专利名称：一种柴油车道路排放远程实时监测系统和监测方法
技术领域：
本发明涉及一种监测系统和监测方法，特别是关于一种柴油车道路排放远程实时 监测系统和监测方法。
背景技术：
柴油车排放标准一直以来是衡量柴油车排放污染的主要指标，但是用法规规定的 标准测试工况，来测试柴油车排放，只能限制新开发机型或车型的排放；并且标准测试工况 只是台架测试结果，不完全等于柴油车辆在实际道路工况条件下的排放。以柴油机SCR技 术来说，在北美实际道路工况下的某项测试中，氮氧化物的转化率仅为60%左右，远低于法 规测试中高达85%的氮氧化物转化率。因此，为了更全面的控制柴油车排放污染，车载排放 测试越来越受到重视。车载排放测试将便携式排放测试仪，安装在实际道路工况使用的柴油车辆上，从 而测试实际的道路排放。车载排放测试虽然以略低于或接近于台架测试的精度，实现了实 际道路工况条件下的排放测试，但该方法具有如下问题1)车载排放测试设备价格高，不 利于大量推广。2)如果同时针对不同车型、机型的柴油车，完全实时监控不同环境、工况下 的道路排放，使用车载排放测试方法逐一试验，将是一项低效率高代价的工作，因此，其只 适用于单个试验车辆。3)车载排放测试设备中的大部分设备体积和耗能较大，在柴油车上 安装困难，且因其较大的质量和功率，同时也增加了实际道路条件下的柴油车负载，影响了 道路排放测试结果。4)车载排放测试设备需要人工照料，不能实现连续的长时间排放测量。 5)车载排放测试方法只是测量排放结果，忽略了与排放相关的环境参数、柴油车工况、动力 性参数和经济性参数，而在评价柴油车实际道路工况下的排放时，需要结合环境参数、实际 工况、动力性参数和经济性参数进行分析和计算。因此，亟需研究新的测试系统和方法来克 服现有车载排放测试的缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种系统安装简单，可提高排放测量的方便 性、实时性，大量节约人力成本，提高效率的柴油车道路排放远程实时监测系统和监测方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种柴油车道路排放远程实时监测 系统，它包括原有设置在车辆发电机中的柴油发动机电控单元和后处理系统电控单元；其 特征在于它还包括车用排放传感器、车载终端、GPRS通讯网络和监控中心；所述车载终端 包括依次连接的GPS、数据采集单元、排放计算模型、数据存储单元和GPRS ；所述数据采集 单元的输入端还并联连接所述柴油发动机电控单元、后处理系统电控单元和车用排放传感 器，所述数据采集单元的输出端还连接所述数据存储单元的输入端；所述GPRS的输出端连 接所述GPRS通讯网络；所述GPRS通讯网络的输出端连接所述监控中心；所述监控中心设 置有数据库和监控界面。
所述排放计算模型包括基础排放模型和后处理排放模型，所述基础排放模型的输 入端连接所述数据采集单元，所述基础排放模型的输出端连接所述后处理排放模型，所述 后处理排放模型的输出端连接所述数据存储单元。所述车用排放传感器采用氮氧化物传感器。所述车用排放传感器采用颗粒物捕集器压差传感器。一种上述系统的柴油车道路排放远程实时监测方法，其包括以下步骤1)GPS对 车辆运行数据和位置信息进行采集，并将采集到的信息传送给数据采集单元；同时，数据采 集单元对柴油发动机电控单元、后处理系统电控单元和车用排放传感器进行通讯，得到柴 油机状态参数、排放计算模型所需要的数据及后处理系统转化效率；2)数据采集单元将步 骤1)中得到的数据，进行相应的数据处理后，传输给排放计算模型和数据存储单元；3)排 放计算模型根据数据采集单元传输的数据，计算出柴油机的动力性能数据、经济性能数据 和污染物的原始排放，并将原始排放乘以后处理系统转化效率，计算出实际排放数据，并将 所得数据传送给数据存储单元；4)数据存储单元将全部数据存储下来，并将关键数据通过 车载终端的GPRS和GPRS通讯网络发送到监控中心；5)监控中心不断从GPRS通讯网络上获 取车载终端发过来的动力性能数据、经济性能数据及污染物的排放数据，并将相应的数据 进行处理后，存储到数据库中，监控界面根据数据库的数据进行显示，完成远程实时监测。