汽車故障智能設置與實訓、考核系統及其實現方法

2023-10-11 05:20:54 5

專利名稱：汽車故障智能設置與實訓、考核系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及汽車檢測與維修專業實訓教學與考核設備設計領域，特別涉及一種汽 車故障智能設置與實訓、考核系統及其實現方法。
背景技術：
傳統的汽車故障設置與實訓、考核，是靠人工設置故障，學生排除故障，老師檢查 學生考核結果，然後評定考核成績。這種汽車故障設置與實訓、考核方法具有以下的缺點 一是耗費大量出題時間，上百個學生，每人1套故障試卷，工作量極大；二是出題難度高， 沒有豐富的實踐經驗，很難出好題，尤其是年輕老師；三是出題主觀性強，完全靠老師出題； 四是汽車故障設置費工、費時、耗材料，需要有經驗的老師或工人手工拆裝汽車某些零部件 設置故障，面對大量汽車，故障設置工作量巨大；五是有些汽車故障很難設置，如電路元件 的接觸不良、傳感器性能變化、發動機負荷變化等；六是考核成績手工統計，費時，還會出現 差錯。中國專利申請201010191389. 4公開了一種網絡智能化實訓考核系統，減輕了許 多故障設置工作量，但故障設置只是停留在電路斷路、短路和接觸不良方面，不能設置汽車 零部件(如汽車大量傳感器、執行器等)性能變化及失效時汽車出現的故障，也不能設置汽 車工況變化(如負荷、轉速變化)時故障表現特徵。所採用的故障設置裝置MCU不如工業 控制機PLC(ProgrammabIe Logic Controller，可編程邏輯控制器)工作可靠和穩定，擴展 功能也不如PLC，如PLC和觸控屏組合可以集成試題編輯、技術資料存儲、故障設置、解碼、 學生答題、自動評分等功能，無須增加專門的中央控制電腦。

發明內容
本發明的主要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種汽車故障智能設置 與實訓、考核系統，該系統不僅可以智能設置汽車電路的斷路、短路和接觸不良等電路方面 的故障，還可以設置汽車傳感器、執行器等大量零部件性能變化及失效時汽車出現的故障， 可以設置汽車負荷、轉速等工況變化時故障表現特徵。本發明還提供上述系統的實現方法。本發明的目的通過以下的技術方案實現汽車故障智能設置與實訓、考核系統，包 括實驗臺架，所述實驗臺架通過繼電器與PLC相連接，根據系統是否連入網絡，分為單機版 和網絡版兩種方式，在單機版中所述PLC僅直接與觸控屏相連接，在網絡版中系統還包括 一個計算機，該計算機分別與觸控屏和PLC相連接，PLC和觸控屏相連接。對於PLC僅直接與觸控屏相連接的單機版系統，所述PLC內設有中央處理單元、試 題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單元，該中央處理單元分別與試題庫、資料庫、存 儲單元、輸入單元和輸出單元相連接；所述存儲單元內含有評分單元，用於對學生答題結果 進行評分、統計。對於網絡版系統，為了實現網絡功能，所述PLC和觸控屏有多臺，每一臺PLC對應 與一臺觸控屏相連接，且分別通過繼電器與相應的一臺實驗臺架相連接；所有PLC與同一臺帶有試題庫和資料庫的計算機相連接，該計算機通過網絡與所述所有觸控屏相連接。所述計算機和觸控屏之間可以通過區域網有線連接，也可以通過藍牙無線連接。所述任一 PLC還通過解碼器診斷線與相應的實驗臺架相連接，以使檢測故障時不 需要另配價格昂貴的汽車解碼器。具體地，所述計算機內設有中央處理單元、試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和 輸出單元，該中央處理單元分別與試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單元相連接， 所述存儲單元內含有評分單元，用於對學生答題結果進行評分、統計。所述計算機與任一 PLC之間通過I/O接口交換數據。本發明的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的實現方法是教師通過觸控屏或 計算機智能調取試題庫中的試題，並通過PLC和繼電器對實驗臺架上的汽車進行故障設 置；學生通過觸控屏，讀取資料庫中的技術資料，進行故障診斷，然後把結果上報至PLC或 計算機，PLC或計算機內的評分單元自動判別評分和進行統計。