CN112945327B - 一种质量流量检测方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种质量流量检测方法、装置和系统，所述方法包括：在该待测车辆启动后，采集流经文丘里管的车辆尾气在预设周期对应的多个压差检测数据；对多个压差检测数据进行滤波和数据融合，以获取目标压差数据；根据目标压差数据和尾气温度数据确定车辆尾气在预设周期的质量流量检测数据；根据连通管道的第一管径、文丘里管的管参数、待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度，对质量流量检测数据进行修正，以获取质量流量数据。能够对一个检测周期内获取多个检测数据进行滤波和数据融合，并根据文丘里管和连通管道本身的构造特性和车辆所处的大气压强和环境温度对融合后的检测数据进行修正，提高车辆行驶过程中车辆尾气质量流量检测的准确性。
Description
技术领域
本公开涉及车辆排放检测领域，具体地，涉及一种质量流量检测方法、装置和系统。
背景技术
近年来，随着全球机动车保有量的激增，机动车尾气排放造成的污染也日趋严重。根据联合国环境规划署的统计数据，目前全球处于使用状态的各种机动车总保有量已突破10亿辆，尾气排放量平均每天已达到1325万吨，对全球大气污染的影响越来越明显。目前，降低车辆排放污染的理念为，逐步提高机动车排放标准，通过尾气排放检测系统精确监控机动车的尾气排放量，迫使生产企业执行减排举措，提高减排技术，从而不断地降低车辆尾气污染物的排放量。而对车辆尾气的流量检测是尾气排放检测系统的重要组成部分。在气体流量检测领域，主流的检测设备通常为基于皮托管或文丘里管的质量流量计。其中，文丘里管是意大利物理学家G. B. 文丘里发明的一种先收缩而后逐渐扩大的通气管道。在进行气体流量检测时，可以通过采集文丘里管入口截面和最小截面处的压力差，结合伯努利定理，计算被测气体的质量流量。质量流量的单位通常为kg/h（千克/小时）或kg/s（千克/秒）。利用基于文丘里管的流量检测装置，可简单准确地测量气体的质量流量和体积流量等，为尾气污染物检测系统提供相关参考数据。
在针对车辆尾气进行质量流量检测的相关技术中，通常通过现有的基于文丘里管原理的质量流量检测设备对车辆进行质量流量检测获得质量流量检测数据，并采用统一的数据处理方式对质量流量检测数据进行处理和修正，进而得到处理后的质量流量数据。但是，上述方式并未考虑车辆排放路测可能会面对的不同测试环境和不同车辆类型对车辆尾气实际排放流量的影响，对质量流量检测数据进行数据处理和修正的针对性不强，进而造成处理后的质量流量数据的准确度较差。
发明内容
本公开的目的在于提供一种质量流量检测方法、装置和系统，以解决现有的车辆质量流量检测装置对车辆行驶的不同状态和不同环境针对性不强，进而检测准确性较低的技术问题。
第一方面，本公开提供一种质量流量检测方法，所述方法包括：
在待测车辆启动后，通过压力检测单元采集流经文丘里管的车辆尾气在预设周期对应的多个压差检测数据，所述文丘里管的一端通过通气管道与所述待测车辆的排气口连通；
对所述多个压差检测数据进行滤波处理和数据融合处理，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的目标压差数据；
根据所述目标压差数据和温度检测单元检测到的尾气温度数据确定所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量检测数据；
根据所述通气管道的第一管径和所述文丘里管的管参数，以及所述待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度，对所述质量流量检测数据进行修正，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量数据。
由此可见，本公开提供的质量流量检测装置，能够对一个检测周期内获取多个检测数据进行滤波和数据融合，并根据文丘里管和通气管道本身的构造特性和车辆所处的大气压强和环境温度对融合后的检测数据进行修正，提高车辆行驶过程中车辆尾气质量流量检测的准确性。
在一种可能的实现方式中，所述对所述多个压差检测数据进行滤波处理和数据融合处理，以获取所述车辆尾气在所述预设周期对应的目标压差数据，包括：
根据所述待测车辆的发动机缸数对所述多个压差检测数据进行滤波处理，以获取多个第一压差数据；
对所述多个第一压差数据进行数据融合，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的目标压差数据。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述待测车辆的发动机缸数对所述多个压差检测数据进行滤波处理，以获取多个第一压差数据，包括：
对所述多个压差检测数据进行傅里叶变换滤波处理，以获取多个第二压差数据；
在确定所述待测车辆的发动机缸数小于或等于2的情况下，通过预设的限幅滤波法对所述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取所述多个第一压差数据；或者，
在确定所述待测车辆的发动机缸数大于2且小于或等于6的情况下，通过预设的中位值滤波法对所述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取所述多个第一压差数据；或者，
在确定所述待测车辆的发动机缸数大于或等于6的情况下，通过预设的限幅平均滤波法对所述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取所述多个第一压差数据。
