CN116557120A - 基于车辆比功率的柴油车scr系统运行状态远程在线判定方法 - Google Patents

基于车辆比功率的柴油车scr系统运行状态远程在线判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，包括步骤：基于车速数据求取工况在低中高速区间的时间占比，基于车辆运行时长及低中高等速度区间占比要求，选取符合的工况；基于选取的工况，选取对应OBD远程监测数据清洗；计算机动车比功率VSP；基于车辆尾气NOx质量排放速率计算式及瞬态工况bin划分方式，计算VSP‑bin各区间的NOx平均排放质量速率；基于VSP‑bin各区间的NOx平均排放质量速率计算求取各瞬态工况下的NOx平均排放速率，获取低中高速区间的VSP‑bin NOx峰值排放质量速率，根据不同速度区间各峰值排放质量速率的大小，判定车辆SCR工作状态。本发明可有效诊断SCR系统运行状态是否正常，避免SCR系统异常下的超高NOx持续排放。

Description

基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定 方法
技术领域
本发明涉及汽车排放测试与监控技术领域，特别是涉及基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法。
背景技术
机动车排放污染物正日益成为影响城市空气质量的重要因素，对人类健康产生了负面影响。据《2022年中国移动源环境管理年报》指出，仅占2021年我国汽车总量7％的重型柴油车，其NOx排放约占汽车排放总量的70.3％。作为臭氧和颗粒物的重要前驱物，重型柴油车NOx排放的控制对于深入打好重污染天气消除、臭氧污染防治和柴油货车污染治理攻坚战关系重大。
随着车载诊断系统(OBD)和互联网等技术的快速发展，OBD远程监控技术已成为监测车辆实际道路运行与排放状态、故障和系统老化的重要途径。为弥补当前实验室驾驶循环和车载PEMS等法规认证测试以及年检、尾气遥感、路检路查等传统在用车监管手段在车辆实际运行监管方面的不足，OBD远程监控技术也已经被引入到GB17691-2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》和《柴油货物污染治理攻坚战行动计划》(环大气〔2018〕179号)等标准和政策文件中。
重型柴油车实际运行过程中产生的废气排放主要依靠后处理系统的正常运行实现控制。因此，基于OBD远程监控技术对柴油车SCR等后处理系统运行状态进行监督，将能有效避免后处理系统工作异常导致的超高排放。
目前OBD远程监控技术主要依靠OBD故障码解析实现后处理系统运行过程中出现的次严重和最严重等排放故障类型的监管。然而该类方式并不能有效监管车辆后处理系统故障异常程度达不到报警阈值的异常运行状态。
发明内容
本发明的目的是为有效实现柴油车SCR系统异常运行状况的及时监督，提供一种基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，为环保部门和企业对柴油车SCR工作状况进行监管提供技术支撑和依据。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，包括以下步骤：
获取车辆的OBD远程监测数据，基于车速数据，求取工况在低速、中速和高速区间的时间占比，基于车辆运行时长以及低中高等速度区间占比要求，选取符合要求的工况；
基于选取的符合要求的工况，选取对应的OBD远程监测数据进行数据清洗；
车辆的机动车比功率VSP计算；
基于车辆尾气NOx质量排放速率计算式以及瞬态工况bin的划分方式，获得瞬态工况bin区间内的车辆尾气NOx排放质量速率，基于车辆尾气NOx排放质量速率，计算VSP-bin各区间的NOx平均排放质量速率；
基于VSP-bin各区间的NOx平均排放质量速率计算求取各瞬态工况下的NOx平均排放速率，获取低中高速区间的VSP-bin NOx峰值排放质量速率P(0,40]，P(40,80]和P(80,+∞)，根据不同速度区间各峰值排放质量速率的大小，判定车辆SCR工作状态。
其中，所述OBD远程监测数据包括车速、SCR下游NOx瞬时浓度、进气量和发动机燃料流量，数据频率为1HZ。
其中，车辆SCR系统运行状态诊断工况选取应在诊断点时刻至诊断点前2h内的车辆行驶周期内进行，车速大于0的工况时长至少1h。