對於單機版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，具體實現方法步驟如下(1-1)教師根據學生考試等級要求，通過觸控屏控制系統從試題庫調取考試題；(1-2)教師按照考試要求，通過所述包括觸控屏、PLC和繼電器的系統的控制，設 置實驗臺架故障；(1-3)學生通過觸控屏讀取技術資料，學習分析，通過必要的檢測手段，判斷故 障；(1-4)學生將答題結果通過觸控屏上報至PLC ；PLC中的評分單元對學生答題結果 進行評分、統計，然後通過PLC中的輸出單元將結果輸出。對於網絡版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，具體實現方法步驟如下(2-1)教師根據學生考試等級要求，利用計算機控制系統從試題庫調取考試題；(2-2)教師按照考試要求，通過所述包括計算機、PLC和繼電器的系統的控制，設 置試驗臺架故障；(2-3)學生通過觸控屏讀取技術資料，學習分析，通過必要的檢測手段，判斷故 障；(2-4)學生將答題結果通過觸控屏上報至計算機；計算機中的評分單元對學生答 題結果進行評分、統計，然後通過計算機中的輸出單元將結果輸出。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1、本發明的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，不僅可以採用觸控屏和PLC組 合，也可以採用計算機和PLC組合，進行智能故障設置、技術資料存儲、試卷編輯和自動評 分統計，大大提高了實訓、考核的質量和效率。2、本發明中包括大容量的汽車故障資料庫，內含汽車發動機、底盤、車身和電氣系 統常見故障上萬題，資料庫集中了大量汽車維修專家、工程技術人員和工人的實踐經驗，覆 蓋面廣，題目難度可分高、中、初3級。3、本發明在出題時可實現計算機智能出題，教師可以根據不同學生的考核要求， 由計算機隨機從試題庫選題，智能組合出卷，無須老師耗費大量時間，且科學合理，客觀公 正。4、本發明通過採用PLC以及集成大容量的汽車故障資料庫，使得故障覆蓋面大，省工省時，工作效率高，節約材料。計算機智能設置故障，通過PLC、繼電器等與汽車教學實 驗臺架連接，可以智能設置汽車電路的斷路、短路和接觸不良等故障，也可以設置汽車傳感 器、執行器等大量零部件性能變化及失效時汽車出現的故障，還可以設置汽車負荷、轉速等 工況變化時故障表現特徵。5、本發明裝置既可製作成單機版，也可以製作成網絡版。對於單機版系統，觸控屏 與PLC組合，無需計算機，直接安裝於試驗臺架上，老師直接在觸控屏上智能設置故障，編 輯試卷，學生直接在觸控屏上讀取技術資料，回答問題，直接進行考核評分統計。對於網絡 版，1臺智能網絡考核系統，可以控制1-80個臺架的故障設置，可以同時向80個學生終端機 發布試題和接收答題結果；可以區域網有線連接，也可以無線藍牙連接，具有遠程操作控制 設備功能，方便教師操作，節省考核時間。6、本發明裝置中設置有評分單元，可以根據學生答題的數量、準確性和答題時間 等自動評分、統計，並將成績報送教師。7、本發明中設置了資料庫，因為學生考試也是一個學習過程，尤其是汽車故障排 除，牽涉到大量知識，如汽車構造、工作原理、維修電路圖等，學生可以通過觸控屏檢索相關 的技術資料，以利於利用這些知識判斷和排除故障，強化系統的學習功能。8、本發明中通過在實驗臺架和PLC之間連接解碼器診斷線，可以在檢測故障時無 需另配價格昂貴的汽車解碼器。9、本發明系統具有較好的擴展性，例如可以擴展到其他機電設備的故障設置與實 訓、考核系統。


圖1是本發明網絡版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的結構框圖。圖2是本發明網絡版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統中，計算機和PLC的功 能模塊連接結構示意圖。圖3是本發明汽車故障智能設置與實訓、考核系統的線路連接圖。圖4是本發明網絡版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的實現方法的流程框 圖；圖5是本發明單機版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的結構框圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 於此。實施例1如圖1所示，網絡版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，包括實驗臺架、繼電 器、PLC、觸控屏，所述實驗臺架通過繼電器與PLC相連接，所述PLC通過計算機與對應觸控 屏相連接。其中，計算機指教師操作的教師機，觸控屏是指學生操作的觸控屏式計算機。為了實現網絡功能，所述PLC有多臺，每一臺PLC對應與一臺觸控屏相連接，且分 別通過繼電器與相應的一臺實驗臺架相連接；所有PLC與同一臺帶有試題庫和資料庫的計 算機相連接，該計算機通過網絡與所述多臺觸控屏相連接。
