[发明专利]基于OBD检测数据的车辆排放远程监测系统

摘要

本发明为基于OBD检测数据的车辆排放远程监测系统，该系统包括数据处理单元、网络通信单元和远程监控客户端。本发明通过在KWP2000协议基础上，完成数据处理单元与车载ECU的数据流、故障码通信算法，提取影响尾气排放系统的氧传感器信号、加速度、发动机负荷、发动机转速、喷油量和实际空燃比等数据流和故障信息，分析数据流的异常和系统故障内容，并利用无线通信技术将相关信息传输到远程监控客户端，进而识别诊断对应系统部件的工作状态，并将排放异常情况向车载终端发送报警信息，从而实现对车辆行驶参数的远程监控和信息反馈。

主权项

1.一种基于OBD检测数据的车辆排放远程监测系统实时监控方法，该方法利用基于OBD检测数据的车辆排放远程监测系统，该系统包括数据处理单元、网络通信单元、远程监控客户端；其中，数据处理单元，包括OBD转发器、数据处理器；OBD转发器用于实现数据处理器与车载OBD系统的通信；数据处理器用于参数提取，数据流、故障识别分析，发动机排放系统分析，并通过网络通信单元将处理后的信息传输到监控客户端；网络通信单元，采用无线网络通信技术，将数据处理单元与监控客户端建立远程通信，实现车辆行驶数据的传输和控制策略的实施；在数据处理单元与监控客户端之间处理、传输以下5种信号：a.数据流、故障代码原始信号；b.筛选处理后的TCP协议排放相关参数信号；c.排放系统老化、失效、排放异常信息；d.异常警示反馈原始信号；e.处理后的反馈报警信号；其中，a为由数据处理单元提取的数据流、故障代码原始指令帧，b为数据处理单元处理后的三元催化转化器、氧传感器、发动机失火、燃油系统相关信号，c为排放系统故障内容和排放异常信息，d排放超过限值的异常反馈原始信号，e为数据处理单元处理后的反馈报警信号；远程客户端，包括信息管理模块和监控模块；数据管理模块用于用户信息管理、车辆位置查询、车辆跟踪、排放超过限值报警、记录存储和查询；监控模块用于实时显示监控车辆子部件系统相关排放故障信息以及影响尾气排放的数据流，并向车载终端发送管理命令，控制行驶车辆；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，数据处理单元进行发动机ECU参数提取；步骤二，数据处理单元进行尾气排放系统状态分析和故障诊断；步骤三，利用网络通信单元，将数据处理单元处理后的数据发送到远程客户端；步骤四，远程客户端接收到信息后，实时更新参数内容，存储相关信息；步骤一中数据处理单元进行发动机ECU参数提取，包括OBD转发器与发送机ECU初始化通信，发送机ECU数据流信息提取，发送机ECU故障码信息提取；具体方法如下，(1)OBD转发器与发送机ECU初始化通信，具体方法如下：a)OBD转发器与ECU建立通信连接，首先执行系统初始化操作，自动设置通信波特率、校验位、时间参数，检测汽车ECU系统的编码方式；b)OBD转发器发送SID为0x81的请求命令和0x3E的链路命令，ECU返回SID为0xC1的响应进入系统，并返回链路命令，通信成功，等待检测数据处理单元发送读取数据流或故障码信号模式；c)待OBD转发器接收到读取数据信号模式后，自动发送各模式的请求信号以及模式内的PID请求信号至ECU，并将ECU信号返回至数据处理单元；(2)发送机ECU数据流信息提取，具体方法如下：a)首先数据处理单元发送读取数据流请求命令；b)检测数据流请求指令是否是所请求的数据流模式21；数据位的第1个字节SID是否为0x21，当所检测出的模式为所请求的模式时，该数据指令有效，执行下一步；否则，该数据指令无效，返回步骤a重新发送读取命令；c)检测数据流PID值是否有效；PID值反映的是该数据流对应的参数内容是什么，不同的PID值，代表的参数内