陳焱 尹華 成子怡

摘 要：隨著高壓共軌技術(shù)在農(nóng)業(yè)裝備上越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其維修行業(yè)需要大批精通共軌柴油機(jī)原理、掌握其維修技術(shù)的專門人才。本論文所研究的基于WiFi控制的國(guó)III共軌柴油機(jī)診斷系統(tǒng)，在不破壞原機(jī)線束、元件的基礎(chǔ)上，運(yùn)用無(wú)線技術(shù)對(duì)共軌柴油機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行故障的遠(yuǎn)程設(shè)置，運(yùn)用于行企業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)、農(nóng)機(jī)職業(yè)院校教學(xué)中，操作可靠，方便實(shí)用。

關(guān)鍵詞：國(guó)III共軌柴油機(jī);電控系統(tǒng);遠(yuǎn)程設(shè)置

目前，農(nóng)業(yè)裝備的動(dòng)力源大部分采用的是非道路式柴油機(jī)，為降低燃油消耗率、控制尾氣排放，原來(lái)非道路式國(guó)Ⅱ柴油機(jī)已停產(chǎn)，國(guó)III共軌柴油機(jī)全部上市，這意味著農(nóng)業(yè)裝備已經(jīng)進(jìn)入了電控時(shí)代。與此同時(shí)，原有的農(nóng)機(jī)行企業(yè)技術(shù)人員，農(nóng)機(jī)職業(yè)院校的教學(xué)，都要進(jìn)行國(guó)III共軌柴油機(jī)電控技術(shù)培訓(xùn)。當(dāng)前的培訓(xùn)設(shè)備大多采用原機(jī)，故障維修環(huán)節(jié)也是對(duì)原機(jī)進(jìn)行破壞，這樣培訓(xùn)成本高，原機(jī)的使用壽命也會(huì)縮短。

本論文主要針對(duì)目前農(nóng)機(jī)維修教育培訓(xùn)行業(yè)中所使用東風(fēng)1004拖拉機(jī)搭載的非道路式WP4.1國(guó)III共軌柴油機(jī)，結(jié)合WiFi技術(shù)在農(nóng)機(jī)維修設(shè)備上的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一套基于WiFi控制的國(guó)III共軌柴油機(jī)診斷系統(tǒng)。

一、非道路式WP4.1國(guó)III共軌柴油機(jī)原機(jī)特點(diǎn)

1.技術(shù)特點(diǎn)

該機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.自診斷系統(tǒng)

東風(fēng)1004拖拉機(jī)搭載的WP4.1柴油機(jī)自診斷系統(tǒng)由ECU中的相關(guān)軟件系統(tǒng)以及“閃碼燈”電路等組成，在ECU中設(shè)置存儲(chǔ)了判斷各輸入信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并設(shè)有監(jiān)控程序，不需另設(shè)傳感器。電控系統(tǒng)工作時(shí)，若出現(xiàn)信號(hào)異常，ECU中的運(yùn)算程序會(huì)分析、判斷，并存儲(chǔ)相應(yīng)的故障代碼，將結(jié)果反饋至主控系統(tǒng)，從而改變控制狀態(tài)，同時(shí)，接通“閃碼燈”電路，達(dá)到報(bào)警的目的。

其具體工作過(guò)程為：當(dāng)傳感器輸送給ECU的信號(hào)不在正常范圍內(nèi)時(shí)，或者是在一定時(shí)間內(nèi)ECU沒(méi)有接收到傳感器的信號(hào)時(shí)，也或者是ECU接收到來(lái)自傳感器的信號(hào)一直處于不變動(dòng)狀態(tài)時(shí)，自診斷系統(tǒng)則將這一系列的情況定義為故障信號(hào)，若此類故障一直持續(xù)出現(xiàn)或者是在一定時(shí)間內(nèi)多次出現(xiàn)時(shí)，自診斷系統(tǒng)將相關(guān)故障以PCODE碼的形式將存儲(chǔ)在ECU中，以備讀取。執(zhí)行器故障自診斷是ECU通過(guò)接收?qǐng)?zhí)行器的反饋信號(hào)來(lái)判斷其電路是否有故障。

二、基于WiFi控制的國(guó)III共軌柴油機(jī)診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路如圖1所示，在整機(jī)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(shè)置有無(wú)線收發(fā)模塊、繼電器組合模塊及串口控制器等裝置。通過(guò)繼電器開關(guān)的通斷或串入電阻值的大小來(lái)改變ECU接收的信號(hào)或發(fā)出的指令信號(hào)，從而達(dá)到控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的目的。

