基于WiFi控制的國III共軌柴油機診斷系統的設計研究

陳焱 尹華 成子怡

摘 要：隨著高壓共軌技術在農業裝備上越來越廣泛的應用，其維修行業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，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進行故障的遠程設置，運用于行企業技術人員培訓、農機職業院校教學中，操作可靠，方便實用。

關鍵詞：國III共軌柴油機;電控系統;遠程設置

目前，農業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，這意味著農業裝備已經進入了電控時代。與此同時，原有的農機行企業技術人員，農機職業院校的教學，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，故障維修環節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。

一、非道路式WP4.1國III共軌柴油機原機特點

1.技術特點

該機型發動機主要技術參數見表1。

2.自診斷系統

東風1004拖拉機搭載的WP4.1柴油機自診斷系統由ECU中的相關軟件系統以及“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，并設有監控程序，不需另設傳感器。電控系統工作時，若出現信號異常，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，從而改變控制狀態，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時，自診斷系統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出現或者是在一定時間內多次出現時，自診斷系統將相關故障以PCODE碼的形式將存儲在ECU中，以備讀取。執行器故障自診斷是ECU通過接收執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的設計

本系統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接收的信號或發出的指令信號，從而達到控制發動機工作狀態的目的。

1.故障電路設計

根據WP4.1柴油機的電控系統特點以及常見故障現象，合理設計故障電路。通過繼電器組合模塊的動作實現設計電路的通斷，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、執行器電路等。

為了使共軌柴油機典型故障真實再現，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，發動機啟動失效保護功能，進入失效保護狀態，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對共軌柴油發動機故障的診斷。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，通過軟件操作平臺，實現硬件動作，設置發動機故障，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

根據共軌柴油發動機故障診斷系統功能需求進行了系統硬件的結構化設計，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

故障診斷系統僅執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測狀態，實時監聽遠程服務器端的遙控命令報文，解析后進行控制執行的響應。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，執行相應的繼電器動作響應。

三、總結

目前，農業裝備上電控技術越來越多，特別是發動機部分，在提高了發動機動力性、穩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高壓共軌柴油發動機作為研究對象，研究開發了一套國III共軌柴油機機診斷系統，解決了培訓、教學過程中故障設置難實現、設備破壞率高的現象，市場應用前景較好。

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