重型燃油汽车排放污染物治理物联网智慧诊断系统原理

随着智慧社会的加速到来，汽车及多个产业正从数字社会向智能社会演进，以云计算、大数据、5G、物联网、车联网等为核心的信息和通信技术成为数字化转型的必然选择。智慧检测与诊断既是检测平台也是诊断平台，是一个综合的物联网应用具有集检测、云技术运算、大数据分析的智慧检测诊断平台。

一、SAE J1939总线数据采集部分

汽车90%故障来自汽车电气系统，ECU控制单元的增多对于信息的共享、交换有了更高的要求，汽车网络化已经成为汽车电子技术发展的重要趋势。速锐得针对一台自主研发高端重型卡车CAN总线采用SAE J1939进行了深入的研究。

结合该车型匹配的电控柴油机性能和CAN网络上节点的实际要求，发动机发送的信息主要是发动机转速、车速、水温、燃油温度、里程信息、燃油经济性还有三类信号灯状态及排放数据信息，对于其他信息由其他信息节点请求时响应发送。发送的报文定义发动机J1939的数据打包原则对报警信息进行更改。目前，速锐得通过SAE J1939将实现动力锁定、轨迹管理、排放数据监测三个业务核心为出发点打造了核心远程OBD智能车联网终端。如下图发动机参数集群：

表1、发动机发送参数群

制动系统采用的是ABS/ASR，ARS控制采用的是发动机+制动控制。通过SAE J1939 CAN总线ABS控制器与发动机进行通讯。ABS/ASR作用时，把发送扭矩/速度控制消息TSC1实现对发动机的控制，由于涉及对车辆行驶安全的控制优先级定义为2，报文详细定义如表2所示。

表2、ABS与发动机通讯报文

ABS作用时通知发动机转矩为零，ASR作用时要求发动机减少转矩达到控制车轮的效果。ABS和发动机之间的通信与信息类型为信息类和命令类。

表3 ABS与发动机控制时序与数据定义

CAN总线仪表发挥了电控发动机的最大功能，通过采集发动机转速、车速、水温、机油温度、里程信息、燃油油量等信息节省了传感器的同时简化了线束。组合仪表控制器作为网关连接车身低速网络，支持来自车身BCM控制器的各种显示信息，例如各种灯光信息如转向指示灯等，还有车门、车锁等等。

二、物联网应用部分

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是5G、信息化时代的重要发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网，我们暂且这么看。这里面包含了两层意思：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网的基础上延伸和扩展的网络；二是其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，实现端与端的信息交换和通信，也就是物物相息。

在汽车污染排放治理中，需要使用多次检测诊断设备和治理设备，对超标车辆进行检测诊断和维修治理。在这个过程中，生成了多项检测诊断数据和维修治理数据。这些数据可以直接应用到整个汽车排放污染物治理体系中，为各个方面的大数据挖掘和大数据应用提供最基础的数据支撑。

只有基于物联网技术，将汽车排放污染物治理中所使用的各种检测诊断设备和治理设备，采集的汽车排放数据、汽车传感器和执行器的数据、波形，通过互联网技术，GB32960、GB17691标准数据接口协议，将数据在网络化的信息平台上进行数据传输和共享。

三、云计算分析

在通过物联网实现检测数据和治理数据共享的基础上，实现了大数据的共享。基于汽车排放污染超标诊断技术原理和方法，应用AI智能技术、以云计算分析平台为依托，基于排气特征数据库、排放控制数据库、排气超标诊断原理数据库、排气超标治理案例数据库等，运用故障分析、大数据分析、专家会诊等智慧诊断分析推理模型，对排放污染超标进行全面故障诊断，在有迁移学习能力的维修治理案例数据库的支撑下，实现基于故障源的故障指数诊断。

图1、云计算平台架构示意图

云计算分析平台从排放检验数据库中读取超标车辆的排放检验数据，依据排气特征数据库、排气超标诊断原理数据库和排放控制数据库的数据，建立诊断分析模型。结合发动机工况、特征数据库，特别是国六标准下远程OBD发动机排放监管系统未报故障码的情况下，对传感器和执行器的检测数据、波形进行分析和诊断。最后匹配维修治理案例库，进行大数据比对，计算出超标车辆的故障源和故障指数。

诊断人员根据智慧诊断得出的故障源和故障指数，大大简化了对超标车辆检测诊断工作，缩小了故障范围，有针对性的进行故障检测，快速、精准地确诊超标车辆故障，提高诊断效率。

四、专家诊断应用

汽车排放污染物检测超标维修及治理是一个专业性很强的领域，既包括了常规汽车诊断维修的内容，也包括了排放污染物控制技术、物联网技术、总线技术、发动机技术等方面的专业领域。为了满足越来越严格的国六排放要求，单一的排放控制技术已经不能满足需要。各个汽车厂商会采用不同的控制技术的组合来实现排放污染物排放量的控制。而同一控制技术的应用，因为各家生产商车型的设计不同，装配方式和数据采集方式也不尽相同。

速锐得联合在线监测诊断平台，针对不同的车型，不同的品牌，联合各地车辆诊断维修大师，对排气超标车辆进行远程“专家会诊”。解决特殊超标车辆疑难杂症问题，在诊断过程数据中，为国家污染排放治理蓝天保卫战提供特殊的“案例积累”，随着在线监控有效推进和运行，疑难诊断案例正在不断的完善和补充，可以有效的提高智慧诊断的精准度。

五、数据检测和统计

排气污染超标诊断的过程是一个需要信息化、电子化的过程。车辆排放污染物检测和维修的全过程的数据、照片、表格、专家指导意见等都将在云技术分析平台内记录和保存。对过程中的异常数据进行监测，同时为维修治理的减排效果统计提供第一手的数据支持。

六、迁移学习能力

智慧诊断具备迁移学习能力，相同品牌、型号的车辆，在排气超标故障源上具有很大的共性，随着系统运行，数据采集及在线监控，维修治理案例库的积累，基于案例库的大数据分析能力将会日趋提高，云计算分析得出的故障源定位将更加准确。

七、信息化闭环

在我国I/M制度实施过程中，M站作为维修治理企业，是最重要的一环，与I站建立信息数据共享，引导排放污染超标车辆到有资质、有实力的M站进行维修治理，对治理合格的车辆，允许到I站复检至合格，实现数字化信息的闭环。

结语

汽车排气超标智慧诊断就是为了降低诊断人员负担，提高诊断的精准度和效率，应用物联网+人工智能的现代计算机技术，将多种检测诊断设备对治理车辆的检测数据共享到云计算平台，根据汽车排气超标诊断模型，对发动机排放污染物各项成分结合发动机各个系统互相控制、互相影响的关系进行分析和诊断，综合维修治理案例库的大数据分析结果，实现快速、精准的定位排气超标故障源和故障指数，引导诊断人员对超标车辆进行监测诊断，确诊超标故障原因。同时坚持诊断数据与M站信息中心自动对接，与环境生态部门的信息中心有效联动，引导超标车辆到真正有治理能力的M站进行维修治理。