采用上述技术方案的情况下，本公开第一方面提供的质量流量检测装置包括能够根据不同类型的车辆的尾气排放特点对应的检测数据脉冲特点采用不同的滤波方式，提高对多个压差检测数据进行滤波处理的针对性，进而提高滤波处理的有效性。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述通气管道的第一管径和所述文丘里管的管参数，以及所述待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度，对所述质量流量检测数据进行修正，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量数据，包括：
根据第一数据阈值和第二数据阈值对所述质量流量检测数据进行修正，以获取第一修正数据，所述管参数包括：所述文丘里管的长度、所述文丘里管的入口段的第二管径和所述文丘里管的喉道的第三管径，所述第一数据阈值和所述第二数据阈值为根据所述第一管径和所述管参数预先确定的；
根据所述大气压强和所述环境温度对所述第一修正数据进行修正，以获取第二修正数据；
将所述第二修正数据作为所述质量流量数据。
在一种可能的实现方式中，所述根据第一数据阈值和第二数据阈值对所述质量流量检测数据进行修正，以获取第一修正数据，包括：
在所述质量流量检测数据小于或等于第一数据阈值的情况下，通过预设的第一修正函数对所述质量流量检测数据进行修正，以将修正后的所述质量流量检测数据作为所述第一修正数据；或者，
在所述质量流量检测数据大于或等于第二数据阈值的情况下，通过预设的第二修正函数对所述质量流量检测数据进行修正，以将修正后的所述质量流量检测数据作为第一修正数据；或者，
在所述质量流量检测数据大于所述第一数据阈值且小于所述第二数据阈值的情况下，将所述质量流量检测数据作为所述第一修正数据。
采用上述技术方案的情况下，能够基于文丘里管的质量流量检测本身的在气体流量较小和气体流量极大时容易出现检测数据波动的特性，对采集到的较小或较大的质量流量检测数据进行修正，提高质量流量检测数据一致性和准确性。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述大气压强和所述环境温度对所述第一修正数据进行修正，以获取第二修正数据，包括：
将用于表征所述大气压强的气压值和用于表征所述环境温度的温度值作为修正系数关联模型的输入，以获取所述修正系数关联模型输出的目标修正系数，所述修正系数关联模型用于表征修正系数、所述大气压强和所述环境温度三者的对应关系；
获取所述目标修正系数与所述第一修正数据的乘积，作为所述第二修正数据。
采用上述技术方案的情况下，能够获取车辆当前所处的大气压强和环境温度选择适当的修正系数对质量流量检测数据进行二次修正，进而获取到最终的质量流量数据，提高车辆行驶过程中车辆尾气质量流量检测的准确性。
第二方面，本公开还提供一种质量流量检测装置，所述装置包括：通气管道、盒体、处理单元、温度检测单元、压力检测单元和文丘里管，所述文丘里管的一端通过所述通气管道与待测车辆的排气口连通；
其中，所述压力检测单元，用于在所述待测车辆启动后，采集流经所述文丘里管的车辆尾气在预设周期对应的多个压差检测数据；
所述处理单元，分别与所述压力检测单元和所述温度检测单元连接，用于对所述多个压差检测数据进行滤波处理和数据融合处理，以获取所述车辆尾气在所述预设周期对应的目标压差数据；
根据所述目标压差数据和所述温度检测单元检测到的尾气温度数据确定所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量检测数据；
根据所述通气管道的第一管径和所述文丘里管的管参数，以及所述待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度，对所述质量流量检测数据进行修正，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量数据。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：盒体；
其中，所述盒体包括：盒壁、盒盖和底板，所述文丘里管包括：入口段、收缩段、喉道和扩散段，所述底板固定于所述文丘里管的外壁，所述温度检测单元包括：温度采集电路板和温度探头，所述压力检测单元包括：压力传感器、第一压力探头和第二压力探头。
在一种可能的实现方式中，所述温度采集电路板被固定于所述盒体内部，所述温度探头与所述温度采集电路板连接，所述温度探头穿过所述底板和所述文丘里管的外壁延伸至所述扩散段内部；
其中，所述温度采集电路板在所述待测车辆启动后，获取流经所述文丘里管的车辆尾气在预设周期的温度数据。
在一种可能的实现方式中，所述压力传感器和所述处理单元均固定于所述盒体内部；其中，
所述第一压力探头，穿过所述底板和所述文丘里管的外壁延伸至所述喉道内部，用于检测所述喉道处的第一压力数据；
所述第二压力探头，穿过所述底板和所述文丘里管的外壁延伸至所述入口段内部，用于检测所述入口段的第二压力数据；
所述压力传感器，分别与所述第一压力探头和所述第二压力探头连接，用于计算所述第一压力数据和所述第二压力数据的差值，以获取所述压差数据。
在一种可能的实现方式中，所述温度探头的表面、所述第一压力探头的表面、所述第二压力探头的表面、所述文丘里管的内壁和所述通气管道的内壁均覆盖有用于隔绝高温和防止腐蚀的复合涂层。
与现有技术相比，本公开实施例提供的质量流量检测装置的有益效果与本公开第一方面所提供的质量流量检测方法的有益效果相同，在此不做赘述。
第三方面，本公开还提供一种质量流量检测系统，包括：气压传感器、环境温度传感器以及本公开第二方面所提供的质量流量检测装置；
其中，所述气压传感器被固定于待测车辆外部，用于在车辆启动后每隔预设周期检测所述待测车辆所处的大气压强的气压值；
所述环境温度传感器被固定于所述待测车辆外部，用于在车辆启动后每隔预设周期检测所述待测车辆所处的环境温度的温度值；
所述质量流量检测装置中包含的处理单元分别与所述气压传感器和所述环境温度传感器通信连接；
所述处理单元，用于接收所述气压传感器发送的所述气压值和所述环境温度传感器发送的所述温度值。
