CN110966092B - 基于pems测试规则和obd数据远程确认车辆排放因子的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于PEMS规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，包括以下步骤：（1）通过OBD远程监管终端采集目标车辆参数，并将数据上传至平台；（2）确认远程PEMS排放因子计算的积分总时间；（3）确定目标车辆市区、市郊和高速道路的积分时间限值；（4）以热机状态下的车速作为数据分类依据，将数据分配至市区、市郊和高速道路存储器中；（5）特定存储器的数据累计时间达到积分时间限值后，终止数据进入，计算出相应的NOx排放质量和累计功；（6）对3个存储器计算的NOx排放质量和累计功分别求和并计算排放因子；（7）对排放因子的有效性进行判断。本发明针对在用车的排放，开发出的排放因子远程计算方法可以对车辆的实际运行排放因子进行准确计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，属机动车排放控制技术领域。
背景技术
发动机排气中含有氮氧化物这种有害物质(简称NOx)，其主要成分是NO和NO2。NOx是发动机吸入气缸内的空气中的N2和O2在高温下的反应产物。国家排放法规对不同阶段车辆的NOx的排放量进行了限制，并且规定了不同程度的限值，要求超过相应限值的车辆必须产生必要且有区别的反应动作，以此达到控制NOx排放的目的。
GB-17691-2018：车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)中对在用车的排放符合性验证采用便携式排放测试系统(PEMS-portable emissions measurement system)测试方法进行，该整车实际道路排放试验能够有效反映车辆在实际道路运行条件下的真实排放状态。
OBD远程监管终端(后文简称终端)通常安装在车辆OBD诊断接口，可采集车辆在运行过程中的主要运行数据(如：转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度、SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等)，并通过终端的GPRS模块(2G/4G)将数据按指定格式发送至机动车排放远程监管平台(后文简称平台)。
机动车排放远程监管平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，并对车载终端所上传的数据进行一系列地收集、处理、存储、计算、判断、展示和管理等操作，以实现相应的监管服务功能。
发明内容
本发明的目的是，为了能够对处于远程监管下柴油车的排放状态进行评估，实现对柴油车使用过程中排放状态是否超标的有效判断，一种基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法。
本发明实现的技术方案如下，一种基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，所述方法通过车载终端以一定的频率(一般为1Hz)采集发动机车辆动态运行数据和静态数据，上传至平台。平台按照GB17691-2018中规定的PEMS测试规则建立不同的存储器(市区路存储器、市郊路存储器，高速路存储器)存储相应速度条件下的工况点全局数据，依据进入存储器的数据计算每个存储器的功率累计值和排放累计值，以目标车辆完成4-7个循环功为标准测试时间范围的估算依据，并依据法规对不同车辆的道路占比规定，分配给上述某一特定存储器累计积分时间上限，当这一特定存储器达到积分时间上限后终止数据进入。待所有积分器的工况累计时间都达标后，对累计功进行校核，校核通过后输出最终计算的排放因子。同时模块可依据车辆的排放标准登记信息，确认车辆排放是否超标。
一种基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，步骤如下：
(1)通过OBD远程监管终端，采集目标车辆与排放因子计算相关车辆动态运行数据和车辆注册登记信息静态参数，并上传至平台。
(2)通过发动机排量、额定转速和额定功率等信息确定车辆的WHTC循环功，进而估算完成一次远程PEMS排放计算的积分总时间TTotal。
(3)依据车辆的登记信息确认车辆种类，进而通过步骤(2)中的总时间计算结果和国标对车辆在不同道路类型上进行PEMS测试时间比例的占比规则确定目标车辆市区、市郊和高速道路的积分时间限值。