容不同；数据位的第2、3个字节表示PID值，若PID值有效，则执行下一步，否则，返回步骤a重新发送读取命令；d)ECU采集总线上传感器数据，打包设置参数内容并返回；ECU返回时，数据位的第1个字节应为0x61，第2、3个字节应为PID参数，第4个字节开始为PID对应的参数内容，根据传感器返回数据类型、参数大小设置所占的字节长度；(3)发送机ECU故障码信息提取，具体方法如下：a)首先数据处理单元发送读取故障码请求命令；b)检测数据流请求指令是否是所请求的故障码模式18；数数据位的第1个字节SID是否为0x18，当所检测出的模式为所请求的模式时，该请求指令有效，执行下一步；否则，返回步骤a重新发送读取命令；c)检测故障码状态是否有效；检测是否处于读取故障码状态，即数据位的第2个字节是否为0x00，若是，系统存在故障，执行下一步；否则，系统无故障码，返回步骤a重新发送读取命令；d)检测故障码读取方式，即第3、4字节高低状态；第3字节为0xFF，第4字节为0x00，即故障返回按前高后低的顺序结合；e)ECU采集总线上故障信息，打包设置参数内容并返回；ECU返回时，数据位的第1个字节应为0x58，第2个字节表示故障码个数，若系统无故障，该字节为0；若系统存在故障，则从第3个字节开始每3个字节表示一个故障码，直到完成所有故障；步骤二，数据处理单元进行尾气排放系统状态分析和故障诊断；分析处理影响排放相关的数据流和故障码信息，识别诊断排放系统故障，具体方法如下：(1)数据参数类型不同，数据流参数值的计算方法分为状态参数和数值参数，计算描述如下：若为表示电子控制系统元件的工作状态的状态参数，则PID对应参数内容只由一个字节X1决定，表述方法如下：if(x1＝＝S1)y＝'状态1'else if(x1＝＝S2)y＝'状态2'else if(x1＝＝S3)y＝'状态3'……else'状态n'若为在一定范围内变化的电压、压力、温度、时间、速度的数值参数；则PID对应参数由两个字节即X1X2或四个字节即X1X2X3X4决定，表述方法如下：y＝(x1*0x100+x2)*k+b或者y＝(x1*0x1000000+x2*0x10000+x3*0x100+x4)*k+b(2)步骤二提取X1X2X3表示一个故障码，返回PCBU显示代码计算方法如下：X1X2表示故障代码，其中bit13‑bit0表示故障代码；bit15bit14表示PCBU编码：00：P，反映动力总成系统相关故障01：C，反映底盘故障10：B，反映车身故障11：U，反映网络系统故障X3反应故障码状态，其中bit6bit5反应故障码状态：01：历史故障11：当前故障故障码显示表述方法：if(x1<0x40)y＝P～HEX(x1*0x100+x2)else if(x1<0x80)y＝C～HEX((x1‑0x40)*0x100+x2)else if(x1<0xc0)y＝B～HEX((x1‑0x80)*0x100+x2)else y＝U～HEX((x1‑0xc0)*0x100+x2)(3)车辆尾气排放系统状态分析和故障诊断；分析三元催化转化器、氧传感器、发动机失火、燃油系统排放系统数据流、故障码信息，识别诊断对应系统故障、老化和失效情况；根据数据处理单元得到下面转换公式和故障码信息：a)三元催化转化器监测：三元催化转化器的劣化和失效是根据前、后氧传感器信号变化来反映；三元催化转化器的失效和老化情况监测如下信息：前/后氧传感器电压值：y＝(x1*0x100+x2)*0.2，单位为mV；前/后催化器温度：y＝(x1*0x100+x2)*0.1‑273.14，单位为℃；催化器正常工作时，催化器温度处于正常范围内，前氧传感器电压信号处于0.1‑0.9V之间，经催化转化器后氧传感器检测到的电压信号幅值衰减十分明显；当催化转化器出现异常