电控与故障预诊断系统开发与应用
一、项目成果简介⑴小型汽油机电控系统电控系统的应用将小型汽油机的动力性能、经济性能和排放性能进一步提高。根据小型汽油机工作过程的特点，从硬件和软件两个方面，提供一套完整的电控系统，硬件系统包含传感器、执行器、控制单元以及通讯接口。传感器部分包括曲轴位置传感器、进气压力传感器、机体温度传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器等。系统主要采用电子模块点火器、电控喷油器、燃油泵、指示灯等作为控制执行器。在达到控制效果的条件下充分降低部件成本，系统采用Freescale公司的MC9S12系列单片机作为主芯片，自主开发电控单元，并配以不同功能的驱动电路。软件方面，根据小型汽油机的最优控制策略，自行编写内存配置文件、底层驱动程序、各种中断程序、任务执行程序以及标定程序等。小型汽油机电控系统具有完整性、实用性和通用性，可用于匹配摩托车、小型机动车、农林植保机械、小型农机具、低功率发电机组、部分建筑机械、船用舷外机、机动喷雾喷粉机、电锯、抽水泵、割草机等设备。⑵基于CAN总线的触摸屏式ECU通用性标定平台发动机标定是当前汽车、工程机械、摩托车等电控系统最终完善必不可少的工作。针对单个进口成套标定平台价格昂贵，发动机电控系统标定周期长且相关企业通常需要多台发动机同时标定，为此开发了基于CAN总线的触摸屏式ECU通用性标定平台。标定平台主要由功能显示、通信协议、数据传递、硬件配置（可选触摸屏）和操作软件五部分组成。标定平台具备实时采集并显示发动机运行参数，车载诊断（OBD）通信，解析ASAP2格式A2L配置文件，在线标定RAM数据并刷写Flash，历史数据保存以及扩展CANBootloader下载等功能。上位机分为前台界面、数据管理和通信控制三个模块；下位机包括CAN驱动、CCP驱动（或自定义标定协议）和应用程序三个模块。触摸屏式ECU通用性标定平台可随身携带便携方便，即插即用，扩展性和实用性强。⑶氮氧传感器控制单元目前氮氧传感器已成为低排放汽车的标准配置，且每台车需配置2只以上。我国汽车产销量连续十年蝉联第一，而氮氧传感器只有德国大陆电子和日本NGK两家企业提供，产品供不应求。氮氧传感器主要由传感器探头和控制单元两部分组成，传感器探头在国内代工生产企业已有数十家，而控制单元由于技术壁垒，研发生产滞后，为此自主设计并开发出一款氮氧传感器控制单元。根据氮氧传感器的工作原理，研制出一款ECU电路板，主要包括MCU模块、电压转换模块、CAN通信模块以及加热与信号处理模块电路；同时制定氮氧传感器的控制策略，描述各泵电流的含义与控制方法；由此根据控制策略安排程序任务，编写OIL文件，与Trampoline操作系统相关文件结合生成应用程序。通过对控制单元进行抗干扰测试、加热测试、泵电流信号测试和传感器探头测试等，均获得了令人满意的效果。⑷LNG-柴油双燃料发动机电控系统随着排放法规的日益严格和能源的严重短缺，高效、节能、环保成为内燃机发展的主导方向。天然气作为气体燃料新能源，具有良好的低排放特性，低燃料消耗和资源丰富及配置合理的突出优点，被广泛应用于车用动力、船用动力以及工程机械领域。本项目采用外挂的方式加装供气系统、控制系统、传感器、执行器等元件，重点研发控制系统、制定控制策略及开发控制软件。LNG-柴油双燃料发动机可实现单独使用柴油或使用LNG—柴油混合燃料两种运行模式，能在各种工况下，精确控制混合比例，达到改善燃料结构、降低运行费用、减少对环境和生态的影响的目的。双燃料发动机不仅保持了柴油机的高压缩比,具有较高的热效率，而且由于采用柴油引燃,点火能量高于火花点火的能量,因而有利于保证着火稳定,避免失火,加快气体燃料相对较慢的火焰传播速度,提高动力性，同时柴油引燃气体燃料的能量比火花塞点火时能量大得多,对点火正时的控制要求降低,能够在较宽的空燃比范围工作,对稀燃很有利,可实现较稀薄燃烧，并可大幅度降低柴油机的排气烟度,改善柴油机的微粒等排放。