(4)当车辆达到热机状态后，以上传数据包中的车速为数据分配依据，将数据分配至不同的存储器中(市区路存储器、市郊路存储器，高速路存储器)。当某个存储器的数据累计时间达到积分时间限值后，终止数据进入该存储器，并通过与该存储器对应的标准计算模块的计算出相应的NOx排放质量和累计功。
(5)待所有存储器的积分时间限值都达标后，三个标准计算模块将会输出各自计算得到的NOx排放质量和累计功，数据平台对NOx排放质量和累计功分别进行求和，当累计功在4～7倍的WHTC循环功范围内时，校核通过，认为计算有效，输出最终计算的排放因子。
(6)通过将步骤(5)中计算得到的排放因子和依据车辆的排放标准登记信息确认的车辆在用符合性排放标准限值进行比较，利用一定的数据滤波规则确认该车是否排放超标。
所述平台即机动车排放远程监管平台，所述平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，并对车载终端所上传的数据进行一系列收集、处理、存储、计算、展示和管理操作，实现相应的监管服务功能。
所述车辆动态运行数据至少包括发动机转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度、SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值；所述车辆注册登记信息静态参数至少包括车辆排放标准、发动机额定功率、额定扭矩、额定转速、发动机排量、尿素箱容积。
所述目标车辆必须安装OBD远程监管终端，并且终端通过OBD接口能够采集所述所有车辆动态运行数据，并上传至平台。
所述步骤(4)中的车辆热机状态通过对采集车辆数据包中的发动机冷却水温数据项进行判断，当冷却水温大于70℃时，认为车辆达到热机状态。
所述步骤(5)中的累计功校核如果没有通过，则需要依据计算得到累计功和5.5倍WHTC循环功的比例对积分总时间TTotal进行相应的修正。
本发明的有益效果是，本发明提出的一种有法规依据的排放因子远程计算方法，打破了国内机动车远程监控实施过程中排放因子计算无合法依据的被动局面，本发明针对在用车的排放在用符合性测量方法，开发出的排放因子远程计算方法可以对车辆的实际运行排放因子进行准确计算，并能够依据一段时间内的有效计算结果，对车辆排放是否超标进行判断，使得处于远程监管下排放超标的在用车得以有效暴露，为环保部门的精准监管和深度治理奠定基础，可以为降低在用柴油车NOx排放做出实质贡献。
附图说明
图1为本发明OBD远程监管系统工作原理图；
图2为本发明基于PEMS规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的流程图；
图3为特定存储器的积分时间限值确定方法原理图；
图4为目标车辆远程NOx排放因子确认方法(步骤1)原理图；
图5为目标车辆远程NOx排放因子确认算方法(步骤2)原理图；
图6为远程NOx排放因子超标判定的滤波方法原理图。
具体实施方式
本实施例OBD远程监管系统工作原理图如图1所示。
OBD远程监管终端通常安装在车辆OBD诊断接口，可通过CAN总线采集车辆在运行过程中的主要运行数据(如：发动机转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度/SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等)，并通过终端的4G模块将数据按制定格式发送至机动车排放远程监管平台。平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，进行一系列数据预处理、存储、计算及判断等操作，以实现相应的功能。本实施例所述及的诊断方法即通过平台结合多车大数据实现。
本实施例基于PEMS规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的流程如图2所示。
本实施例基于PEMS规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，包括以下步骤：
(1)通过OBD远程监管终端采集目标车辆的相关参数，并通过无线通信将数据上传至平台。
(2)确认远程PEMS排放因子计算的积分总时间。先通过平台依据车辆静态参数估算，如有偏差则进行更新。
(3)依据车辆的登记种类，按照国标相关规定，确定目标车辆市区、市郊和高速道路的积分时间限值。
(4)以热机状态下的车速作为数据分类依据，将数据分配至市区、市郊和高速道路存储器中。
(5)特定存储器的数据累计时间达到积分时间限值后，终止数据进入，计算出相应的NOx排放质量和累计功。
(6)对3个存储器计算的NOx排放质量和累计功分别求和并计算排放因子。