与现有技术相比，本公开实施例提供的质量流量检测系统的有益效果与本公开第一方面提供的质量流量检测装置的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测方法的流程图；
图2是根据图1示出的一种确定质量流量检测数据的方法的流程图；
图3是根据图1示出的一种获取质量流量数据的方法的流程图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测数据与质量流量标准数据的对比示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的输入变量全边界范围内的曲线拟合结果示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测装置的剖面结构示意图；
图7是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在流量检测的相关技术中，针对车辆尾气的流量检测方式通常为，将基于文丘里管原理的质量流量检测设备与待测车辆的排气管连通，进而通过质量流量检测设备进行质量流量检测，并基于检测数据本身的数学特性，例如实际数值大小和频谱波形对检测数据进行处理，进而输出处理后的质量流量数据。但是，上述方式没有考虑到车辆排放的路测过程中车辆所处的环境因素（例如，环境温度、大气压强以及环境湿度等）对检测结果的影响，造成车辆排放路测过程中的流量检测结果的准确度较低。另外，不同车辆所装配的发动机的缸数不同，发动机缸数可以包括：1、2、3、4、5、6、8、10、12和16缸发动机。装配有具备不同缸数的发动机的车辆具备不同的尾气排放特点，尾气流量会存在不同脉冲特性，进而出现波动较为平滑或波动幅度较大的文丘里管压差检测数据，上述方式中对检测数据进行数据处理的过程并未考虑具备不同发动机缸数的车辆的尾气排放特性，造成对文丘里管压差检测数据处理过程中针对性不强的问题，进而影响质量流量检测结果的准确度。
对此，本公开提出了一种质量流量检测方法、装置和系统，具体如下：
图1是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测方法的流程图，如图1所示，应用于质量流量检测装置，该装置包括：两个通气管道、温度检测单元、压力检测单元和文丘里管，上述两个通气管道分别与该文丘里管的两端连接，该文丘里管通过该通气管道与待测车辆的排气口连通，该方法可以包括：
步骤101，在该待测车辆启动后，通过该压力检测单元采集流经该文丘里管的车辆尾气在预设周期对应的多个压差检测数据。
示例地，该预设周期用于表征车辆尾气的质量流量检测数据输出的最小颗粒度，该预设周期可以被设置为，例如，1s。该质量流连检测数据的单位为kg/h（千克/小时）。在待测车辆启动之前，该质量流量检测装置被启动并进入准备阶段。在待测车辆启动之后，该质量流量检测装置进入实际测量状态并在每个该预设周期输出一个检测数据（即最终的质量流量数据）。需要说明的是，在本公开实施例中，压差检测数据采样的周期时长远小于该预设周期的时长。具体地，本公开实施例提供的压力检测单元以，例如，高达1500Hz的频率，对文丘里管进行压力采样，再根据不同位置的压力数据计算压差数据，考虑到来自发动机的每个压力脉冲标准输出速率为5 Hz，高频采样能够反映高突变流体压力的微小变化，线性度和数据精度均可大幅提升。另外，本公开实施例提供的压力检测单元输出的压力电信号经过差分滤波电路滤除共模噪声和漂移，送至24位高精度差分ADC（模拟-数字转换器）进行采样转换，致使压力采样分辨率高达1Pa（帕斯卡，简称帕），大大提升系统采样精度。另外，基于文丘里管流量计的一般特性，步骤101中涉及的多个压差数据“流经该文丘里管的车辆尾气在预设周期对应的多个压差检测数据”的描述，其含义为车辆尾气流经该文丘里管时，文丘里管入口截面处的压力数据和最小截面处的压力数据之间的差值数据。
步骤102，对上述多个压差检测数据进行滤波处理和数据融合处理，以获取该车辆尾气在该预设周期对应的目标压差数据。
示例地，在本公开实施例中，每个预设周期对应一个质量流量检测数据。可以理解的是，在采集到的上述多个压差检测数据的同时，还采用高灵敏的温度检测单元，例如，热电偶温度采集电路板，实时检测车辆尾气的温度，并在每个预设周期获取到一个尾气温度数据。之后，再将高频采样的多个压差检测数据和上述的尾气温度数据读入质量流量检测装置的处理单元中进行运算处理，进而得到该质量流量检测数据。另外，由于对压力数据的采样频率较高，在一个采样周期（即预设周期）内可以采集到多个压差检测数据，因此，需要对这些压差检测数据进行滤波和融合处理以得到该预设周期对应的一个压差检测数据（即目标压差数据）。进一步地，在车辆行驶的不同阶段，尾气流量会出现不同的脉冲变化，因此，在进行压差检测数据滤波处理的过程中，进一步地，具备不同发动机缸数（或者发动机采用不同的进气系统的工作方式等）的车辆排放的尾气流量会出现不同的脉冲变化，因此，在进行压差检测数据滤波处理的过程中，可以根据待测车辆的发动机缸数（或者发动机进气系统的工作方式等）对压差检测数据采用不同的滤波处理方式。在滤波处理完成后，再对剩余的压差检测数据进行数据融合，进而得到上述的目标压差数据。
步骤103，根据该目标压差数据和该温度检测单元检测到的尾气温度数据确定该车辆尾气在该预设周期的质量流量检测数据。
示例地，该质量流量检测数据的计算公式可以表示为下列公式（1）：
其中，
表示质量流量检测数据，C表示流出系数，
表示气体膨胀性系数，d表示该文丘里管的喉道的管径，
表示上述的目标压差数据，
表示流经该文丘里管的车辆尾气的密度，
表示该文丘里管的喉道的管径与该第一管径的比值。
另外，该气体密度计算公式可以表示为下列公式（2）：
其中，
表示流经该文丘里管的车辆尾气的密度，
