重型燃油汽車排放污染物治理物聯(lián)網(wǎng)智慧診斷系統(tǒng)原理

隨著智慧社會的加速到來，汽車及多個產(chǎn)業(yè)正從數(shù)字社會向智能社會演進，以云計算、大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等為核心的信息和通信技術成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然選擇。智慧檢測與診斷既是檢測平臺也是診斷平臺，是一個綜合的物聯(lián)網(wǎng)應用具有集檢測、云技術運算、大數(shù)據(jù)分析的智慧檢測診斷平臺。

一、SAE J1939總線數(shù)據(jù)采集部分

汽車90%故障來自汽車電氣系統(tǒng)，ECU控制單元的增多對于信息的共享、交換有了更高的要求，汽車網(wǎng)絡化已經(jīng)成為汽車電子技術發(fā)展的重要趨勢。速銳得針對一臺自主研發(fā)高端重型卡車CAN總線采用SAE J1939進行了深入的研究。

結(jié)合該車型匹配的電控柴油機性能和CAN網(wǎng)絡上節(jié)點的實際要求，發(fā)動機發(fā)送的信息主要是發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、水溫、燃油溫度、里程信息、燃油經(jīng)濟性還有三類信號燈狀態(tài)及排放數(shù)據(jù)信息，對于其他信息由其他信息節(jié)點請求時響應發(fā)送。發(fā)送的報文定義發(fā)動機J1939的數(shù)據(jù)打包原則對報警信息進行更改。目前，速銳得通過SAE J1939將實現(xiàn)動力鎖定、軌跡管理、排放數(shù)據(jù)監(jiān)測三個業(yè)務核心為出發(fā)點打造了核心遠程OBD智能車聯(lián)網(wǎng)終端。如下圖發(fā)動機參數(shù)集群：

表1、發(fā)動機發(fā)送參數(shù)群

制動系統(tǒng)采用的是ABS/ASR，ARS控制采用的是發(fā)動機+制動控制。通過SAE J1939 CAN總線ABS控制器與發(fā)動機進行通訊。ABS/ASR作用時，把發(fā)送扭矩/速度控制消息TSC1實現(xiàn)對發(fā)動機的控制，由于涉及對車輛行駛安全的控制優(yōu)先級定義為2，報文詳細定義如表2所示。

表2、ABS與發(fā)動機通訊報文

ABS作用時通知發(fā)動機轉(zhuǎn)矩為零，ASR作用時要求發(fā)動機減少轉(zhuǎn)矩達到控制車輪的效果。ABS和發(fā)動機之間的通信與信息類型為信息類和命令類。

表3 ABS與發(fā)動機控制時序與數(shù)據(jù)定義

     CAN總線儀表發(fā)揮了電控發(fā)動機的最大功能，通過采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、水溫、機油溫度、里程信息、燃油油量等信息節(jié)省了傳感器的同時簡化了線束。組合儀表控制器作為網(wǎng)關連接車身低速網(wǎng)絡，支持來自車身BCM控制器的各種顯示信息，例如各種燈光信息如轉(zhuǎn)向指示燈等，還有車門、車鎖等等。

二、物聯(lián)網(wǎng)應用部分

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分，也是5G、信息化時代的重要發(fā)展階段。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，我們暫且這么看。這里面包含了兩層意思：一是物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡；二是其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，實現(xiàn)端與端的信息交換和通信，也就是物物相息。

在汽車污染排放治理中，需要使用多次檢測診斷設備和治理設備，對超標車輛進行檢測診斷和維修治理。在這個過程中，生成了多項檢測診斷數(shù)據(jù)和維修治理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以直接應用到整個汽車排放污染物治理體系中，為各個方面的大數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)應用提供最基礎的數(shù)據(jù)支撐。

只有基于物聯(lián)網(wǎng)技術，將汽車排放污染物治理中所使用的各種檢測診斷設備和治理設備，采集的汽車排放數(shù)據(jù)、汽車傳感器和執(zhí)行器的數(shù)據(jù)、波形，通過互聯(lián)網(wǎng)技術，GB32960、GB17691標準數(shù)據(jù)接口協(xié)議，將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡化的信息平臺上進行數(shù)據(jù)傳輸和共享。

三、云計算分析

在通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和治理數(shù)據(jù)共享的基礎上，實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的共享?；谄嚺欧盼廴境瑯嗽\斷技術原理和方法，應用AI智能技術、以云計算分析平臺為依托，基于排氣特征數(shù)據(jù)庫、排放控制數(shù)據(jù)庫、排氣超標診斷原理數(shù)據(jù)庫、排氣超標治理案例數(shù)據(jù)庫等，運用故障分析、大數(shù)據(jù)分析、專家會診等智慧診斷分析推理模型，對排放污染超標進行全面故障診斷，在有遷移學習能力的維修治理案例數(shù)據(jù)庫的支撐下，實現(xiàn)基于故障源的故障指數(shù)診斷。