(7)基于总累计功对排放因子的有效性进行判断，如果总累计功在4～7个WHTC循环功以内，则计算得到的排放因子有效。如果总累计功不在4～7个WHTC循环功范围内，则需要对积分总时间进行更新。
本实施例对特定存储器的积分时间限值确定方法如图3所示。所述方法包括以下步骤：
(1)通过车辆登记注册信息中的车辆类别信息，按照GB17691-2018标准对车辆所属类别的市区路、市郊路、高速路行驶时间比例进行确认。
(2)通过发动机排量、额定转速、额定功率信息大致确认目标车辆的WHTC循环功，并依据此循环功初步确认远程排放因子计算所需的积分总时间。
(3)依据步骤(1)和步骤(2)中的时间比例和积分总时间，得到市区路积分时间限值、市郊路积分时间限值和高速路积分时间限值。
本实施例对目标车辆的排放因子计算方法(步骤1)如图4所示。
本实施例首先分别计算市区路、市郊路和高速路在各自积分限值时间以内累计的NOx排放质量和累计功，方法如下：
(1)市区路的NOx累计排放质量和累计功计算方法：当发动机处于热机状态，且NOx传感器正常工作时，如果5km/h<＝车速<＝40km/h，则该车速范围内的数据包将进入市区路计算模块。数据包内的进气质量流量和燃油消耗量将被用于计算废气质量流量，通过废气质量流量和NOx传感器测得的NOx浓度值相乘，得到下游NOx质量流量，通过对该质量流量进行积分得到NOx在市区路的累计排放质量；同时数据包内的发动机转速、发动机净输出扭矩百分比和发动机最大基准扭矩将被用于计算发动机的实时功率，通过对实时功率进行时间积分得到市区路的累计功。
(2)市郊路的NOx累计排放质量和累计功计算方法：当发动机处于热机状态，且NOx传感器正常工作时，如果40km/h<车速<＝75km/h，则该车速范围内的数据包将进入市郊路计算模块。数据包内的进气质量流量和燃油消耗量将被用于计算废气质量流量，通过废气质量流量和NOx传感器测得的NOx浓度值相乘，得到下游NOx质量流量，通过对该质量流量进行积分得到NOx在市郊路的累计排放质量；同时数据包内的发动机转速、发动机净输出扭矩百分比和发动机最大基准扭矩将被用于计算发动机的实时功率，通过对实时功率进行时间积分得到市郊路的累计功。
(3)高速路的NOx累计排放质量和累计功计算方法：当发动机处于热机状态，且NOx传感器正常工作时，如果车速>75km/h，则该车速范围内的数据包将进入高速路计算模块。数据包内的进气质量流量和燃油消耗量将被用于计算废气质量流量，通过废气质量流量和NOx传感器测得的NOx浓度值相乘，得到下游NOx质量流量，通过对该质量流量进行积分得到NOx在高速路的累计排放质量；同时数据包内的发动机转速、发动机净输出扭矩百分比和发动机最大基准扭矩将被用于计算发动机的实时功率，通过对实时功率进行时间积分得到高速路的累计功。
本实施例对目标车辆远程NOx排放因子确认方法(步骤2)如图5所示。
当三种道路条件下的累计积分时间都到达限值后，将三种道路条件下计算得到的累计功求和得到总累计功，并比较总累计功是否在4～7倍的WHTC循环功范围内。如果总累计功在4～7倍的WHTC循环功范围内，则继续将三种道路条件下计算得到的NOx累计排放质量求和得到NOx累计排放总质量，将NOx累计排放总质量除以总累计功得到远程NOx排放因子，该有效结果可作为远程NOx排放因子超标判别器的有效输入；如果总累计功不在4～7倍的WHTC循环功范围内，则此次的计算结果无效，需要将总积分时间进行更新后再重新开始计算，更新后的总积分时间＝(5.5倍WHTC循环功/累计功)*原来的总积分时间。
本实施例远程NOx排放因子超标判定的滤波方法如图6所示。
本实施例对排放因子超标判定的滤波方法为：
当三种道路条件下的累计积分时间都到达限值后，将三种道路条件下计算得到的累计功求和，并比较该累计功是否在4～7倍的WHTC循环功范围内，如果在该范围内，则通过计算得到的远程NOx排放因子结果作为有效结果输出给超标判别器，同时远程NOx排放因子有效计算完成计数器C_F1的值+1。如果该有效远程NOx排放因子>7g/kWh(对于国四车辆)或>5g/kwh(对于国五车辆)，则认为该次子判断结果为排放超标，NOx排放因子超标计数器C_NOxEmiFac的值+1。当C_F1的值<5时,远程NOx排放超标状态位S_NOxEmiFac＝＝0,表示子判断过程未完成；当C_F1 C_F1的值等于5时，如果C_NOxEmiFac<3,远程NOx排放超标状态位S_NOxEmiFac＝＝1，表示子判断完成，远程排放因子不超标；当C_F1的值等于5时，如果C_NOxEmiFac>＝3，则判定为远程NOx排放因子超标，此时远程NOx排放超标状态位S_NOxEmiFac＝＝2；同时，一旦C_F1的值等于5并完成上述判断后，对C_F1和C_NOxEmiFac进行reset，令其值重新归零。当C_F1的值再次等于1时，S_NOxEmiFac＝0，重新开始下一次远程NOx排放因子超标诊断。