为标准大气压，值为101325Pa，T为上述的尾气温度数据，273.15为摄氏温度和开尔文温度（K）的转换常数，R为普适气体常数，数值为8.314，单位为J/（mol·K），M为气体摩尔质量，经过试验，车辆尾气的气体摩尔质量通常为 30-32 g/mol，在本公开实施例中M被设定为31 g/mol ，p为检测压力数据。该检测压力数据p可以为采集压差数据时所获取到的文丘里管入口段（该入口段与通气管道的直径相等或接近）的压力数据。
步骤104，根据该通气管道的第一管径和该文丘里管的管参数，以及该待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度，对该质量流量检测数据进行修正，以获取该车辆尾气在该预设周期的质量流量数据。
示例地，在整个质量流量检测过程中，有两个因素会影响最终检测结果的准确性，其一是由于通气管道和文丘里管本身的构造以及湍流物质本身的特性，高阶质量流量检测数据（即检测结果中大于某一阈值的质量流量数据）和低阶质量流量检测数据（即质量流量数据小于某一阈值）会出现一定程度的偏移，这个偏移量由通气管道和文丘里管的构造以及湍流物质本身的特性决定。其二，不同的路测环境具备不同的环境因素，例如，平原地区和高海拔地区的大气压强、冬天和夏天的环境温度以及内陆和沿海的空气湿度等都存在较大差异，这些环境因素会对检测结果产生一定影响。本公开实施例以检测时的大气压强的气压值和环境温度的温度值为主要的环境因素。基于上述的影响因素，在步骤103中，可以分别根据该通气管道的第一管径和该文丘里管的管参数，以及，该待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度对步骤102中产生的质量流量检测数据进行两次修正。需要说明的是，在本公开实施例中，可以先根据该通气管道的第一管径和该文丘里管的管参数对高阶质量流量检测数据和低阶质量流量检测数据进行一次修正，再根据该待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度对所有质量流量检测数据进行第二次修正。
示例地，在路测过程中，安装好的质量流量检测装置（包括通气管道和文丘里管等）通常不会被替换，因此，上述的用于确定高阶质量流量检测数据和低阶质量流量检测数据的参数（即该通气管道的第一管径和该文丘里管的管参数）是在路测开始之前预先存储于质量流量检测装置的处理单元之中的，并且在整个测试过程中不会被改变。而针对于大气压强和环境温度，可以是在路测之前由安装人员根据当前环境的实际数据预先输入质量流量检测装置的处理单元的。或者，优选的，该质量流量检测装置可以与大气压强和环境温度的采集设备相配合，在路测试验开始之前直接通过大气压强和环境温度的采集设备对当前路测环境的大气压强和环境温度进行采集。
综上所述，本公开的实施例所提供的技术方案，能够对一个检测周期内获取多个检测数据进行滤波和数据融合，并根据文丘里管和通气管道本身的构造特性和车辆所处的大气压强和环境温度对融合后的检测数据进行修正，提高车辆行驶过程中车辆尾气质量流量检测的准确性。
图2是根据图1示出的一种确定质量流量检测数据的方法的流程图，如图2所示，上述步骤102可以包括：
步骤1021，根据待测车辆的发动机缸数对上述多个压差检测数据进行滤波处理，以获取多个第一压差数据。
示例地，该发动机缸数可以为1、2、3、4、5、6、8、10、12和16缸，其中，摩托车通常设置有1缸发动机或2缸发动机，具备3到6个气缸的发动机通常设置于普通家用车或轻型货车上，具备6个以上气缸的发动机通常设置于重型货车、非道路机械、赛车或者豪华跑车上。由于发动机的缸数越大，则其运转时抖动越小，并且整体的尾气排量越大，因此，基于设置有不同发动机缸数的车辆的压差检测数据对应的傅里叶频谱波形可知：（1）发动机缸数小于或等于2的车辆的检测数据波动频率较高，并且低于某一阈值的检测数据的准确性更高；（2）发动机缸数大于2且小于或等于6的车辆的检测数据波动频率较低；（3）发动机缸数大于或等于6的车辆的检测数据的波动频率最低，并且大于某一阈值的检测数据的准确性更高。
基于此，该步骤1021可以包括：对上述多个压差检测数据进行傅里叶变换滤波处理，以获取多个第二压差数据；在确定该待测车辆的发动机缸数小于或等于2的情况下，通过预设的限幅滤波法对上述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取上述多个第一压差数据；或者，在确定该待测车辆的发动机缸数大于2且小于或等于6的情况下，通过预设的中位值滤波法对上述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取上述多个第一压差数据；或者，在确定该待测车辆的发动机缸数大于6的情况下，通过预设的限幅平均滤波法对上述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取上述多个第一压差数据。需要说明的是，上述步骤1021中“对上述多个压差检测数据进行滤波处理，以获取多个第一压差数据”的步骤实际包含两次滤波处理。具体地，首先，通过傅里叶变换滤波处理对多个压差检测数据进行第一次滤波处理，得到多个第二压差数据，之后，根据上述的发动机缸数对上述多个第二压差数据进行第二次滤波处理，得到上述多个第一压差数据。其中，“第一压差数据”和“第二压差数据”的表述用于区分前后两次滤波处理后得到的压差数据，并不用于表征获得压差数据的先后顺序。在实际的执行过程中，“第二压差数据”为先获取到的压差数据，“第一压差数据”基于“第二压差数据”所获取到的压差数据。
示例地，傅里叶变换滤波处理的步骤可以包括：对多个压差检测数据进行傅里叶变换后得到多个压差检测数据的频率成分，并去除高频部分的压差检测数据，得到上述多个第二压差数据。