其中，所述低速为0-40km/h，所述中速为40-80km/h，所述高速大于80km/h。
其中，当车辆车速不超过80km/h时，低速和中速工况占比均为50％±5％；当车速超过80km/h时，低速、中速和高速工况占比均在30％以上。
其中，进行数据清洗时，剔除SCR下游NOx瞬时浓度大于3012.75和小于-200ppm的数据，将小于0的SCR下游NOx瞬时浓度进行赋0处理；且剔除发动机冷却液温度不大于70℃的数据。
其中，重型柴油车，VSP的计算公式如下：
式中：M--车辆总重量；v--车速；a--车辆加速度；g--重力加速度,；θ--道路坡度，无量纲；A--轮胎滚动阻力系数；B--机械旋转摩擦阻力系数2；C--空气阻力系数；采样时刻i的车辆加速度ai的计算公式如下：
ai＝(vi+1-vi)/3.6。
其中，车辆尾气NOx排放质量速率的计算式如下：
ERNOx＝0.001587×CNOx×(Qintake+0.83×Qfuel)/3600
式中，ERNOx--车辆尾气NOx排放质量速率；CNOx--SCR下游NOx瞬时浓度；Qintake--进气量,Qfuel--发动机燃料流量；
VSP-bin各区间的NOx平均排放质量速率计算式如下：
式中，j--瞬态工况bin序号；k--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx排放质量速率序号；n--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx排放质量速率个数；ERNOx,j,k--瞬态工况bin序号为j区间内的第k个车辆尾气NOx排放质量速率,--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx平均排放质量速率。
其中，当最大车速大于80km/h时，P(0,40]<P(40,80]<P(80,+∞)或最大车速大于80km/h时，P(0,40]<P(40,80]，,判定SCR工作状态异常；
当最大车速大于80km/h时，P(0,40]>P(40,80]>P(80,+∞)，或最大车速不大于80km/h时，P(0,40]>P(40,80]，,判定SCR工作状态正常。。
本发明的方法可有效诊断SCR系统运行状态是否正常，避免SCR系统异常下的超高NOx持续排放；同时本发明所述方法的提出可支撑环保等政府管理部门对柴油车后处理系统异常导致的超高排放管控工作，也为企业对产品实际运行性能进行监督提供方法。
附图说明
图1是本发明的基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，可有效识别实际道路行驶中重型柴油车SCR系统的异常工作状态。
本发明为利用OBD远程监控技术对柴油车SCR系统运行状态进行监管提供了方法支撑，有效避免SCR系统异常下的NOx高排。
如图1所示，本发明实施例的基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其实现步骤如下：
1.工况选取
OBD远程监测数据参数包括：车速、SCR下游NOx瞬时浓度、进气量和发动机燃料流量等，数据频率为1HZ。车辆SCR系统运行状态诊断工况选取应在诊断点时刻至诊断点前2h内的车辆行驶周期内进行，车速大于0的工况时长至少1h。
基于选取工况的车速数据，求取工况在低速(0-40km/h)、中速(40-80km/h)和高速(>80km/h)区间的时间占比。
低中高速区间工况占比要求：当车辆车速不超过80km/h时，低速和中速工况占比均为50％左右，允许有±5％的偏差；当车速超过80km/h时，低速、中速和高速工况占比均在30％以上。
基于车辆运行时长以及低中高等速度区间占比要求，判断选取工况是否符合要求。如不符合，则以30min为单位向前滑动，选取2h的样本并进行工况特征判断，直到选取合适的数据为止。
2.数据清洗
基于挑选的符合条件的工况，选取对应的OBD远程监测数据进行数据清洗。根据GB17691—2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》标准中OBD远程监控数据格式定义要求，剔除SCR下游NOx瞬时浓度大于3012.75和小于-200ppm的数据，然后将小于0的SCR下游NOx瞬时浓度进行赋0处理。此外，为避免发动机启动未充分运行时无效NOx数据的干扰，剔除发动机冷却液温度不大于70℃的数据。
