國六OBD在線排放檢測重型柴油車顆粒物煙度傳感器技術實現
2020-06-04 10:08:28
劉國瓊
我們都知道發動機顆粒物排放的形貌、結構取決于顆粒物的生成條件，對他們特性的研究有助于了解不同條件下顆粒物的生成機理，同時，柴油車發動機顆粒物的形貌、結構特征的微觀特征又決定了顆粒物的氧化特性，氧化特性是顆粒物微觀結構特征的宏觀表現。
顆粒物被氧化的難易程度直接關系到發動機尾氣排放凈化效果的好壞，對開發合理有效的后處理及顆粒物傳感器設備具有重要的指導意義。
發動機顆粒物排放中，基本顆粒物尺寸及納米結構是在顆粒物成核、生長、氧化和合并過程中決定的，而發動機缸內的燃燒參數，比如燃燒溫度、空燃比、燃燒持續期等對顆粒物的行程有著決定性的影響。在循環的瞬態過程中，發動機排氣經過DPF后，較大的排氣背壓變化絕對峰值仍會導致排氣中出現顆粒物數量濃度的峰值。DPF后的排氣中，ESC循環下平均粒徑在50-80納米之間的PM數量約占全部顆粒物數量的90%，ETC循環下平均徑粒在10-70納米取件的PM數量約占全部數量的80%，所以選擇一個好的顆粒物傳感器設備對國六OBD在線監測OBD尾氣排放中具有重要的社會意義。
速銳得根據CAN總線經驗及對傳感器、汽車電子的深耕，設計一款YD-100重型柴油車車載煙度計，采用光透射法的激光光纖傳感器，對重型柴油車尾氣中的顆粒物濃度進行檢測。當汽車尾氣通過探測探頭時，激光會被阻擋，光電或光線探頭會將此記錄記錄下來，通過在線監控終端的4G網絡傳輸到環保排放系統平臺。
其原理是通過光纖將光線信號傳輸至分析模塊，分析數據的模塊將光線信號轉換成電信號，并實時計算出尾氣的顆粒物濃度，提供檢測范圍內的顆粒物濃度、光吸收系數、不透光度等信息。
這款顆粒物傳感器符合GB17691-2018重型柴油車污染物排放限值測量方法、JT/T506交通行業透射式煙度計標準、國家計量檢定規程JJT976-2010相關標準，具備國家CNAS認證。
相關技術參數為：
重型柴油車車載煙度計 | |
工作原理 | 激光透射 |
檢測內容 | 不透光度、顆粒物濃度、光吸收系數 |
分辨率 | 顆粒物濃度：0.01mg/m3 不透光度：0.1% 光吸收系數：0.01m-1 |
響應時間 | 1s |
供電電壓 | 9~36V |
工作電流 | <300mA |
工作溫度 | 傳感模塊：-40℃~580℃ 數據處理模塊：-40℃~70℃ |
儲存溫度和濕度 | -30℃~65℃，0~95%RH |
輸出接口 | CAN |
輸出協議 | J1939 |
工作時間 | 20000小時 |
通訊協議：
YD-100車載煙度計與OBD采用CAN總線連接，我們將從OBD到YD-100車載煙度計的傳輸方向定義數據傳輸下行方向; 將從YD-100車載煙度計到OBD的傳輸方向, 定位為數據傳輸上行方向。
YD-100車載煙度計遵從SAE J1939協議,默認傳輸速率為250kbps。
下行指令：
CAN ID: 0X18F1005D
PGN : 0X00F100
下行指令采用統一的協議格式，指令長度固定為8個字節，，最后一個字節為CRC校驗碼。
測量與較準指令：
字節位置 | 內容 | 字節數 | 描述 |
0 | 幀頭 | 2 | 固定為0xa5 0x5a |
2 | 指令字 | 1 | 標定指令:0x01，設置PM與不透光度的斜率 濾波參數:0x02，數值越大數據越平緩 開始校準:0x03，發動機停轉時校準 停止校準:0x04，發動機啟動時停止校準 不透光度校準:0x05，校準空氣中的不透光度 設置L值:0x06 注：0x01,0x02,0x05,0x06為出廠時設置 |
3 | 參數 | 2 | 分辨率為0.001 |
5 | 填充碼 | 2 | 無意義 |
7 | 校驗碼 | 1 | CRC校驗結果 |
開始校準指令如下(HEX):
A5 5A 03 00 00 00 00 50
停止校準指令如下(HEX):
上行指令
CAN ID : 0X18f10155
PGN : 0X00F101
上行指令即傳感器通過CAN總線對外發送傳感器數據，采用如下統一的協議格式，指令長度固定為8個字節，指令最后一個字節為CRC校驗碼。
字節位置 | 內容 | 字節數 | 描述 |
0 | 傳感器狀態 | Bit:0~1 | 10：測量中 11：校準中 |
傳感器故障信息 | Bit: 4~5 | 00：無故障 01：信號弱 10：噪聲異常 11：標定異常 | |
1 | PM濃度 | 2 | 分辨率：0.001； 單位：mg/m3； 比如1,2字節對應的數據為：0A 0B。 則真實的PM濃度應該為：2826 * 0.001 = 2.826 其中2826是0B 0A轉為十進制的值（小端模式） |
3 | k值 | 2 | 分辨率：0.001； 單位：m-1 比如5,6字節對應的數據為：0A 0C。 則真實的光吸收系數k應該為：3082 * 0.001 = 3.082 其中3082是0C 0A轉為十進制的值（小端模式） |
5 | 不透光度 | 2 | 分辨率：0.1%； 比如3,4字節對應的數據為：0A 01。校驗碼=01+0A=0B 則真實的不透光度應該為：266 * 0.001 = 26.6% 其中266是01 0A轉為十進制的值（小端模式） |
7 | 校驗碼 | 1 | 采用CRC8算法，多項式0xD5,初始值0x00,位方向MSB，異或值0x00。 CRC校驗碼，對0~6字節進行CRC校驗。 |
實例：12 0A 0B 0A 0C 0A 01 C9
表示如下：
數據(HEX) | 描述 |
12 | 傳感器狀態 10：測量中 |
PM傳感器故障信息 01：開路 | |
0A | PM濃度應該為：2826 * 0.001 = 2.826 |
0B | |
0A | 真實的k值應該為：3082 * 0.001 = 3.082 |
0C | |
0A | 不透光度應該為：266 * 0.001 = 26.6% |
01 | |
C9 | CRC校驗碼，C9 |
CRC算法 ：CRC8
多項式(HEX) ：0xD5
初始值(HEX) ：0x00
數據翻轉 ：MSB First
異或值(HEX) ：0x00