所述步骤3)中，柴油机的原始排放在排放计算模型中的基础排放模型中计算得 到；柴油机的实际排放数据在排放计算模型中的后处理排放模型中，通过将原始排放数据 结合后处理系统转化效率计算得到。所述步骤4)中，所述动力性能数据包括转速、油门、转矩；所述经济性能数据包括 瞬时油耗、累积油耗、百公里油耗。所述步骤5)中，所述关键数据包括污染物排放、车号、二氧化碳、油耗、车速、里程。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明系统所用的车载终端 体积小，功耗低，可在不改变被测车辆结构的情况下安装，使系统成本低，对于试验车队、大 量试验车型的情况，具有很大的经济优势。2、本发明由于对柴油车排放数据以外的动力性 参数、经济性参数、道路工况参数等数据同时进行监测，而不仅仅从排放数据上评价柴油车 排放性能，因此，可实现对数据的完整性监测，有利于系统性地对车辆排放进行分析。3、本 发明由于将车载终端安装在被测车辆上后，通过无线传输系统单元，实时将测量计算得到 的数据发送给监控中心，由监控中心自动实时显示被测车辆的排放数据和相关的其他数 据，而不需要人工照料，因此，大量节约了人力成本，提高了监测效率。4、本发明采用排放计 算模型和车用排放传感器如氮氧化物传感器、颗粒物捕集器压差传感器，相结合的方法对 车辆的排放数据进行测量，而排放计算模型和车用排放传感器的体积都比较小，可以直接 安装在柴油车上，而不需要占用车辆空间或对车辆进行改装。5、本发明的数据采集单元和 数据存储单元，可在很长时间内对柴油车排放数据进行连续自动实时的监测，因此，本发明 系统不仅可用于柴油车全使用寿命周期内的排放监测，也可用于新车型开发周期时的排放 监测，其作为机动车监管部门、环境保护部门，以及柴油机、柴油车开发工作中的排放监测 工具，具有很大的推广应用前景。本发明系统安装简单，成本低，可通过远程方式实现排放 测量，提高了排放测量的方便性、实时性，可广泛用于大批量车辆的监控过程中。
图1是本发明系统示意2是本发明工作原理示意3是本发明工作原理示意4是本发明排放模型示意5是本发明具体实施例示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。柴油机排放污染物有颗粒物、氮氧化物、碳氢、一氧化碳等，其中主要污染物是颗 粒物和氮氧化物。对柴油机排放污染物的测量有两种方法，一种是直接通过测试仪器或车 载传感器来测量，另一种是通过建立排放模型来计算。为了实现远程实时自动监测柴油车 排放，本发明采用排放模型与车用排放传感器相结合的方法进行排放测试，主要完成对柴 油机主要排气污染物颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)在实际道路使用条件下的排放进行远 程实时监测。如图1 3所示，本发明的监测系统包括原有设置在车辆发电机中的柴油发动机 电控单元(EE⑶)1和设置在车辆后处理系统中的后处理系统电控单元(DE⑶)2，以及设置 在车辆后处理系统中的车用排放传感器3，设置在车辆上的车载终端4，GPRS通讯网络5，以 及设置在监测部门的监控中心6。本发明的柴油发动机电控单元1将柴油机状态参数传送给车载终端4。本发明的后处理系统电控单元2将后处理系统的转化效率和其他参数传送给车 载终端4。本发明的车用排放传感器3将采集到的数据传送给车载终端4。本发明的车载终端4包括GPS(全球定位系统单元)41、数据采集单元(TE⑶)42、 排放计算模型43、数据存储单元44和GPRS (无线传输单元)45。GPS41用于对车辆运行数据(如车速和加速度)、位置(如经纬度)等信息进行采集。数据采集单元42用于完成对柴油发动机电控单元1、后处理系统电控单元2和 GPS41的数据采集，并将采集到的数据进行处理，输入到排放计算模型43。排放计算模型43包括基础排放模型46和后处理排放模型47 (如图4所示)，基础 排放模型46根据数据采集单元42输入的数据，实时计算出动态原始排放数据，后处理排放 模型47根据原始排放数据计算出实际排放数据等相关数据。数据存储单元44用于存储排放计算模型43输出的排放数据，以及数据采集单元 42输出的全部数据。GPRS45将数据存储单元44中的关键数据(如排放数据等)发送到监控中心6。本发明的监控中心6设置有数据库(图中未示出)和监控界面(图中未示出)，监 控中心6接收车载终端4通过GPRS通讯网络5传输过来的数据存储在数据库中，并将之显 示在监控界面上，实现柴油机道路排放远程实时监测。
