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CN115586306B - 一种氮氧传感器的自动标定方法 - Google Patents

一种氮氧传感器的自动标定方法 Download PDF

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CN115586306B CN202211245853.2A CN202211245853A CN115586306B CN 115586306 B CN115586306 B CN 115586306B CN 202211245853 A CN202211245853 A CN 202211245853A CN 115586306 B CN115586306 B CN 115586306B
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Abstract

本发明公开了一种氮氧传感器的自动标定方法，包括步骤：(1)标准件的DBC文件导入；(2)获取标准件的报文；(3)根据DBC文件解析报文并提取报文特征；(4)特征参数适配；(5)对标准件和待标定件NOx浓度测试；(6)计算标定系数；(7)设置标定系数。与现有技术中不同型号传感器的报文内容不同需要单独开发的弊端，以及人工解析CAN报文效率低，准确度不高的缺点相比，本发明氮氧传感器的自动标定方法通过DBC文件自动解析CAN报文内容，提取各型号传感器的报文特征，下位机根据特征适配特征参数来完成对各种型号的氮氧传感器的适配，提高了氮氧传感器的开发速度和准确度，简化了开发流程，缩短了开发时间。

Description

一种氮氧传感器的自动标定方法
技术领域
本发明涉及传感器，尤其涉及一种氮氧传感器的自动标定方法。
背景技术
为了检测并降低汽车发动机产生的废气氮氧污染物的排放，汽车在尾气排放管路上安装有前氮氧传感器和后氮氧传感器，用于检测和控制氮氧污染物的排放量。随着汽车保有量的持续上升，氮氧传感器的性能和开发效率对于发动机尾气排放检测至关重要。
而在氮氧传感器的开发过程中，由于不同型号氮氧传感器的CAN报文的ID和报文内容均有所不同，报文ID和报文内容不正确会导致氮氧传感器无法正常工作，所以不同型号传感器需要单独开发。但人工解析CAN报文效率低下，且准确度不高。
发明专利CN202110563644提供一种新型氮氧传感器标定测试系统，涉及传感器标定技术领域。该系统包括上位机控制模块、混合气源模块和测试台架模块；上位机控制模块包括上位机、USB连接盒及工控卡；混合气源模块包括多个气体源、多个数字气体流量计以及气体混合腔；测试台架模块包括加热炉和设置在加热炉上的排气管道，测试台架上能够同时容置多个氮氧传感器；
上位机通过控制流量计以控制流入排气管道中的混合气体中的NOx和O2的浓度。在氮氧传感器标定测试中，采用上位机控制模块有效地控制了混合气体比例以及完成氮氧传感器内部标定参数的设定，能够对多个氮氧传感器同时进行标定测试，从而大大提升了厂家产品生产一致性，保证了产品质量，提升了生产测试效率。但该专利提供的测试系统只能对已开发同一型号的多个待标定件进行同时标定，来提高一款型号产品的标定速度，但不同型号的产品开发效率低的问题，以及对不同型号传感器开发都需要人工解析CAN报文且不同型号传感器需要单独开发的缺点。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种氮氧传感器的自动标定方法，通过DBC文件自动解析CAN报文，只根据CAN报文特征自动适配特征参数即满足不同型号传感器的要求，解决了对不同型号传感器开发都需要人工解析CAN报文且不同型号传感器需要单独开发的缺点，简化了开发流程，提高了氮氧传感器的开发速度和准确度。
技术方案：本发明氮氧传感器的自动标定方法包括以下步骤：
(1)将创建的对氮氧传感器的标准件的报文解析的DBC文件导入上位机；
(2)获取氮氧传感器的标准件的报文，过程为：
(2.1)将标准件的低电平CAN总线与CAN总线分析仪的低电平CANZ总线连接，将标准件的高电平CAN总线与CAN总线分析仪的高电平CAN总线连接；上位机通过PC电脑USB接口与CAN总线分析仪连接；
(2.2)根据氮氧传感器型号向标准件提供12V或24V稳压直流电源；
(2.3)上位机通过CAN总线分析仪向标准件发送启动数据帧和停止数据帧，获取标准件工作时和停止工作时发出的CAN报文；
(3)根据DBC数据库文件解析CAN报文并提取报文特征：
(3.1)通过DBC文件，上位机自动对通过CAN总线分析仪软件获取的CAN报文的信息进行解析，获取的CAN报文包括启动帧与停止帧，主帧，附加帧的帧ID，报文内容，发送周期；
(3.2)上位机对解析后的CAN报文信息，整理提取出CAN报文特征；
(4)特征参数适配
(4.1)上位机将提取出的CAN报文特征下发给下位机；
(4.2)下位机根据上位机提供的CAN报文特征，选择对应的特征参数，完成对不同型号氮氧传感器的适配，得到待标定件；
(5)对氮氧传感器的标准件和待标定件测试：改变标准件和待标定件环境NOx浓度，上位机获取标准件和待标定件在不同NOx浓度环境下工作时测量出的NOx浓度值；
