国六OBD在线排放检测重型柴油车颗粒物烟度传感器技术实现
2020-06-04 10:08:28
刘国琼
我们都知道发动机颗粒物排放的形貌、结构取决于颗粒物的生成条件，对他们特性的研究有助于了解不同条件下颗粒物的生成机理，同时，柴油车发动机颗粒物的形貌、结构特征的微观特征又决定了颗粒物的氧化特性，氧化特性是颗粒物微观结构特征的宏观表现。
颗粒物被氧化的难易程度直接关系到发动机尾气排放净化效果的好坏，对开发合理有效的后处理及颗粒物传感器设备具有重要的指导意义。
发动机颗粒物排放中，基本颗粒物尺寸及纳米结构是在颗粒物成核、生长、氧化和合并过程中决定的，而发动机缸内的燃烧参数，比如燃烧温度、空燃比、燃烧持续期等对颗粒物的行程有着决定性的影响。在循环的瞬态过程中，发动机排气经过DPF后，较大的排气背压变化绝对峰值仍会导致排气中出现颗粒物数量浓度的峰值。DPF后的排气中，ESC循环下平均粒径在50-80纳米之间的PM数量约占全部颗粒物数量的90%，ETC循环下平均径粒在10-70纳米取件的PM数量约占全部数量的80%，所以选择一个好的颗粒物传感器设备对国六OBD在线监测OBD尾气排放中具有重要的社会意义。
速锐得根据CAN总线经验及对传感器、汽车电子的深耕，设计一款YD-100重型柴油车车载烟度计，采用光透射法的激光光纤传感器，对重型柴油车尾气中的颗粒物浓度进行检测。当汽车尾气通过探测探头时，激光会被阻挡，光电或光线探头会将此记录记录下来，通过在线监控终端的4G网络传输到环保排放系统平台。
其原理是通过光纤将光线信号传输至分析模块，分析数据的模块将光线信号转换成电信号，并实时计算出尾气的颗粒物浓度，提供检测范围内的颗粒物浓度、光吸收系数、不透光度等信息。
这款颗粒物传感器符合GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值测量方法、JT/T506交通行业透射式烟度计标准、国家计量检定规程JJT976-2010相关标准，具备国家CNAS认证。
相关技术参数为：
重型柴油车车载烟度计 | |
工作原理 | 激光透射 |
检测内容 | 不透光度、颗粒物浓度、光吸收系数 |
分辨率 | 颗粒物浓度：0.01mg/m3 不透光度：0.1% 光吸收系数：0.01m-1 |
响应时间 | 1s |
供电电压 | 9~36V |
工作电流 | <300mA |
工作温度 | 传感模块：-40℃~580℃ 数据处理模块：-40℃~70℃ |
储存温度和湿度 | -30℃~65℃，0~95%RH |
输出接口 | CAN |
输出协议 | J1939 |
工作时间 | 20000小时 |
通讯协议：
YD-100车载烟度计与OBD采用CAN总线连接，我们将从OBD到YD-100车载烟度计的传输方向定义数据传输下行方向; 将从YD-100车载烟度计到OBD的传输方向, 定位为数据传输上行方向。
YD-100车载烟度计遵从SAE J1939协议,默认传输速率为250kbps。
下行指令：
CAN ID: 0X18F1005D
PGN : 0X00F100
下行指令采用统一的协议格式，指令长度固定为8个字节，，最后一个字节为CRC校验码。
测量与较准指令：
字节位置 | 内容 | 字节数 | 描述 |
0 | 帧头 | 2 | 固定为0xa5 0x5a |
2 | 指令字 | 1 | 标定指令:0x01，设置PM与不透光度的斜率 滤波参数:0x02，数值越大数据越平缓 开始校准:0x03，发动机停转时校准 停止校准:0x04，发动机启动时停止校准 不透光度校准:0x05，校准空气中的不透光度 设置L值:0x06 注：0x01,0x02,0x05,0x06为出厂时设置 |
3 | 参数 | 2 | 分辨率为0.001 |
5 | 填充码 | 2 | 无意义 |
7 | 校验码 | 1 | CRC校验结果 |
开始校准指令如下(HEX):
A5 5A 03 00 00 00 00 50
停止校准指令如下(HEX):
上行指令
CAN ID : 0X18f10155
PGN : 0X00F101
上行指令即传感器通过CAN总线对外发送传感器数据，采用如下统一的协议格式，指令长度固定为8个字节，指令最后一个字节为CRC校验码。
字节位置 | 内容 | 字节数 | 描述 |
0 | 传感器状态 | Bit:0~1 | 10：测量中 11：校准中 |
传感器故障信息 | Bit: 4~5 | 00：无故障 01：信号弱 10：噪声异常 11：标定异常 | |
1 | PM浓度 | 2 | 分辨率：0.001； 单位：mg/m3； 比如1,2字节对应的数据为：0A 0B。 则真实的PM浓度应该为：2826 * 0.001 = 2.826 其中2826是0B 0A转为十进制的值（小端模式） |
3 | k值 | 2 | 分辨率：0.001； 单位：m-1 比如5,6字节对应的数据为：0A 0C。 则真实的光吸收系数k应该为：3082 * 0.001 = 3.082 其中3082是0C 0A转为十进制的值（小端模式） |
5 | 不透光度 | 2 | 分辨率：0.1%； 比如3,4字节对应的数据为：0A 01。校验码=01+0A=0B 则真实的不透光度应该为：266 * 0.001 = 26.6% 其中266是01 0A转为十进制的值（小端模式） |
7 | 校验码 | 1 | 采用CRC8算法，多项式0xD5,初始值0x00,位方向MSB，异或值0x00。 CRC校验码，对0~6字节进行CRC校验。 |
实例：12 0A 0B 0A 0C 0A 01 C9
表示如下：
数据(HEX) | 描述 |
12 | 传感器状态 10：测量中 |
PM传感器故障信息 01：开路 | |
0A | PM浓度应该为：2826 * 0.001 = 2.826 |
0B | |
0A | 真实的k值应该为：3082 * 0.001 = 3.082 |
0C | |
0A | 不透光度应该为：266 * 0.001 = 26.6% |
01 | |
C9 | CRC校验码，C9 |
CRC算法 ：CRC8
多项式(HEX) ：0xD5
初始值(HEX) ：0x00
数据翻转 ：MSB First
异或值(HEX) ：0x00