圖1、云計算平臺架構示意圖

云計算分析平臺從排放檢驗數(shù)據(jù)庫中讀取超標車輛的排放檢驗數(shù)據(jù)，依據(jù)排氣特征數(shù)據(jù)庫、排氣超標診斷原理數(shù)據(jù)庫和排放控制數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，建立診斷分析模型。結(jié)合發(fā)動機工況、特征數(shù)據(jù)庫，特別是國六標準下遠程OBD發(fā)動機排放監(jiān)管系統(tǒng)未報故障碼的情況下，對傳感器和執(zhí)行器的檢測數(shù)據(jù)、波形進行分析和診斷。最后匹配維修治理案例庫，進行大數(shù)據(jù)比對，計算出超標車輛的故障源和故障指數(shù)。

診斷人員根據(jù)智慧診斷得出的故障源和故障指數(shù)，大大簡化了對超標車輛檢測診斷工作，縮小了故障范圍，有針對性的進行故障檢測，快速、精準地確診超標車輛故障，提高診斷效率。

四、專家診斷應用

汽車排放污染物檢測超標維修及治理是一個專業(yè)性很強的領域，既包括了常規(guī)汽車診斷維修的內(nèi)容，也包括了排放污染物控制技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、總線技術、發(fā)動機技術等方面的專業(yè)領域。為了滿足越來越嚴格的國六排放要求，單一的排放控制技術已經(jīng)不能滿足需要。各個汽車廠商會采用不同的控制技術的組合來實現(xiàn)排放污染物排放量的控制。而同一控制技術的應用，因為各家生產(chǎn)商車型的設計不同，裝配方式和數(shù)據(jù)采集方式也不盡相同。

速銳得聯(lián)合在線監(jiān)測診斷平臺，針對不同的車型，不同的品牌，聯(lián)合各地車輛診斷維修大師，對排氣超標車輛進行遠程“專家會診”。解決特殊超標車輛疑難雜癥問題，在診斷過程數(shù)據(jù)中，為國家污染排放治理藍天保衛(wèi)戰(zhàn)提供特殊的“案例積累”，隨著在線監(jiān)控有效推進和運行，疑難診斷案例正在不斷的完善和補充，可以有效的提高智慧診斷的精準度。

五、數(shù)據(jù)檢測和統(tǒng)計

排氣污染超標診斷的過程是一個需要信息化、電子化的過程。車輛排放污染物檢測和維修的全過程的數(shù)據(jù)、照片、表格、專家指導意見等都將在云技術分析平臺內(nèi)記錄和保存。對過程中的異常數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，同時為維修治理的減排效果統(tǒng)計提供第一手的數(shù)據(jù)支持。

六、遷移學習能力

智慧診斷具備遷移學習能力，相同品牌、型號的車輛，在排氣超標故障源上具有很大的共性，隨著系統(tǒng)運行，數(shù)據(jù)采集及在線監(jiān)控，維修治理案例庫的積累，基于案例庫的大數(shù)據(jù)分析能力將會日趨提高，云計算分析得出的故障源定位將更加準確。

七、信息化閉環(huán)

在我國I/M制度實施過程中，M站作為維修治理企業(yè)，是最重要的一環(huán)，與I站建立信息數(shù)據(jù)共享，引導排放污染超標車輛到有資質(zhì)、有實力的M站進行維修治理，對治理合格的車輛，允許到I站復檢至合格，實現(xiàn)數(shù)字化信息的閉環(huán)。

結(jié)語

汽車排氣超標智慧診斷就是為了降低診斷人員負擔，提高診斷的精準度和效率，應用物聯(lián)網(wǎng)+人工智能的現(xiàn)代計算機技術，將多種檢測診斷設備對治理車輛的檢測數(shù)據(jù)共享到云計算平臺，根據(jù)汽車排氣超標診斷模型，對發(fā)動機排放污染物各項成分結(jié)合發(fā)動機各個系統(tǒng)互相控制、互相影響的關系進行分析和診斷，綜合維修治理案例庫的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實現(xiàn)快速、精準的定位排氣超標故障源和故障指數(shù)，引導診斷人員對超標車輛進行監(jiān)測診斷，確診超標故障原因。同時堅持診斷數(shù)據(jù)與M站信息中心自動對接，與環(huán)境生態(tài)部門的信息中心有效聯(lián)動，引導超標車輛到真正有治理能力的M站進行維修治理。