采集卡的驱动程序，直接采集现场信号，并在组态图窗口中显示，实现在线实时检测，系统接口框图如图3所示。

根据测量的要求，调用组态软件设备窗口中的子窗口—设备管理，调用研华采集板卡驱动程序，完成模拟量的输入及输入通道的信号联系。通过用VB语言编制的 Drivers程序进行驱动，实现数据采集，完成画面编辑、数据处理等。在MCGS运行环境中，根据指定的采集周期，调用接口，接口程序编制如下：

alngDat aFLag-Long型数组，设备对应通道的数据是否要处理，一般不用。

alngDataVaLue-Single型数组，设备对应的数值型通道的数值，当通道为字符型时，表示通道值在astrDataString数组中的位置。

astrDatsString-String型数组，设备对应字符型通道的值；

CollectDevDat=0-采集数据有效，但只对返回的输入数据进行处理。

CollectDevDat=1-采集数据有效，但对返回的输入数据都进行处理。

CollectDevDat=2-采集数据无效，不须进行处理。

CollectDevDa t = -1-设备故障。

CollectDevDat=-100-设备故障，但把第0通道的值返回，使用0通道来表示故障的具体信息。

Dim strlommOrder As String
Dim strReturn DAs String
Dim IngReturn As Long
Dim Inglndex As Long
Dim IngDoAs Long
Strcomm Order=“＄”+Right(“00”+Hex) (g_lngDevice Address),2)+“6”

IngReturn=FetchDataFormComm[m_IngCheckFlag,m_objCommParent,strCommOrder,strReturnData]

If lngReturn <>o Then GoTo PROC_EXIT


系统主程序采用顺序查询方式，分为三个部分：(1) 系统初始化，对系统进行必要的设置。(2) 系统控制，依据系统“监控检测/模拟仿真运行方式”的开关的位置，选择“监控检测”，A/D，D/A板卡对发动机参数、状态进行采集、处理、显示，并对异常状态进行报警、处理。同时，将采集的参数和状态数据存放在与上位监控主机通讯的指定的数据区内，以便在通讯时调用。(3) 在“模拟仿真”时，A/D板卡采集发动机参数量，对发动机的各种运行参数量进行模拟仿真，同时，将采集到的参数也存放在与上位监控主机通讯的指定的数据区内，以便在通讯时调用。系统程序流程如图4所示。

4 教学运用

利用直观方便的MCGS人机界面和操作环境，通过单击按钮操作可访问详细数据和直观的流程画面：

(1) 系统启动后，进入系统主页；

(2) 单击图标或按钮可实现各子流程画面的动态仿真显示，每屏显示相应的流程、工况；

(3) 模拟输入、输出信号实时曲线显示；

(4) 开关量输入、输出信号实时曲线显示；

(5) 所有流程图之间切换显示；

(6) 参数报警提示。

例，一辆现代轿车ABS指示灯亮，分析其故障，首先检查轮速传感器，除去其表面的尘土和油污，指示灯仍然亮；然后检测轮速传感器信号波形，将所测得波形与历史波形相对照，发现存在异常，历史信号波形如图5(1)所示，此信号属于交流信号，此类信号波形在零线上上下跳动是对称的，也就是波峰的幅值相同，两脉冲间的时间和形状是一致的，频率将随着车速的增加而增加。

图5(2)是检测所得的该车轮速传感器故障信号。此信号的波峰高低不平，这表明磁芯与磁组轮相碰，波峰平缓表明磁组损坏。更换新的轮速传感器后，故障消失。

5 结语

运用MCGS组态软件和数据采集卡对汽车燃油喷射系统的运行状态进行实时监控，实时故障检测、故障诊断，故障模拟仿真，为研究和分析ECU提供大量有价值的数据，具有调控容易、重复性好、测试范围可以无限扩展等优点，为汽车燃油喷射系统的教学研究提供了很好的手段，在汽车教学中使用，收到较好教学效果。