示例地，该限幅滤波处理的步骤可以包括：根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）和滤波起始阈值（设为B），在获取检测数据的过程中，将首个小于或等于B的检测数据作为起始检测值，从起始检测值开始，如果本次检测值与上次检测值之差<=A，则本次检测值有效，如果本次检测值与上次检测值之差>A，则本次检测值无效，放弃本次检测值，用上次检测值代替本次检测值。如此，该限幅滤波能够有效克服采样数据中不规则的脉冲干扰，并保证低量程段检测数据在滤波后剩余的检测数据中的主导性，适用于发动机缸数小于或等于2的车辆对应的检测数据的滤波处理。
示例地，上述的中位值滤波处理的步骤包括：连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。其中，可以根据实验过程中监测到的检测数据波动的实际情况确定N的具体数值，在本公开实施例中，N至可以被设定为3至14的任意整数。中位值滤波法对变化缓慢的被测参数具有良好的滤波效果，适用于发动机缸数大于2且小于或等于6的车辆对应的检测数据的滤波处理。
示例地，该限幅平均滤波法的步骤包括：根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为C）和滤波起始阈值（设为D），在获取检测数据的过程中，将首个大于D的检测数据作为起始检测值，从起始检测值开始，如果本次检测值与上次检测值之差<=C，则本次检测值有效，如果本次检测值与上次检测值之差>C，则本次检测值无效，放弃本次检测值，用上次检测值代替本次检测值。如此，该限幅平均滤波处理适用于平滑度高的波形，并能够保证高量程段检测数据在滤波后剩余的检测数据中的主导性，适用于发动机缸数大于6的车辆对应的检测数据的滤波处理。
步骤1022，对上述多个第一压差数据进行数据融合，以获取该车辆尾气在该预设周期的目标压差数据。
示例地，可以采用求取平均值的方式进行上述的数据融合，将多个第一压差数据的平均值作为该预设周期对应的一个压差数据（即目标压差数据）。
在本公开的另一种实施方式中，还可以根据车辆的行驶状态或车辆发动机的进气系统的工作方式（例如，自然吸气、涡轮增压、机械增压和双增压）等，确定对上述多个压差检测数据进行滤波处理的处理方式。
以上述的行驶状态为例，对上述多个压差检测数据进行滤波处理的步骤可以包括：步骤a，根据获取到的该车辆行驶信息确定该待测车辆所处的行驶状态。以及，步骤b，根据该行驶状态对上述多个压差检测数据进行滤波处理，以获取多个第一压差数据。其中，该行驶状态包括：怠速状态、普通行驶状态、急加速状态和加减速状态。该步骤a可以包括：在接受到待测车辆的CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）发送的怠速状态标识的情况下，确定该待测车辆处于怠速状态；在确定该待测车辆的行驶速度小于预设速度，并且加速度处于预设加速度阈值范围内的情况下，确定该待测车辆处于高速行驶状态；在确定该待测车辆的加速度处于预设加速度阈值范围之外的情况下，确定该待测车辆处于高速行驶状态。该预设速度为120km/h。该预设加速度阈值范围可以为-10m/s2至10 m/s2。
示例地，在通过现有的傅里叶变换处理方式将上述多个压差检测数据从时域空间转换为频域空间的波形后，由不同行驶状态下的压差检测数据对应的傅里叶频谱波形可知：（1）在车辆处于怠速状态或普通行驶状态下采集到的多个压差检测数据存在一定的周期性波动的特性；（2）在车辆处于急加速状态或加减速状态下采集到的多个压差检测数据存在不规则性的波动。
示例地，基于上述两种波动特性，可以选取不同的滤波算法，具体地，该步骤b可以包括：对上述多个压差检测数据进行傅里叶变换滤波处理，以获取多个第二压差数据；在确定该待测车辆处于该怠速状态或该普通行驶状态的情况下，对上述多个第二压差数据进行中位值平均滤波处理，以获取上述多个第一压差数据；或者，在确定该待测车辆处于该急加速状态或该加减速状态的情况下，对上述多个第二压差数据进行限幅滤波处理，以获取上述多个第一压差数据。
图3是根据图1示出的一种获取质量流量数据的方法的流程图，如图3所示，上述步骤104可以包括：
步骤1041，根据该第一数据阈值和该第二数据阈值对该质量流量检测数据进行修正，以获取第一修正数据。
其中，该管参数包括：该文丘里管的长度、该文丘里管的入口段的第二管径和该文丘里管的喉道的第三管径，该第一数据阈值和该第二数据阈值均为根据该第一管径和该管参数预先确定的。举例来说，在确定该第一管径为57mm，该第二管径与该第一管径相等，该文丘里管的长度为109.4mm，该第三管径为36mm的情况下，该第一数据阈值为20kg/h，该第二数据阈值为200kg/h。可以理解的是，基于不同的第一管径和管参数，该第一数据阈值和该第二数据阈值均会出现变化。
示例地，图4是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测数据与质量流量标准数据的对比示意图，如图4所示，a为上述的第一数据阈值和b为上述的第二数据阈值。可以看出，处于a和b之间的质量流量检测数据和（经过核准的）质量流量标准数据完全重合，而小于a和大于b的质量流量检测数据与实际的质量流量标准数据存在一定差异，可以根据k-epsilon模型生成对小于a和大于b的质量流量检测数据进行修正的修正公式，该修正公式可以表示为下列公式（3）：
其中，W修正后的质量流量检测数据，即上述的第一修正数据，K为压力传感器的传感器系数，为预设设置的固定常量，A为文丘里管的喉道的截面面积，3600为单位转换系数，dp为原质量流量检测数据，D为流经文丘里管的气体密度，epsilon为基于质量流量检测数据在图4中的曲线与质量流量标准数据的曲线的差异确定的修正函数。具体地，在质量流量检测数据大于b的情况下，epsilon为第一修正函数，在本公开实施例中，基于目前使用的文丘里管得到的实验检测数据，该第一修正函数的值处于0.8至0.99之间；在质量流量检测数据小于a的情况下，epsilon为第二修正函数，在本公开实施例中，基于目前使用的文丘里管得到的实验检测数据，该第二修正函数的值处于1.02至1.68之间。