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如图2、图3所示，本发明的监测方法包括以下步骤1)GPS41对车辆运行数据、位置等信息进行采集，并将采集到的信息传送给数据采 集单元42 ；同时，数据采集单元42对柴油发动机电控单元1、后处理系统电控单元2以及车 用排放传感器3进行通讯，得到柴油机状态参数、排放计算模型43所需要的数据及后处理 系统转化效率等。2)数据采集单元42将步骤1)中得到的数据，进行相应的数据处理后，传输给排放 计算模型43和数据存储单元44。3)排放计算模型43根据数据采集单元42传输的数据，计算出柴油机的动力性能 数据(如转速、油门、转矩等)、经济性能数据(如瞬时油耗、累积油耗、百公里油耗等)和污 染物的原始排放，并将原始排放结合后处理系统转化效率，计算出实际排放数据，并传送给 数据存储单元44。4)由于GPRS45传输数据速率有限，数据存储单元44将全部数据(一部分是数据 采集单元直接采集得到，一部分是经过排放计算模型计算得出)存储下来，并将关键数据 (如污染物排放、车号、二氧化碳、油耗、车速、里程等)通过车载终端4的GPRS45和GPRS通 讯网络5发送到监控中心6。5)监控中心6不断从GPRS通讯网络5上获取车载终端发过来的动力性能数据、经 济性能数据、车辆运行数据及车辆排放数据等相关数据，并将相应的数据进行处理后，存储 到数据库中，监控界面根据数据库的数据进行显示，完成远程实时监测。如图4所示，上述步骤3)中，排放计算模型43具体计算步骤如下柴油发动机电控单元1将获得的柴油机状态参数传送给排放计算模型43中的基 础排放模型46，基础排放模型46计算得到柴油发动机的主要污染物氮氧化物和颗粒物的 基础排放，以及动力性参数、经济性参数等。后处理排放模型47将基础排放模型46计算得到的氮氧化物和颗粒物的基础排 放，分别乘以后处理系统转化效率，得出氮氧化物和颗粒物的实际排放量，并将实际排放最 终通过GPRS通讯网络5传送给监控中心6。上述方法中，为了满足更高的排放法规要求，车载终端4中的数据通过排放计算 模型43和车用排放传感器3相结合的方式获得。根据柴油车采用的排放后处理技术的不 同，车用排放传感器3可以采用氮氧化物传感器或颗粒物捕集器压差传感器。例如采用尿 素_选择催化还原技术，该技术的后处理系统一般加装有车用氮氧化物传感器，对催化器 后氮氧化物浓度进行监测；或者采用微粒捕集器技术，该技术的后处理系统一般在微粒捕 集器的前后，加装颗粒物捕集器压差传感器，对微粒捕集器状态进行监测。下面列举一具体实施例如图5所示，针对使用选择催化还原技术的国IV柴油的排放监测，车载终端4通 过对车载CAN网络通讯获得柴油机状态参数和车用氮氧化物传感器测量数据，通过对GPS 41串口通讯获得柴油车车速、位置和道路条件等数据，通过排放计算模型43计算出柴油车 实际排放，通过GPRS通讯网络5将关键数据发送到监控中心6。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所 变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的 保护范围之外。
权利要求