所述計算機內設有中央處理單元、試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單 元，該中央處理單元分別與試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單元相連接，所述存 儲單元內含有評分單元，用於對學生答題結果進行評分、統計。所述計算機與任一 PLC之間通過I/O接口交換數據。本實施例中所述計算機和多臺觸控屏之間通過區域網有線連接，當然也可以通過 藍牙無線連接。所述任一 PLC還通過解碼器診斷線與相應的實驗臺架相連接，以使檢測故障時不 需要另配價格昂貴的汽車解碼器。所述試題庫中內含汽車發動機、底盤、車身和電氣系統常見故障上萬題，資料庫集 中了大量汽車維修專家、工程技術人員和工人的實踐經驗，覆蓋面廣，題目難度分高、中、初 3級。如汽車發動機試題庫，它由發動機點火系統故障、發動機燃料供給系統以及壓縮系統、 潤滑系統、冷卻系統等故障組成，每一個系統又有大量具體故障，如發動機點火系統可以有 火花塞高壓總線或分線斷路、短路和接觸不良等故障，根據故障判斷的難易，每一個故障分 別定義為A(高級)、B(中級)或C(初級)。教師根據考核要求，向計算機輸入考題類別、 數量等，由計算機在試題庫隨機抽取題目組成試卷。所述資料庫中內含國內外上萬種汽車發動機技術參數、電路圖和維修數據，可供 學生診斷排除故障時查閱參考。下面以圖3噴油器電路斷路、短路和接觸不良(虛接)為例，說明故障智能設置與 排除原理。(1)噴油器電路斷路故障設置與排除當教師通過計算機設置斷路故障後，教師機指令PLC的YOl與XOl接通，電流通過 繼電器2的線圈到PLC的YOl到XOl到負極，繼電器2的線圈產生磁場，繼電器2的常閉觸 電斷開，切斷ECU控制噴油嘴的線路，使之噴油嘴不能正常工作，從而產生故障。然後學生 通過實訓設備的檢測功能(面板端子的電壓檢測、波形檢測、解碼器檢測等)檢測到該實訓 設備的噴油嘴不能正常工作後，學生通過觸控屏指令PLC的YOl與XOl斷開，繼電器恢復正 常，繼電器2的常閉觸點接通噴油器的控制線路，實訓設備故障排除。(2)噴油器電路短路故障設置與排除教師通過計算機設置短路故障後，教師機指令PLC的Y02與X02接通，繼電器3線 圈的電流通過PLC的Y02到X02到負極迴路，使繼電器3的常開觸點閉合，繼電器3的觸點 接通噴油器控制線到負極，使之噴油器的控制線與負極相連，從而構成短路，使噴油嘴不能 正常工作。然後學生通過實訓設備的檢測功能(面板端子的電壓檢測、波形檢測、解碼器檢 測等)檢測到該實訓設備的噴油嘴不能正常工作後，學生通過觸控屏指令PLC的Y02與X02 斷開，繼電器恢復正常，繼電器3的常開觸點斷開噴油器的控制線與負極構成的短路，恢復 正常工作。(3)噴油器電路接觸不良(虛接)故障設置與排除教師通過計算機設置接觸不良故障後，教師機指令PLC的YOl與XOl接通，電流通 過繼電器2的線圈到PLC的YOl到XOl到負極，繼電器2的線圈產生磁場，繼電器2的常閉 觸電斷開，切斷ECU控制噴油嘴的線路；在繼電器2切斷噴油器線路的同時，PLC的Y03與 X03也接通，繼電器1的線圈電流通過PLC的Y03到X03到負極構成迴路，將繼電器1常開觸點閉合，繼電器1的兩個觸點跟繼電器2—樣，串聯在噴油器的控制電路上，但與繼電器2 的2個觸點並聯，而在繼電器1的觸點上還串聯一個虛接模擬電阻，此時，使噴油器的控制 線路串聯的繼電器1的觸點，又串聯一個虛接電阻，使噴油器的控制線路通過了一個虛接 電阻到ECU，從而構成虛接故障使噴油嘴不能正常工作。然後學生通過實訓設備的檢測功能 (面板端子的電壓檢測、波形檢測、解碼器檢測等)檢測到該實訓設備的噴油嘴不能正常工 作後，學生通過觸控屏排除故障後，觸控屏指令PLC的YOl與XOl斷開，繼電器2恢復正常， 繼電器2的常閉觸點閉合噴油器的控制線更換到繼電器2的常閉觸點上工作，虛接現象恢 復，此時繼電器1的常閉觸點也斷開。