或发生故障，后氧传感器信号相对于前氧传感器幅值衰减不明显，并会报出相关故障代码：P0420‑P0424或P0430‑P0434；查询故障原因：接触媒系统净化效能过低，低于净化范围，接触媒转换器工作温度过低；b)氧传感器监测：氧传感器的工作情况根据氧传感器的电压信号变化来反映；氧传感器的失效和老化情况监测如下信息：前/后氧传感器电压值：y＝(x1*0x100+x2)*0.2，单位为mV；正常情况下氧传感器的电压信号在0.1‑0.9V之间不断变化，如果电压在0.1‑0.5V之间变化，说明混合气过稀，如果在0.5‑0.9V之间变化，说明混合气过浓，如果在0.4‑0.5V之间不动，说明氧传感器损坏，并会报出相关故障代码：P0130‑P0166；查询故障原因：氧传感器信号低或高，反应太慢，加热线路故障，电压过高；c)发动机失火监测：发动机失火是根据发动机负荷和发动机转速的变化来反映；发动机失火情况监测如下信息检测失火率：加速度：y＝(x1*0x100+x2)*0.01，单位为m/s2；速度：y＝(x1*0x100+x2)*0.02，单位为km/h；发动机负荷：y＝(x1*0x100+x2)*0.0122；发动机转速：y＝(x1*0x100+x2)*0.5，单位为rmp；发动机单缸失火时发动机转速波动比较大，下降40rmp；考虑到道路颠簸、车速较高、以及急加速和急减速工况下，也可能引起发动机转速发生较大波动，在失火检测时，首先要对加速度、车速情况进行判断，只有在加速度较小，车速一般，且发动机负荷变化不大，此时若检测到发动机转速有大的下降波动，则判定为一次失火；如果持续多次监测到这个下降变化量，即失火率超过一定的限值，ECU判定为发动机失火，并会报出相关故障代码：P0301‑P0312；查询故障原因：第1‑12缸曾经失火；d)燃油系统监测：燃油系统的工作情况通过检测空气进气流量和喷油量的比值即空燃比来反映；燃油系统情况监测如下信息检测空燃比：空气进气流量：y＝(x1*0x100+x2)*0.01，单位为g/s；实际喷油量：y＝(x1*0x100+x2)*0.02，单位为g/s；理论上混合气体的完全燃烧的空燃比为14.7时，尾气排放最低；空气进气量/实际喷油量来计算实际空燃比，通过控制进入发动机的混合气使之始终保持在理论空燃比附近波动，若偏差太大，造成数据流异常，并会报出相关故障代码：P0167‑P0194；查询故障原因：混合比太稀或太浓，燃油修正不良，燃油温度传感器故障、压力传感器故障；步骤三中利用网络通信单元，将数据处理单元处理后的数据发送到远程客户端；实现对发动机三元催化转化器、氧传感器、发动机失火、燃油系统相关参数的监测和反馈传输，对网络通信中a～e信号进行信息传输与信息处理的过程具体方法如下：(1)数据处理单元首先提取发动机参数信息a，经处理后得到参数信号b打包并加入帧头，发送到监控客户端，同时暂停ECU参数提取、发动机排放状态分析，处于等待状态；(2)客户端接收到信号b之后，客户端将信号b转换为人机交互界面行车信息c，并判断发动机排放是否异常，若发现异常，转下一步；否则，则转步骤(5)；(3)客户端设置信息c的反馈信号d，打包并加入帧头，发送到对应的数据处理单元；(4)数据处理单元接收到d信号后，解包并通过OBD转发器打包为信号e发送到ECU，控制点亮故障指示灯，给车主发出警告，并通知车主尽快采取措施解决问题；(5)数据处理单元复为初始状态；步骤四中远程客户端接收到信息后，实时更新参数内容，存储相关信息；远程客户端包括信息管理模块和监控模块；信息管理模块用于用户信息管理、车辆位置查询、车辆跟踪、排放超过限值报警、记录存储和查询；监控模块用于实时监控三元催化转化器、氧传感器、发动机失火、燃油系统相关数据流和故障信息，并将排放异常情况向车载终端发送报警信息。