⑸甲醇-柴油双燃料发动机电控系统随着排放法规的日益严格和能源的严重短缺，高效、节能、环保成为内燃机发展的主导方向。甲醇作为新能源燃料，具有良好的低排放特性，低燃料消耗和资源丰富及配置合理的突出优点，被广泛应用于车用动力、船用动力以及工程机械领域。本项目采用外挂的方式加装甲醇供给系统、控制系统、传感器、执行器等元件，重点研发控制系统、制定控制策略及开发控制软件。甲醇-柴油双燃料发动机可实现单独使用柴油或使用甲醇—柴油混合燃料两种运行模式，能在各种工况下，精确控制混合比例，达到改善燃料结构、降低运行费用、减少对环境和生态的影响的目的。双燃料发动机不仅保持了柴油机的高压缩比,具有较高的热效率，而且由于采用柴油引燃,点火能量高于火花点火的能量,因而有利于保证着火稳定,避免失火,加快甲醇燃料相对较慢的火焰传播速度,提高动力性，同时柴油引燃甲醇燃料的能量比火花塞点火时能量大得多,对点火正时的控制要求降低,能够在较宽的空燃比范围工作,对稀燃很有利,可实现较稀薄燃烧，并可大幅度降低柴油机的排气烟度,改善柴油机的微粒等排放。⑹车用发动机故障信息远程通讯系统随着人们安全意识的提高，针对汽车发动机运行安全性、可靠性和稳定性的OBD（on-boarddiagnosis在线诊断）系统越来越受到重视，而我国最新排放法规“国六”也对发动机OBD系统提出了更加严苛的要求。此外，发动机OBD标准也正逐渐由现在的OBD-II过渡到未来的OBD-III，其中故障信息远程通讯不仅能为与远程平台的信息交互提供技术基础，还可提高OBD系统的实时性和可靠性。为此，研发出一套车用发动机故障信息远程通讯系统，适用于对发动机进行故障诊断并将诊断结果上传至远程端进行处理。系统分为三个部分，第一部分是针对国六排放法规增加的部分系统性诊断模块开发，第二部分是CAN转WiFi远程通讯模块，第三部分是远程端软件开发和故障码数据库建立。针对车用发动机故障信息远程通讯系统分别进行诊断模块逻辑、系统功能及通讯性能等方面的测试。结果表明，诊断模块能够正确诊断出故障信息，远程通讯系统能将故障信息准确上传至远程端并进行相关处理，软件功能运行可靠，系统通讯性能稳定。⑺发动机远程故障预判诊断系统与传统的故障诊断技术相比，故障预测技术采取的方法更为智能化，包括机器学习、人工智能等先进理念。故障预测首先采集车辆发动机传感器的实时信号，其次结合发动机的机械结构、工作环境以及不同运行参数间的相互关系对发动机可能发生的故障进行预测分析，通过发动机历史参数运行数据对故障特征进行分类，预测故障的发生部位并总结运行参数的变化规律。故障预测技术一方面能够对发动机在一定时间范围内的运行状态进行预测分析，判断整体结构是否正常，另一方面能够根据具体的运行参数变化确定发生故障的具体部位，为维修提供参考。系统通过CAN总线实现车载终端与发动机控制器的数据传输，采用4G网络实现车载终端与远程故障预判软件的无线通信，由支持向量机算法实现发动机故障的预测诊断。在车载终端平台中，硬件选取S5P4418控制芯片作为车载智能终端主控芯片，EC20作为4G通信模块，MCP2515作为CAN通信模块，采用Linux软件进行控制程序编制。在发动机故障预诊断方法上，搭建基于支持向量机的发动机故障预测控制算法模型，采用改进蝙蝠算法优化支持向量机参数，通过发动机运行参数样本数据对发动机机械故障进行预诊断。选用Mysql建立数据库存储发动机运行参数数据，使用Python基于Django框架对远程故障预判软件进行设计开发，并实现与数据库的交互，通过网页端界面实现系统的实时监控与故障预诊断功能。经测试，系统故障预测诊断准确率达到97.5%，发动机远程故障预判诊断系统运行稳定。二、性能指标根据具体应用场景确定具体指标要求。三、适用范围、市场前景乘用车、商用车、工程机械、船用发动机。四、投资概算根据具体应用场景、具体指标要求进行详细洽谈。五、合作方式提供技术研发服务。
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