基于此，该步骤1041可以包括：在该质量流量检测数据小于或等于第一数据阈值的情况下，通过预设的第一修正函数对该质量流量检测数据进行修正，以将修正后的该质量流量检测数据作为该第一修正数据；或者，在该质量流量检测数据大于或等于第二数据阈值的情况下，通过预设的第二修正函数对该质量流量检测数据进行修正，以将修正后的该质量流量检测数据作为第一修正数据；或者，在该质量流量检测数据大于该第一数据阈值且小于该第二数据阈值的情况下，将该质量流量检测数据作为该第一修正数据。
步骤1042，根据该大气压强和该环境温度对该第一修正数据进行修正，以获取第二修正数据。
步骤1043，将该第二修正数据作为该质量流量数据。
示例地，该步骤1042可以包括：将用于表征该大气压强的气压值和用于表征该环境温度的温度值作为修正系数关联模型的输入，以获取该修正系数关联模型输出的目标修正系数，该修正系数关联模型用于表征修正系数、该大气压强和该环境温度三者的对应关系；获取该目标修正系数与该第一修正数据的乘积，作为该第二修正数据。该修正系数实际为质量流量检测数据与实际质量流量数据的比值。
在一种可能的实施方式中，该修正系数关联模型为通过根据实验得出的大量的训练数据集对预设的神经网络模型进行训练所获取到的预测模型。该训练数据集包括输入端训练数据集和输出端训练数据集，该输入端训练数据集可以包括：通过大气压强检测设备确定的当前气压值和通过环境温度检测设备确定的当前温度值，其对应的输出端训练数据集为在上述的当前气压值和当前温度值的情况下，质量流量检测数据与实际质量流量数据的比值。基于此，在步骤1042中，可以直接将用于表征该大气压强的气压值和用于表征该环境温度的温度值输入预先训练好的修正系数关联模型，并将修正系数关联模型输出的修正系数作为目标修正系数。需要说明的是，在本公开实施例的试验阶段，可以通过能够设定质量流量数据的气体发生设备制造流动气体，并输出至本公开实施例提供的质量流量检测装置，如此，可将上述气体发生设备的设定值作为上述的实际质量流量数据，并将质量流量检测装置的检测值作为上述的质量流量检测数据。
在另一种可能的实施方式中，该修正系数关联模型可以为修正系数拟合函数，具体地，首先，依然通过上述的气体发生设备、大气压强检测设备和环境温度检测设备获取相对应的气压值、温度值和修正系数，作为原始离散数据；其次，将原始离散数据进行处理，构成数据集{xi，yj，z（i，j）}并定义为第一离散数据集；其中，x为输入变量（气压值），共i个，y为输入变量（温度值），共j个，z为输出量（修正系数），共i×j个，i和j为均大于等于3的正整数。
示例地，针对于第一离散数据集，进行第一次曲线拟合：以yj为基准拆分第一离散数据集，获得j个第一子数据集并进行曲线拟合，得到j个拟合函数，表示为下列公式（4）：
其中，a0至ak为拟合函数F1待求解的定常参数，k为大于等于0的整数。之后，依据公式（4）构建第二离散数据集{
}，并以ak为基准进行拆分，获得k+1个第二子数据集并进行第二次曲线拟合，得到k+1个拟合函数，表示为下列公式（5）
其中，bm为拟合函数F2的定常参数，无具体数值，共k+1个，m为大于等于0的整数，
为输出量代表拟合函数F1的定常参数的具体数值，共j×(k+1)个。
示例地，依据公式（5）构建第三离散数据集{
}，并联合公式（4）和公式（5），得到最终的修正系数拟合函数，表示为下列公式（6）：
其中，第三离散数据集中a代表拟合函数F1的定常参数，无具体数值，共k+1个，n代表拟合函数F2的定常参数，无具体数值，共m+1个，z″为输出量代表拟合函数F2的定常参数的具体数值，共(k+1)×(m+1)个。至此，离散数据拟合过程结束，图5是根据一示例性实施例示出的输入变量全边界范围内的曲线拟合结果示意图，如图5所示，拟合出的修正系数输出量z为根据气压值输入变量x和温度值输入变量y变化的曲面。基于此，在步骤1042中，可以将用于表征该大气压强的气压值和用于表征该环境温度的温度值作为两个输入变量代入修正系数拟合函数，并将计算出的修正系数输出量作为目标修正系数。
综上所述，本公开的实施例所提供的技术方案，能够根据发动机缸数对一个检测周期内采集到的多个压力检测数据进行滤波和数据融合，并根据通气管道和文丘里管的构造特性以及车辆所处的大气压强和环境温度对检测数据进行修正，提高对车辆尾气的质量流量检测数据处理的针对性，进而提高车辆排放路测过程中质量流量检测的准确性。
图6是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测装置的剖面结构示意图，如图6所示，该装置200包括：两个通气管道210；盒体，该盒体包括：盒壁261、盒盖262和底板263；处理单元220；温度检测单元，该温度检测单元包括：温度采集电路板231和温度探头232；压力检测单元，该压力检测单元包括：压力传感器241、第一压力探头242和第二压力探头243；以及，文丘里管250。上述的两个通气管道210设置于该文丘里管250的两端，该文丘里管250的一端（文丘里管250的入口段）通过其中一个通气管道210与待测车辆的排气口连通；该文丘里管250的另一端（文丘里管250的扩散段）通过另一个通气管道210上设置的气孔211与其他车辆尾气检测设备，例如，颗粒物检测设备和气体检测设备，连通。
其中，该压力检测单元，用于在该待测车辆启动后，采集流经该文丘里管的车辆尾气在预设周期对应的多个压差检测数据；
该处理单元220，分别与该压力检测单元和该温度检测单元连接，用于对上述多个压差检测数据进行滤波处理和数据融合处理，以获取该车辆尾气在该预设周期对应的目标压差数据；
根据该目标压差数据和该温度检测单元检测到的尾气温度数据确定该车辆尾气在该预设周期的质量流量检测数据；
根据该通气管道210的第一管径和该文丘里管250的管参数，以及该待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度，对该质量流量检测数据进行修正，以获取该车辆尾气在该预设周期的质量流量数据。
