基于WiFi控制的國III共軌柴油機診斷系統(tǒng)的設計研究

陳焱 尹華 成子怡

摘 要：隨著高壓共軌技術在農業(yè)裝備上越來越廣泛的應用，其維修行業(yè)需要大批精通共軌柴油機原理、掌握其維修技術的專門人才。本論文所研究的基于WiFi控制的國III共軌柴油機診斷系統(tǒng)，在不破壞原機線束、元件的基礎上，運用無線技術對共軌柴油機電控系統(tǒng)進行故障的遠程設置，運用于行企業(yè)技術人員培訓、農機職業(yè)院校教學中，操作可靠，方便實用。

關鍵詞：國III共軌柴油機;電控系統(tǒng);遠程設置

目前，農業(yè)裝備的動力源大部分采用的是非道路式柴油機，為降低燃油消耗率、控制尾氣排放，原來非道路式國Ⅱ柴油機已停產，國III共軌柴油機全部上市，這意味著農業(yè)裝備已經進入了電控時代。與此同時，原有的農機行企業(yè)技術人員，農機職業(yè)院校的教學，都要進行國III共軌柴油機電控技術培訓。當前的培訓設備大多采用原機，故障維修環(huán)節(jié)也是對原機進行破壞，這樣培訓成本高，原機的使用壽命也會縮短。

本論文主要針對目前農機維修教育培訓行業(yè)中所使用東風1004拖拉機搭載的非道路式WP4.1國III共軌柴油機，結合WiFi技術在農機維修設備上的應用，設計出一套基于WiFi控制的國III共軌柴油機診斷系統(tǒng)。

一、非道路式WP4.1國III共軌柴油機原機特點

1.技術特點

該機型發(fā)動機主要技術參數見表1。

2.自診斷系統(tǒng)

東風1004拖拉機搭載的WP4.1柴油機自診斷系統(tǒng)由ECU中的相關軟件系統(tǒng)以及“閃碼燈”電路等組成，在ECU中設置存儲了判斷各輸入信號標準參數，并設有監(jiān)控程序，不需另設傳感器。電控系統(tǒng)工作時，若出現(xiàn)信號異常，ECU中的運算程序會分析、判斷，并存儲相應的故障代碼，將結果反饋至主控系統(tǒng)，從而改變控制狀態(tài)，同時，接通“閃碼燈”電路，達到報警的目的。

其具體工作過程為：當傳感器輸送給ECU的信號不在正常范圍內時，或者是在一定時間內ECU沒有接收到傳感器的信號時，也或者是ECU接收到來自傳感器的信號一直處于不變動狀態(tài)時，自診斷系統(tǒng)則將這一系列的情況定義為故障信號，若此類故障一直持續(xù)出現(xiàn)或者是在一定時間內多次出現(xiàn)時，自診斷系統(tǒng)將相關故障以PCODE碼的形式將存儲在ECU中，以備讀取。執(zhí)行器故障自診斷是ECU通過接收執(zhí)行器的反饋信號來判斷其電路是否有故障。

二、基于WiFi控制的國III共軌柴油機診斷系統(tǒng)的設計

本系統(tǒng)的整體設計思路如圖1所示，在整機ECU接口輸入與輸出端子上另串上一組電路控制模塊，電路控制模塊中設置有無線收發(fā)模塊、繼電器組合模塊及串口控制器等裝置。通過繼電器開關的通斷或串入電阻值的大小來改變ECU接收的信號或發(fā)出的指令信號，從而達到控制發(fā)動機工作狀態(tài)的目的。

1.故障電路設計

根據WP4.1柴油機的電控系統(tǒng)特點以及常見故障現(xiàn)象，合理設計故障電路。通過繼電器組合模塊的動作實現(xiàn)設計電路的通斷，擬設計20路外接電路，模擬20個常見故障，主要分布于電源電路、傳感器電路、執(zhí)行器電路等。

為了使共軌柴油機典型故障真實再現(xiàn)，在進行故障設置時，一般都結合故障診斷的過程，從而進一步加強學員對理論知識的學習，使專業(yè)知識及技能達到再提高。根據東風1004拖拉機搭載的WP4.1國III共軌柴油機的ECU接線及各傳感器的工作原理及技術特點，并根據設計要求及各故障的可行性操作，進行故障點的設置。下面以油門踏板位置傳感器為例，進行系統(tǒng)故障設置原理分析。

油門踏板傳感器的電源線上設置一繼電器4（如圖2所示），在控制界面上按下故障4按鍵，控制平臺通過無線控制使繼電器4中的觸點打開，油門踏板傳感器的電源線斷路，沒有電源，傳感器不能工作，無輸出信號。電控單元ECU接收不到油門踏板傳感器信號，則確認油門踏板傳感器信號不良，引起故障，發(fā)動機啟動失效保護功能，進入失效保護狀態(tài)，同時將對應的PCODE碼存入ECU存貯器中，便于PCODE碼的讀取。

2.無線控制操作平臺設計

借助無線控制技術實現(xiàn)對共軌柴油發(fā)動機故障的診斷。選用GPRS接入方式，合理避開有線以太網接入點固定和無線距離受限的缺陷，使系統(tǒng)應用場合不受空間位置的限制。在無線控制設計時，擬從硬件設計、軟件設計兩部分內容實現(xiàn)，通過軟件操作平臺，實現(xiàn)硬件動作，設置發(fā)動機故障，然后在原機上進行各項檢測診斷操作，還原原機故障情境。

（1）硬件設計

根據共軌柴油發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)功能需求進行了系統(tǒng)硬件的結構化設計，故障診斷臺硬件主要由主控器、通信組件、繼電器驅動組件和電源組件等部分組成。主控器選擇STM32F103ZET6為核心模塊，通信組件采用GPRS通信方式連接服務器，各組件采用板件背插的方式進行物理整合形成故障診斷臺整機。硬件結構如圖3所示。

硬件設計按照結構→原理圖→PCB→焊接→調試→測試的流程展開。圖4所示為測試完成的硬件電路實物。

（2）軟件設計

故障診斷系統(tǒng)僅執(zhí)行設備控制這一任務，上電初始化完成后即進入遙控命令監(jiān)測狀態(tài)，實時監(jiān)聽遠程服務器端的遙控命令報文，解析后進行控制執(zhí)行的響應。遙控命令報文接收在中斷中進行，從而保證快速響應，完成一次報文接收后即對報文進行CRC校驗和地址有效性檢驗，以確認報文的正確性及遙控繼電器的地址是否有效。校驗通過后，根據報文解析出的繼電器地址，執(zhí)行相應的繼電器動作響應。

三、總結

目前，農業(yè)裝備上電控技術越來越多，特別是發(fā)動機部分，在提高了發(fā)動機動力性、穩(wěn)定性及尾氣排放性能的同時，也讓農機維修技術水平上了新臺階，給維修人才的培養(yǎng)提出了新的要求。本文針對這一問題，選擇了拖拉機上常見的WP4.1高壓共軌柴油發(fā)動機作為研究對象，研究開發(fā)了一套國III共軌柴油機機診斷系統(tǒng)，解決了培訓、教學過程中故障設置難實現(xiàn)、設備破壞率高的現(xiàn)象，市場應用前景較好。

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