基于WiFi控制的国III共轨柴油机诊断系统的设计研究

陈焱 尹华 成子怡

摘 要：随着高压共轨技术在农业装备上越来越广泛的应用，其维修行业需要大批精通共轨柴油机原理、掌握其维修技术的专门人才。本论文所研究的基于WiFi控制的国III共轨柴油机诊断系统，在不破坏原机线束、元件的基础上，运用无线技术对共轨柴油机电控系统进行故障的远程设置，运用于行企业技术人员培训、农机职业院校教学中，操作可靠，方便实用。

关键词：国III共轨柴油机;电控系统;远程设置

目前，农业装备的动力源大部分采用的是非道路式柴油机，为降低燃油消耗率、控制尾气排放，原来非道路式国Ⅱ柴油机已停产，国III共轨柴油机全部上市，这意味着农业装备已经进入了电控时代。与此同时，原有的农机行企业技术人员，农机职业院校的教学，都要进行国III共轨柴油机电控技术培训。当前的培训设备大多采用原机，故障维修环节也是对原机进行破坏，这样培训成本高，原机的使用寿命也会缩短。

本论文主要针对目前农机维修教育培訓行业中所使用东风1004拖拉机搭载的非道路式WP4.1国III共轨柴油机，结合WiFi技术在农机维修设备上的应用，设计出一套基于WiFi控制的国III共轨柴油机诊断系统。

一、非道路式WP4.1国III共轨柴油机原机特点

1.技术特点

该机型发动机主要技术参数见表1。

2.自诊断系统

东风1004拖拉机搭载的WP4.1柴油机自诊断系统由ECU中的相关软件系统以及“闪码灯”电路等组成，在ECU中设置存储了判断各输入信号标准参数，并设有监控程序，不需另设传感器。电控系统工作时，若出现信号异常，ECU中的运算程序会分析、判断，并存储相应的故障代码，将结果反馈至主控系统，从而改变控制状态，同时，接通“闪码灯”电路，达到报警的目的。

其具体工作过程为：当传感器输送给ECU的信号不在正常范围内时，或者是在一定时间内ECU没有接收到传感器的信号时，也或者是ECU接收到来自传感器的信号一直处于不变动状态时，自诊断系统则将这一系列的情况定义为故障信号，若此类故障一直持续出现或者是在一定时间内多次出现时，自诊断系统将相关故障以PCODE码的形式将存储在ECU中，以备读取。执行器故障自诊断是ECU通过接收执行器的反馈信号来判断其电路是否有故障。

二、基于WiFi控制的国III共轨柴油机诊断系统的设计

本系统的整体设计思路如图1所示，在整机ECU接口输入与输出端子上另串上一组电路控制模块，电路控制模块中设置有无线收发模块、继电器组合模块及串口控制器等装置。通过继电器开关的通断或串入电阻值的大小来改变ECU接收的信号或发出的指令信号，从而达到控制发动机工作状态的目的。

1.故障电路设计

根据WP4.1柴油机的电控系统特点以及常见故障现象，合理设计故障电路。通过继电器组合模块的动作实现设计电路的通断，拟设计20路外接电路，模拟20个常见故障，主要分布于电源电路、传感器电路、执行器电路等。

为了使共轨柴油机典型故障真实再现，在进行故障设置时，一般都结合故障诊断的过程，从而进一步加强学员对理论知识的学习，使专业知识及技能达到再提高。根据东风1004拖拉机搭载的WP4.1国III共轨柴油机的ECU接线及各传感器的工作原理及技术特点，并根据设计要求及各故障的可行性操作，进行故障点的设置。下面以油门踏板位置传感器为例，进行系统故障设置原理分析。

油门踏板传感器的电源线上设置一继电器4（如图2所示），在控制界面上按下故障4按键，控制平台通过无线控制使继电器4中的触点打开，油门踏板传感器的电源线断路，没有电源，传感器不能工作，无输出信号。电控单元ECU接收不到油门踏板传感器信号，则确认油门踏板传感器信号不良，引起故障，发动机启动失效保护功能，进入失效保护状态，同时将对应的PCODE码存入ECU存贮器中，便于PCODE码的读取。

2.无线控制操作平台设计

借助无线控制技术实现对共轨柴油发动机故障的诊断。选用GPRS接入方式，合理避开有线以太网接入点固定和无线距离受限的缺陷，使系统应用场合不受空间位置的限制。在无线控制设计时，拟从硬件设计、软件设计两部分内容实现，通过软件操作平台，实现硬件动作，设置发动机故障，然后在原机上进行各项检测诊断操作，还原原机故障情境。

（1）硬件设计

根据共轨柴油发动机故障诊断系统功能需求进行了系统硬件的结构化设计，故障诊断台硬件主要由主控器、通信组件、继电器驱动组件和电源组件等部分组成。主控器选择STM32F103ZET6为核心模块，通信组件采用GPRS通信方式连接服务器，各组件采用板件背插的方式进行物理整合形成故障诊断台整机。硬件结构如图3所示。

硬件设计按照结构→原理图→PCB→焊接→调试→测试的流程展开。图4所示为测试完成的硬件电路实物。

（2）软件设计

故障诊断系统仅执行设备控制这一任务，上电初始化完成后即进入遥控命令监测状态，实时监听远程服务器端的遥控命令报文，解析后进行控制执行的响应。遥控命令报文接收在中断中进行，从而保证快速响应，完成一次报文接收后即对报文进行CRC校验和地址有效性检验，以确认报文的正确性及遥控继电器的地址是否有效。校验通过后，根据报文解析出的继电器地址，执行相应的继电器动作响应。

三、总结

目前，农业装备上电控技术越来越多，特别是发动机部分，在提高了发动机动力性、稳定性及尾气排放性能的同时，也让农机维修技术水平上了新台阶，给维修人才的培养提出了新的要求。本文针对这一问题，选择了拖拉机上常见的WP4.1高压共轨柴油发动机作为研究对象，研究开发了一套国III共轨柴油机机诊断系统，解决了培训、教学过程中故障设置难实现、设备破坏率高的现象，市场应用前景较好。

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