1.故障電路設(shè)計(jì)

根據(jù)WP4.1柴油機(jī)的電控系統(tǒng)特點(diǎn)以及常見故障現(xiàn)象，合理設(shè)計(jì)故障電路。通過(guò)繼電器組合模塊的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)電路的通斷，擬設(shè)計(jì)20路外接電路，模擬20個(gè)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(jī)典型故障真實(shí)再現(xiàn)，在進(jìn)行故障設(shè)置時(shí)，一般都結(jié)合故障診斷的過(guò)程，從而進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使專業(yè)知識(shí)及技能達(dá)到再提高。根據(jù)東風(fēng)1004拖拉機(jī)搭載的WP4.1國(guó)III共軌柴油機(jī)的ECU接線及各傳感器的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求及各故障的可行性操作，進(jìn)行故障點(diǎn)的設(shè)置。下面以油門踏板位置傳感器為例，進(jìn)行系統(tǒng)故障設(shè)置原理分析。

油門踏板傳感器的電源線上設(shè)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(tái)通過(guò)無(wú)線控制使繼電器4中的觸點(diǎn)打開，油門踏板傳感器的電源線斷路，沒(méi)有電源，傳感器不能工作，無(wú)輸出信號(hào)。電控單元ECU接收不到油門踏板傳感器信號(hào)，則確認(rèn)油門踏板傳感器信號(hào)不良，引起故障，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失效保護(hù)功能，進(jìn)入失效保護(hù)狀態(tài)，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的PCODE碼存入ECU存貯器中，便于PCODE碼的讀取。

2.無(wú)線控制操作平臺(tái)設(shè)計(jì)

借助無(wú)線控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷。選用GPRS接入方式，合理避開有線以太網(wǎng)接入點(diǎn)固定和無(wú)線距離受限的缺陷，使系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合不受空間位置的限制。在無(wú)線控制設(shè)計(jì)時(shí)，擬從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容實(shí)現(xiàn)，通過(guò)軟件操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)硬件動(dòng)作，設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)故障，然后在原機(jī)上進(jìn)行各項(xiàng)檢測(cè)診斷操作，還原原機(jī)故障情境。

（1）硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)功能需求進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，故障診斷臺(tái)硬件主要由主控器、通信組件、繼電器驅(qū)動(dòng)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(wù)器，各組件采用板件背插的方式進(jìn)行物理整合形成故障診斷臺(tái)整機(jī)。硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

硬件設(shè)計(jì)按照結(jié)構(gòu)→原理圖→PCB→焊接→調(diào)試→測(cè)試的流程展開。圖4所示為測(cè)試完成的硬件電路實(shí)物。

（2）軟件設(shè)計(jì)

故障診斷系統(tǒng)僅執(zhí)行設(shè)備控制這一任務(wù)，上電初始化完成后即進(jìn)入遙控命令監(jiān)測(cè)狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)聽遠(yuǎn)程服務(wù)器端的遙控命令報(bào)文，解析后進(jìn)行控制執(zhí)行的響應(yīng)。遙控命令報(bào)文接收在中斷中進(jìn)行，從而保證快速響應(yīng)，完成一次報(bào)文接收后即對(duì)報(bào)文進(jìn)行CRC校驗(yàn)和地址有效性檢驗(yàn)，以確認(rèn)報(bào)文的正確性及遙控繼電器的地址是否有效。校驗(yàn)通過(guò)后，根據(jù)報(bào)文解析出的繼電器地址，執(zhí)行相應(yīng)的繼電器動(dòng)作響應(yīng)。

三、總結(jié)

目前，農(nóng)業(yè)裝備上電控技術(shù)越來(lái)越多，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)部分，在提高了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、穩(wěn)定性及尾氣排放性能的同時(shí)，也讓農(nóng)機(jī)維修技術(shù)水平上了新臺(tái)階，給維修人才的培養(yǎng)提出了新的要求。本文針對(duì)這一問(wèn)題，選擇了拖拉機(jī)上常見的WP4.1高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象，研究開發(fā)了一套國(guó)III共軌柴油機(jī)機(jī)診斷系統(tǒng)，解決了培訓(xùn)、教學(xué)過(guò)程中故障設(shè)置難實(shí)現(xiàn)、設(shè)備破壞率高的現(xiàn)象，市場(chǎng)應(yīng)用前景較好。

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