一种柴油车道路排放远程实时监测系统，它包括原有设置在车辆发电机中的柴油发动机电控单元和后处理系统电控单元；其特征在于它还包括车用排放传感器、车载终端、GPRS通讯网络和监控中心；所述车载终端包括依次连接的GPS、数据采集单元、排放计算模型、数据存储单元和GPRS；所述数据采集单元的输入端还并联连接所述柴油发动机电控单元、后处理系统电控单元和车用排放传感器，所述数据采集单元的输出端还连接所述数据存储单元的输入端；所述GPRS的输出端连接所述GPRS通讯网络；所述GPRS通讯网络的输出端连接所述监控中心；所述监控中心设置有数据库和监控界面。
2.如权利要求1所述的一种柴油车道路排放远程实时监测系统，其特征在于所述排 放计算模型包括基础排放模型和后处理排放模型，所述基础排放模型的输入端连接所述数 据采集单元，所述基础排放模型的输出端连接所述后处理排放模型，所述后处理排放模型 的输出端连接所述数据存储单元。
3.如权利要求1或2所述的一种柴油车道路排放远程实时监测系统，其特征在于所 述车用排放传感器采用氮氧化物传感器。
4.如权利要求1或2所述的一种柴油车道路排放远程实时监测系统，其特征在于所 述车用排放传感器采用颗粒物捕集器压差传感器。
5.一种采用如权利要求1 4任一项所述系统的柴油车道路排放远程实时监测方法， 其包括以下步骤DGPS对车辆运行数据和位置信息进行采集，并将采集到的信息传送给数据采集单元； 同时，数据采集单元对柴油发动机电控单元、后处理系统电控单元和车用排放传感器进行 通讯，得到柴油机状态参数、排放计算模型所需要的数据及后处理系统转化效率；2)数据采集单元将步骤1)中得到的数据，进行相应的数据处理后，传输给排放计算模 型和数据存储单元；3)排放计算模型根据数据采集单元传输的数据，计算出柴油机的动力性能数据、经济 性能数据和污染物的原始排放，并将原始排放乘以后处理系统转化效率，计算出实际排放 数据，并将所得数据传送给数据存储单元；4)数据存储单元将全部数据存储下来，并将关键数据通过车载终端的GPRS和GPRS通 讯网络发送到监控中心；5)监控中心不断从GPRS通讯网络上获取车载终端发过来的动力性能数据、经济性能 数据及污染物的排放数据，并将相应的数据进行处理后，存储到数据库中，监控界面根据数 据库的数据进行显示，完成远程实时监测。
6.如权利要求5所述的一种柴油车道路排放远程实时监测方法，其特征在于所述步 骤3)中，柴油机的原始排放在排放计算模型中的基础排放模型中计算得到；柴油机的实际 排放数据在排放计算模型中的后处理排放模型中，通过将原始排放数据结合后处理系统转 化效率计算得到。
7.如权利要求5或6所述的一种柴油车道路排放远程实时监测方法，其特征在于所 述步骤4)中，所述动力性能数据包括转速、油门、转矩；所述经济性能数据包括瞬时油耗、累积油耗、百公里油耗。
8.如权利要求5或6所述的一种柴油车道路排放远程实时监测方法，其特征在于所 述步骤5)中，所述关键数据包括污染物排放、车号、二氧化碳、油耗、车速、里程。
9.如权利要求7所述的一种柴油车道路排放远程实时监测方法，其特征在于所述步 骤5)中，所述关键数据包括污染物排放、车号、二氧化碳、油耗、车速、里程。
全文摘要
本发明涉及一种柴油车道路排放远程实时监测系统和监测方法，它包括原有设置在车辆发电机中的柴油发动机电控单元和后处理系统电控单元；其特征在于它还包括车用排放传感器、车载终端、GPRS通讯网络和监控中心；所述车载终端包括依次连接的GPS、数据采集单元、排放计算模型、数据存储单元和GPRS；所述数据采集单元的输入端还并联连接所述柴油发动机电控单元、后处理系统电控单元和车用排放传感器，所述数据采集单元的输出端还连接所述数据存储单元的输入端；所述GPRS的输出端连接所述GPRS通讯网络；所述GPRS通讯网络的输出端连接所述监控中心。本发明系统安装简单，成本低，方便性和实时性强，可广泛用于大批量车辆排放的远程实时监测过程中。
文档编号H04L29/08GK101963800SQ20101025248
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者张禾, 徐梁飞, 杨福源, 王庞伟, 王贺武, 邓成林, 龚群英 申请人:清华大学;北京清能华通科技发展有限公司