其中，该文丘里管250包括：入口段251、收缩段252、喉道253和扩散段254，该底板263固定于该文丘里管250的外壁。
可选的，该温度采集电路板231被固定于该盒体内部，该温度探头232与该温度采集电路板231连接，该温度探头232穿过该底板263和该文丘里管250的外壁延伸至该扩散段254内部；其中，该温度采集电路板231在该待测车辆启动后，获取流经该文丘里管250的车辆尾气在预设周期的温度数据。
可选的，该压力传感器241和该处理单元220均被固定于该盒体内部；其中，
该第一压力探头242，穿过该底板263和该文丘里管250的外壁延伸至该喉道253内部，用于检测该喉道253处的第一压力数据；
该第二压力探头243，穿过该底板263和该文丘里管250的外壁延伸至该入口段251内部，用于检测该入口段251的第二压力数据；
该压力传感器241，分别与该第一压力探头242和该第二压力探头243连接，用于计算该第一压力数据和该第二压力数据的差值，以获取该压差数据。
可选的，该温度探头232的表面、该第一压力探头242的表面、该第二压力探头243的表面、该文丘里管250的内壁和该通气管道210的内壁均覆盖有用于隔绝高温和防止腐蚀的复合涂层。
示例地，常用的差压式质量流量计仅能测量250℃以下的气体的质量流量。而机动车排放的尾气温度通常在500℃以上，且具有较强腐蚀性，会对文丘里管内壁、温度探头和压力探头造成一定的损坏，并且维护成本过高且减少了设备寿命较短。本公开实施例采用纳米复合耐高温防腐蚀涂层对文丘里管250和该通气管道210的内壁，以及温度和压力探头进行处理，该复合涂层优选为铬酐和氧化锆混合物。在装置制造过程中，可以利用等离子喷涂的方法将上述的符合涂料喷涂到上述的管道内壁和探头表面形成牢固的耐高温防腐层，同时与上述的管道内壁和探头表面本身的保护管紧密结合，其结合方式包含化学结合、机械结合和分子结合的方式。
综上所述，本公开的实施例所提供的技术方案，能够根据发动机缸数对一个检测周期内采集到的多个压力检测数据进行滤波和数据融合，并根据通气管道和文丘里管的构造特性以及车辆所处的大气压强和环境温度对检测数据进行修正，提高对车辆尾气的质量流量检测数据处理的针对性，进而提高车辆排放路测过程中质量流量检测的准确性。
图7是根据一示例性实施例示出的一种质量流量检测系统的结构示意图，如图7所示，该系统300包括：
气压传感器310、环境温度传感器320以及上述图6所示的质量流量检测装置200。
其中，质量流量检测装置的一端通过软管411与待测车辆400的排气口410连通，该气压传感器310被固定于待测车辆400外部，用于在该待测车辆400启动后每隔预设周期检测该待测车辆400所处的大气压强的气压值；该环境温度传感器320被固定于该待测车辆400外部，用于在该待测车辆400启动后每隔预设周期检测该待测车辆400所处的环境温度的温度值。
示例地，该气压传感器310和该环境温度传感器320可以通过固定装置（例如，固定胶）固定于车辆外部，例如，车顶或后备箱盖上。另外，该质量流量检测装置200中包含的处理单元分别与该气压传感器310和该环境温度传感器320通信连接。该通信连接优选为无线通信连接，该通信连接未在图7中以实体形式示出。该处理单元，用于接收该气压传感器310发送的该气压值和该环境温度传感器320发送的该温度值。该质量流量检测装置200还通过通气管道上设置的气孔与车辆尾气分析设备500连通，该车辆尾气分析设备可以包括：颗粒物检测设备和/或有害气体检测设备。
综上所述，本公开的实施例所提供的质量流量检测系统，能够根据发动机缸数对一个检测周期内采集到的多个压力检测数据进行滤波和数据融合，并根据通气管道和文丘里管的构造特性以及车辆所处的大气压强和环境温度对检测数据进行修正，提高对车辆尾气的质量流量检测数据处理的针对性，进而提高车辆排放路测过程中质量流量检测的准确性。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种质量流量检测方法，其特征在于，所述方法包括：
在待测车辆启动后，通过压力检测单元采集流经文丘里管的车辆尾气在预设周期对应的多个压差检测数据，所述文丘里管的一端通过通气管道与所述待测车辆的排气口连通；
对所述多个压差检测数据进行滤波处理和数据融合处理，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的目标压差数据；
根据所述目标压差数据和温度检测单元检测到的尾气温度数据确定所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量检测数据；
根据所述通气管道的第一管径和所述文丘里管的管参数，以及所述待测车辆当前所处环境的大气压强和环境温度，对所述质量流量检测数据进行修正，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量数据；
其中，所述对所述多个压差检测数据进行滤波处理和数据融合处理，以获取所述车辆尾气在所述预设周期对应的目标压差数据，包括：
根据所述待测车辆的发动机缸数对所述多个压差检测数据进行滤波处理，以获取多个第一压差数据；
对所述多个第一压差数据进行数据融合，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的目标压差数据；
所述根据所述待测车辆的发动机缸数对所述多个压差检测数据进行滤波处理，以获取多个第一压差数据，包括：
对所述多个压差检测数据进行傅里叶变换滤波处理，以获取多个第二压差数据；
在确定所述待测车辆的发动机缸数小于或等于2的情况下，通过预设的限幅滤波法对所述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取所述多个第一压差数据；或者，