Claims (9)
1.一种基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述方法通过车载远程监管终端以一定的频率采集发动机车辆动态运行数据和车辆注册登记信息静态参数数据，上传至远程监管平台；远程监管平台按照规定的PEMS测试规则建立不同的存储器存储相应速度条件下的工况点全局数据，依据进入存储器的数据计算每个存储器的功率累计值和排放累计值，以目标车辆完成4-7个循环功为标准测试时间范围的估算依据，对不同车辆的道路占比规定，分配给上述某一特定存储器累计积分时间上限，当这一特定存储器达到积分时间上限后终止数据进入；待所有积分器的工况累计时间都达标后，对累计功进行校核，校核通过后，输出最终计算的排放因子；同时存储器对应的标准计算模块依据车辆的排放标准登记信息，确认车辆排放是否超标。
2.根据权利要求1所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
(1)将车辆注册登记信息静态参数数据录入平台，并通过OBD远程监管终端，以一定频率采集目标车辆的车辆动态运行数据；上传至平台；
(2)通过发动机排量、额定转速和额定功率信息确定车辆的WHTC循环功，进而估算完成一次远程PEMS排放计算的积分总时间TTotal；
(3)依据车辆的登记信息确认车辆种类，进而通过步骤(2)中的总时间计算结果和国标对车辆在不同道路类型上进行PEMS测试时间比例的占比规则确定目标车辆市区、市郊和高速道路的积分时间限值；
(4)当车辆达到热机状态后，以上传数据包中的车速为数据分配依据，将数据分配至不同的存储器中；当某个存储器的数据累计时间达到积分时间限值后，终止数据进入该存储器，并通过与该存储器对应的标准计算模块，计算出相应的NOx排放质量和累计功；
(5)待所有存储器的积分时间限值都达标后，三个标准计算模块将会输出各自计算得到的NOx排放质量和累计功，数据平台对NOx排放质量和累计功分别进行求和，当累计功在4～7倍的WHTC循环功范围内时，累计功校核通过，认为计算有效，输出最终计算的排放因子；
(6)通过将步骤(5)中计算得到的排放因子和依据车辆的排放标准登记信息确认的车辆在用符合性排放标准限值进行比较，利用一定的数据滤波规则确认该车是否排放超标。
3.根据权利要求1所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述远程监管平台，即机动车排放远程监管平台，所述远程监管平台接受安装在不同车辆上的远程监管终端所上传的数据，并对车载远程监管终端所上传的数据进行一系列收集、处理、存储、计算、展示和管理操作，实现相应的监管服务功能。
4.根据权利要求2所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述车辆注册登记信息静态参数数据至少包括车辆排放标准、发动机额定功率、额定扭矩、额定转速、发动机排量和尿素箱容积；所述车辆动态运行数据至少包括发动机转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度、SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号和下游NOx传感器测量值。
5.根据权利要求2所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述目标车辆必须安装OBD远程监管终端，并且远程监管终端通过OBD接口能够采集所述车辆动态运行数据，并上传至远程监管平台。
6.根据权利要求2所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述车辆热机状态通过对采集车辆数据包中的发动机冷却水温数据项进行判断，当冷却水温大于70℃时，认为车辆达到热机状态。
7.根据权利要求2所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述累计功校核如果没有通过，则需要依据计算得到的累计功和5.5倍循环功的比例对积分总时间TTotal进行相应的修正。
8.根据权利要求2所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述存储器包括市区路存储器、市郊路存储器和高速路存储器。
9.根据权利要求2所述的基于PEMS测试规则和OBD数据远程确认车辆排放因子的方法，其特征在于，所述频率为1Hz。
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