3.车辆的机动车比功率VSP计算
VSP可用于表征车辆行驶过程中为了克服加速阻力、坡道阻力、车轮摩擦阻力、空气阻力以及增加车辆动能以及势能等而需要发动机输出的功率，即发动机移动单位车重而输出功率的大小，其单位为kW/t或m2/s3。
通常，VSP用来描述机动车瞬态工况变化对排放水平的影响。
对于重型柴油车，其VSP的计算公式如下：
式中：M--车辆总重量,ton；v--车速,m/s；a--车辆加速度,m/s2；g--重力加速度,9.81m/s2；θ--道路坡度，无量纲；A--轮胎滚动阻力系数，kW s/m；B--机械旋转摩擦阻力系数，kW s2/m2；C--空气阻力系数，kW s3/m3。
车辆加速度a计算公式如下：
ai＝(vi+1-vi)/3.6 (2)
式中：i--采样时刻,s；v--车速,km/h。
根据车辆类型和车重，A，B，C计算公式如表1所示：
表1
4.瞬态及VSP-bin车辆尾气NOx质量排放速率计算
ERNOx＝0.001587×CNOx×(Qintake+0.83×Qfuel)/3600 (3)
式中，ERNOx--车辆尾气NOx排放质量速率,g/s；CNOx--SCR下游NOx瞬时浓度，ppm；Qintake--进气量,kg/h；Qfuel--发动机燃料流量,L/h。
根据瞬态工况bin的划分方式(表2)，对VSP-bin各区间车辆尾气NOx排放质量速率的进行均值计算，参见式4所示。如表2所示，一个车速区间对应有多个VSP区间值，根据VSP大小将低中高等车速区间内的VSP划分为多个瞬态工况bin，每个瞬态工况bin顺序编号，对应一个VSP-bin区间，这样包括多个VSP-bin区间。
序号 速度 VSP 序号 速度 VSP 序号 速度 VSP
1 (0,40] (-∞,0) 7 (40,80] (-∞,0) 13 (80,+∞) (-∞,6)
2 (0,40] [0,3) 8 (40,80] [0,3) 14 (80,+∞) [6,12)
3 (0,40] [3,6) 9 (40,80] [3,6) 15 (80,+∞) [12,+∞)
4 (0,40] [6,9) 10 (40,80] [6,9)
5 (0,40] [9,12) 11 (40,80] [9,12)
6 (0,40] [12,+∞) 12 (40,80] [12,+∞)
表2
VSP-bin各区间车辆尾气NOx平均排放质量速率计算公式如下：
式中，j--瞬态工况bin序号；k--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx排放质量速率序号；n--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx排放质量速率个数；ERNOx,j,k--瞬态工况bin序号为j区间内的第k个车辆尾气NOx排放质量速率,g/s；--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx平均排放质量速率,g/s。
5.重型车SCR工作异常状态判定方法
基于VSP-bin各区间车辆尾气NOx平均排放质量速率计算公式，求取各瞬态工况下的NOx平均排放质量速率，获取低中高速区间的VSP-bin NOx峰值排放质量速率P(0,40]，P(40,80]和P(80,+∞)，根据不同速度区间各峰值排放质量速率的大小，判定车辆SCR工作状态。
其中，车辆SCR系统运行状态具体判定方法如下：
当P(0,40]<P(40,80]<P(80,+∞)(最大车速大于80km/h)或P(0,40]<P(40,80](最大车速不大于80km/h)时,可判定SCR工作状态异常；
当P(0,40]>P(40,80]>P(80,+∞)(最大车速大于80km/h)或P(0,40]>P(40,80](最大车速不大于80km/h)时,可判定SCR工作状态正常。
本发明的适用于重型车SCR系统运行状态是否正常的判定方法，可以判定OBD远程监控重型柴油车SCR系统在实际道路行驶过程中的工作状况。本发明可为政府和企业OBD远程监控平台识别车辆SCR系统故障提供方法借鉴，实现柴油车SCR系统工作状况的动态监管，有效降低SCR系统非正常工作时的高NOx排放。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取车辆的OBD远程监测数据，基于车速数据，求取工况在低速、中速和高速区间的时间占比，基于车辆运行时长以及低中高等速度区间占比要求，选取符合要求的工况；