本發明的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的實現方法是教師通過計算機智 能調取試題庫中的試題，並通過PLC和繼電器對實驗臺架上的汽車進行故障設置；學生通 過觸控屏，讀取資料庫中的技術資料，進行故障診斷，然後把結果上報至計算機，計算機內 的評分單元自動判別評分和進行統計。下面以《汽車發動機故障診斷與排除》課程的噴油 器電路故障為例，介紹汽車故障智能設置與實訓、考核系統在網絡版系統中的使用方法。流 程圖見圖4。1、教師抽取試卷教師啟動計算機，輸入用戶名和密碼，進入試題庫一輸入課程名稱「《汽車發動機 故障診斷與排除》」一輸入試題難度級別「中級」一輸入試題個數，如「3」題，一計算機自動 生成試卷。2、教師智能設置故障以噴油器電路斷路故障設置為例，教師通過計算機同時對多臺實訓設備設置斷路 故障後，教師機指令PLC的YOl與XOl接通，電流通過繼電器2的線圈到PLC的YOl到XOl 到負極，繼電器2的線圈產生磁場，繼電器2的常閉觸電斷開，切斷ECU控制噴油嘴的線路， 使之噴油嘴不能正常工作，從而產生故障。也可以對不同實訓設備設置不同故障，設置原理 類似。3、學生判斷故障學生從觸控屏讀取相關技術資料，學習分析，通過電腦檢測儀和汽車萬用表等必 要的檢測手段，檢查判斷故障，通過觸控屏指令PLC的YOl與XOl斷開，繼電器恢復正常，繼 電器2的常閉觸點接通噴油器的控制線路，實訓設備故障排除。4、計算機評分學生將答題結果上報計算機。計算機根據學生答題的數量、準確性和答題時間等 自動評分、統計，學生也可以進行成績查詢。5、結束考試考試結束，按退出鍵關閉系統。實施例2本實施例除下述特徵外其他結構同實施例1 如圖5所示，單機版的汽車故障智 能設置與實訓、考核系統，包括實驗臺架、繼電器、PLC、觸控屏，所述實驗臺架通過繼電器與 PLC相連接，所述PLC直接與觸控屏相連接。其中觸控屏既是教師機也是學生機，觸控屏也 可用計算機替代。所述PLC內設有中央處理單元、試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單元，該中央處理單元分別與試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單元相連接；所述存儲 單元內含有評分單元，用於對學生答題結果進行評分、統計。下面同樣以《汽車發動機故障診斷與排除》課程的噴油器電路故障為例，介紹汽車 故障智能設置與實訓、考核系統在單機版系統中的使用方法。1、教師抽取試卷教師啟動觸控屏，出現系統開機界面。輸入用戶名和密碼，進入試題庫一輸入課程 名稱「《汽車發動機故障診斷與排除》」一輸入試題難度級別「中級」一輸入試題個數，如「3」 題，一計算機自動生成試卷。2、教師智能設置故障以噴油器電路斷路故障設置為例，教師通過觸控屏設置斷路故障後，教師機指令 PLC的YOl與XOl接通，電流通過繼電器2的線圈到PLC的YOl到XOl到負極，繼電器2的 線圈產生磁場，繼電器2的常閉觸電斷開，切斷ECU控制噴油嘴的線路，使之噴油嘴不能正 常工作，從而產生故障。3、學生判斷故障學生從觸控屏讀取相關技術資料，學習分析，通過電腦檢測儀和汽車萬用表等必 要的檢測手段，檢查判斷故障，通過觸控屏指令PLC的YOl與XOl斷開，繼電器恢復正常，繼 電器2的常閉觸點接通噴油器的控制線路，實訓設備故障排除。4、計算機評分學生將答題結果上報PLC。PLC中的評分單元根據學生答題的數量、準確性和答題 時間等自動評分、統計，學生也可以進行成績查詢。5、結束考試考試結束，按退出鍵關閉系統。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.汽車故障智能設置與實訓、考核系統，包括實驗臺架，其特徵在於，所述實驗臺架通 過繼電器與PLC相連接，根據系統是否連入網絡，分為單機版和網絡版兩種方式，在單機版 中所述PLC僅直接與觸控屏相連接，在網絡版中系統還包括一個計算機，該計算機分別與 觸控屏和PLC相連接，PLC和觸控屏相連接。
2.根據權利要求1所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，其特徵在於，對於PLC 僅直接與觸控屏相連接的單機版系統，所述PLC內設有中央處理單元、試題庫、資料庫、存 儲單元、輸入單元和輸出單元，該中央處理單元分別與試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元 和輸出單元相連接；所述存儲單元內含有評分單元，用於對學生答題結果進行評分、統計。