在确定所述待测车辆的发动机缸数大于2且小于或等于6的情况下，通过预设的中位值滤波法对所述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取所述多个第一压差数据；或者，
在确定所述待测车辆的发动机缸数大于6的情况下，通过预设的限幅平均滤波法对所述多个第二压差数据进行滤波处理，以获取所述多个第一压差数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述通气管道的第一管径和所述文丘里管的管参数，以及所述待测车辆当前所处的大气压强和环境温度，对所述质量流量检测数据进行修正，以获取所述车辆尾气在所述预设周期的质量流量数据，包括：
根据第一数据阈值和第二数据阈值对所述质量流量检测数据进行修正，以获取第一修正数据，所述管参数包括：所述文丘里管的长度、所述文丘里管的入口段的第二管径和所述文丘里管的喉道的第三管径，所述第一数据阈值和所述第二数据阈值为根据所述第一管径和所述管参数预先确定的；
根据所述大气压强和所述环境温度对所述第一修正数据进行修正，以获取第二修正数据；
将所述第二修正数据作为所述质量流量数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据第一数据阈值和第二数据阈值对所述质量流量检测数据进行修正，以获取第一修正数据，包括：
在所述质量流量检测数据大于或等于第二数据阈值的情况下，通过预设的第二修正函数对所述质量流量检测数据进行修正，以将修正后的所述质量流量检测数据作为第一修正数据；或者，
在所述质量流量检测数据大于所述第一数据阈值且小于所述第二数据阈值的情况下，将所述质量流量检测数据作为所述第一修正数据。
4. 根据权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述根据所述大气压强和所述环境温度对所述第一修正数据进行修正，以获取第二修正数据，包括：
将用于表征所述大气压强的气压值和用于表征所述环境温度的温度值作为修正系数关联模型的输入，以获取所述修正系数关联模型输出的目标修正系数，所述修正系数关联模型用于表征修正系数、所述大气压强和所述环境温度三者的对应关系；
获取所述目标修正系数与所述第一修正数据的乘积，作为所述第二修正数据。
5.一种质量流量检测装置，其特征在于，所述装置包括：通气管道、处理单元、温度检测单元、压力检测单元和文丘里管，所述文丘里管的一端通过所述通气管道与待测车辆的排气口连通；
其中，所述处理单元，分别与所述压力检测单元和所述温度检测单元连接，用于执行权利要求1-4中任一项所述的质量流量检测方法。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：盒体；
其中，所述盒体包括：盒壁、盒盖和底板，所述文丘里管包括：入口段、收缩段、喉道和扩散段，所述底板固定于所述文丘里管的外壁，所述温度检测单元包括：温度采集电路板和温度探头，所述压力检测单元包括：压力传感器、第一压力探头和第二压力探头。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述温度采集电路板被固定于所述盒体内部，所述温度探头与所述温度采集电路板连接，所述温度探头穿过所述底板和所述文丘里管的外壁延伸至所述扩散段内部；
其中，所述温度采集电路板在所述待测车辆启动后，获取流经所述文丘里管的车辆尾气在预设周期的温度数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述压力传感器和所述处理单元均被固定于所述盒体内部；其中，
所述第一压力探头，穿过所述底板和所述文丘里管的外壁延伸至所述喉道内部，用于检测所述喉道处的第一压力数据；
所述第二压力探头，穿过所述底板和所述文丘里管的外壁延伸至所述入口段内部，用于检测所述入口段的第二压力数据；
所述压力传感器，分别与所述第一压力探头和所述第二压力探头连接，用于计算所述第一压力数据和所述第二压力数据的差值，以获取所述压差数据。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述温度探头的表面、所述第一压力探头的表面、所述第二压力探头的表面、所述文丘里管的内壁和所述通气管道的内壁均覆盖有用于隔绝高温和防止腐蚀的复合涂层。
10.一种质量流量检测系统，其特征在于，包括：气压传感器、环境温度传感器以及权利要求5-9中任一项所述的质量流量检测装置；
其中，所述气压传感器被固定于待测车辆外部，用于在车辆启动后每隔预设周期检测所述待测车辆所处的大气压强的气压值；
所述环境温度传感器被固定于所述待测车辆外部，用于在车辆启动后每隔预设周期检测所述待测车辆所处的环境温度的温度值；
所述质量流量检测装置中包含的处理单元分别与所述气压传感器和所述环境温度传感器通信连接；
所述处理单元，用于接收所述气压传感器发送的所述气压值和所述环境温度传感器发送的所述温度值。
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Denomination of invention: A mass flow detection method, device, and system Effective date of registration: 20230706 Granted publication date: 20210817 Pledgee: Shaanxi Qinnong Rural Commercial Bank Co Ltd University City Sub branch Pledgor: XI'AN DUOPUDUO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023610000528 |
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