基于选取的符合要求的工况，选取对应的OBD远程监测数据进行数据清洗；
车辆的机动车比功率VSP计算；
基于车辆尾气NOx质量排放速率计算式以及瞬态工况bin的划分方式，获得瞬态工况bin区间内的车辆尾气NOx排放质量速率，基于车辆尾气NOx排放质量速率，计算VSP-bin各区间的NOx平均排放质量速率；
基于VSP-bin各区间的NOx平均排放质量速率计算求取各瞬态工况下的NOx平均排放速率，获取低中高速区间的VSP-bin NOx峰值排放质量速率P(0,40]，P(40,80]和P(80,+∞)，根据不同速度区间各峰值排放质量速率的大小，判定车辆SCR工作状态。
2.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，所述OBD远程监测数据包括车速、SCR下游NOx瞬时浓度、进气量和发动机燃料流量，数据频率为1HZ。
3.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，车辆SCR系统运行状态诊断工况选取应在诊断点时刻至诊断点前2h内的车辆行驶周期内进行，车速大于0的工况时长至少1h。
4.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，所述低速为0-40km/h，所述中速为40-80km/h，所述高速大于80km/h。
5.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，当车辆车速不超过80km/h时，低速和中速工况占比均为50％±5％；当车速超过80km/h时，低速、中速和高速工况占比均在30％以上。
6.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，进行数据清洗时，剔除SCR下游NOx瞬时浓度大于3012.75和小于-200ppm的数据，将小于0的SCR下游NOx瞬时浓度进行赋0处理；且剔除发动机冷却液温度不大于70℃的数据。
7.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，重型柴油车，VSP的计算公式如下：
式中：M--车辆总重量；v--车速；a--车辆加速度；g--重力加速度,；θ--道路坡度，无量纲；A--轮胎滚动阻力系数；B--机械旋转摩擦阻力系数2；C--空气阻力系数；采样时刻i的车辆加速度ai的计算公式如下：
ai＝(vi+1-vi)/3.6。
8.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，车辆尾气NOx排放质量速率的计算式如下：
ERNOx＝0.001587×CNOx×(Qintake+0.83×Qfuel)/3600
式中，ERNOx--车辆尾气NOx排放质量速率；CNOx--SCR下游NOx瞬时浓度；Qintake--进气量,Qfuel--发动机燃料流量；
VSP-bin各区间的NOx平均排放质量速率计算式如下：
式中，j--瞬态工况bin序号；k--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx排放质量速率序号；n--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx排放质量速率个数；ERNOx,j,k--瞬态工况bin序号为j区间内的第k个车辆尾气NOx排放质量速率,--瞬态工况bin序号为j区间内的车辆尾气NOx平均排放质量速率。
9.根据权利要求1所述基于车辆比功率的柴油车SCR系统运行状态远程在线判定方法，其特征在于，当最大车速大于80km/h时，P(0,40]<P(40,80]<P(80,+∞)或最大车速不大于80km/h时，P(0,40]<P(40,80]，,判定SCR工作状态异常；
当最大车速大于80km/h时，P(0,40]>P(40,80]>P(80,+∞)，或最大车速不大于80km/h时，P(0,40]>P(40,80]，,判定SCR工作状态正常。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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