3.根據權利要求1所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，其特徵在於，對於網 絡版系統，所述PLC和觸控屏有多臺，每一臺PLC對應與一臺觸控屏相連接，且分別通過繼 電器與相應的一臺實驗臺架相連接；所有PLC與同一臺帶有試題庫和資料庫的計算機相連 接，該計算機通過網絡與所述所有觸控屏相連接。
4.根據權利要求3所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，其特徵在於，所述計算 機和觸控屏之間通過區域網有線連接，或通過藍牙無線連接。
5.根據權利要求4所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，其特徵在於，所述計算 機內設有中央處理單元、試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單元，該中央處理單元 分別與試題庫、資料庫、存儲單元、輸入單元和輸出單元相連接；所述存儲單元內含有評分 單元，用於對學生答題結果進行評分、統計。
6.根據權利要求3所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，其特徵在於，所述計算 機與任一 PLC之間通過I/O接口交換數據。
7.根據權利要求1所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，其特徵在於，所述任一 PLC還通過解碼器診斷線與相應的實驗臺架相連。。
8.—種權利要求1至7中任一項所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的實現方 法，其特徵在於，教師通過觸控屏或計算機智能調取試題庫中的試題，並通過PLC和繼電器 對實驗臺架上的汽車進行故障設置；學生通過觸控屏，讀取資料庫中的技術資料，進行故障 診斷，然後把結果上報至PLC或計算機，PLC或計算機內的評分單元自動判別評分和進行統 計。
9.根據權利要求8所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的實現方法，其特徵在 於，對於單機版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，具體實現方法步驟如下(1-1)教師根據學生考試等級要求，通過觸控屏控制系統從試題庫調取考試題；(1-2)教師按照考試要求，通過所述包括觸控屏、PLC和繼電器的系統的控制，設置實 驗臺架故障；(1-3)學生通過觸控屏讀取技術資料，學習分析，通過必要的檢測手段，判斷故障；(1-4)學生將答題結果通過觸控屏上報至PLC ；PLC中的評分單元對學生答題結果進行 評分、統計，然後通過PLC中的輸出單元將結果輸出。
10.根據權利要求8所述的汽車故障智能設置與實訓、考核系統的實現方法，其特徵在 於，對於網絡版的汽車故障智能設置與實訓、考核系統，具體實現方法步驟如下(2-1)教師根據學生考試等級要求，利用計算機控制系統從試題庫調取考試題；(2-2)教師按照考試要求，通過所述包括計算機、PLC和繼電器的系統的控制，設置試驗臺架故障；(2-3)學生通過觸控屏讀取技術資料，學習分析，通過必要的檢測手段，判斷故障； (2-4)學生將答題結果通過觸控屏上報至計算機；計算機中的評分單元對學生答題結 果進行評分、統計，然後通過計算機中的輸出單元將結果輸出。
全文摘要
本發明公開了一種汽車故障智能設置與實訓、考核系統及其實現方法，該系統包括實驗臺架、繼電器、PLC、觸控屏，實驗臺架通過繼電器與PLC相連接，根據系統是否連入網絡，分為單機版和網絡版兩種方式，在單機版中所述PLC僅直接與觸控屏相連接，在網絡版中系統還包括一個計算機，該計算機分別與觸控屏和PLC相連接，PLC和觸控屏相連接。該方法是教師通過觸控屏或計算機調取試題庫中的試題，並通過PLC和繼電器對實驗臺架上的汽車進行故障設置；學生通過觸控屏，讀取資料庫中的技術資料，進行故障診斷，然後把結果上報至PLC或計算機。本發明可進行智能故障設置、技術資料存儲、自動評分統計，提高了實訓、考核的質量和效率。
文檔編號G09B7/02GK102117564SQ20111004452
公開日2011年7月6日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者吳奇, 夏長明, 蔡興旺, 郭愛義 申請人:廣州市銘珠電控設備科技有限公司