(6)标定系数计算
(6.1)上位机根据获取的待标定件和标准件在不同NOx浓度环境下测出的待标定件NOx浓度数值x与标准件标定件NOx浓度数值y计算标定系数；
(7)上位机将标定系数写入到待标定件的单片机中，完成标定。
步骤(1)中，DBC文件包含波特率、报文ID、报文名字、报文数据域字节数、报文的网络节点，以及对报文的解释。
步骤(1)中，采用VectorCANdb++创建DBC文件。
步骤(2)中，将标准件的低电平CAN总线与CAN总线分析仪的低电平CANZ总线连接，将标准件的高电平CAN总线与CAN总线分析仪的高电平CAN总线连接；上位机通过PC电脑与CAN总线分析仪连接；根据氮氧传感器型号向标准件提供12V或24V稳压直流电源。
步骤(3)中，CAN报文包括启动帧与停止帧，主帧，附加帧的帧ID，报文内容和发送周期。
步骤(3)中提取出的报文特征包括周期和加热状态。
步骤(5)中对氮氧传感器的标准件和待标定件测试的过程为：
(5.1)将同一型号的标准件和待标定件放在相同的NOx浓度环境下；
(5.2)通过上位机发送启动帧和停止帧命令使标准件和待标定件工作，并等待传感器测量氮氧浓度值达到有效状态；
(5.3)改变标准件和待标定件环境NOx浓度，上位机获取标准件和待标定件在不同NOx浓度环境下工作时测量出的NOx浓度值。
步骤(6)中，通过一次多项式Y＝ax+b拟合，根据公式
计算出标定系数a,b，通过标定降低NOx浓度测量误差；其中，x是待标定件的NOx浓度值，y是标准件的NOx浓度值,a是对待标定件NOx浓度值x的增益，b是对待标定件NOx浓度值x的偏移，Y是对待标定件NOx浓度值x修正后得到的NOx浓度值；
(7)标定系数设置：计算出标定系数后，上位机将标定系数写入到待标定件的单片机EEPROM(带电可擦可编程只读存储器)中，完成标定。
工作原理：本发明在对氮氧传感器进行自动标定时，上位机通过DBC数据库文件自动解析CAN报文内容，提取不同型号氮氧传感器CAN报文的特征后，自动向下位机下发，下位机适配对应CAN报文特征的特征参数，即适配于各种型号氮氧传感器，最后对待标定件进行测试获取CAN报文，通过多项式拟合，进行标定系数计算和配置，将传感器精度控制在要求范围内。
有益效果：与现有技术中不同型号传感器的报文内容不同需要单独开发的弊端，以及人工解析CAN报文效率低，准确度不高的缺点相比，本发明氮氧传感器的自动标定方法通过DBC文件自动解析CAN报文内容，提取各型号传感器的报文特征，下位机根据特征适配特征参数来完成对各种型号的氮氧传感器的适配，提高了氮氧传感器的开发速度和准确度，简化了开发流程，缩短了开发时间。
附图说明
图1为本发明氮氧传感器的自动标定方法流程图；
图2为本发对氮氧传感器标定时的上位机界面图。
具体实施方式
本发明对氮氧传感器进行自动标定时，通过CAN总线分析仪、上位机和下位机来实现。其中，CAN总线分析仪负责上位机和下位机之间的CAN通讯；上位机指PC端软件，负责控制下位机和监测下位机工作状态及发送的数据；下位机指氮氧传感器的单片机。
本发明中提到的待标定件是指以标准件为参考标准开发出的但未进行标定系数设置的氮氧传感器；CAN指控制器局域网络。
DBC文件是指控制器局域网络的数据库文件，是Database Can的缩写，代表的是CAN的数据库文件,用来描述CAN网络节点间数据通讯，包含了CAN总线协议中协议数据及其所代表的具体含义。标准件的DBC文件是对标准件的报文内容进行解析的DBC文件。
ID指CAN中相应的报文，每个ID对应有自己的报文含义。上位机指PC电脑软件，即向下位机发出启动和停止等命令的PC计算机。下位机指氮氧传感器的单片机。CAN总线分析仪在本方法中用于收集下位机数据并发送给上位机，上位机也通过CAN总线分析仪向下位机发送数据。
本实施例中以某款型号氮氧传感器为例，本发明氮氧传感器的标定方法包括以下步骤：
(1)将创建的对氮氧传感器标准件的报文内容进行解析的DBC数据库文件导入上位机中；
(1.1)使用VectorCANdb++软件创建DBC数据库文件，创建的DBC文件中包含对波特率，报文ID，报文名字，报文数据域字节数，报文的网络节点，以及对报文的解释；
(1.2)将创建的DBC数据库文件导入上位机中。
(2)获取氮氧传感器的标准件的报文，过程为：
(2.1)将标准件的低电平CAN总线与CAN总线分析仪的低电平CANZ总线连接，将标准件的高电平CAN总线与CAN总线分析仪的高电平CAN总线连接；上位机通过PC电脑USB接口与CAN总线分析仪连接；
(2.2)根据氮氧传感器型号向标准件提供24V稳压直流电源；
(2.3)上位机通过CAN总线分析仪向标准件发送启动数据帧和停止数据帧，获取标准件工作时和停止工作时发出的CAN报文；本实施例中的过程为，通过CANTest软件向标准件发送启动帧，启动帧ID为0x18FEDF00，数据为FF FF FF FF FF FF FF 01，发送周期为100ms；氮氧传感器接收到启动帧开始工作，传感器工作经过上电-加热-氧气有效-氮氧有效四个阶段，等待传感器到达氮氧有效阶段且NOx浓度值下降直至稳定；
(2.4)通过CANTest软件向标准件发送停止帧，停止帧ID为0x18FEDF00，数据为FFFF FF FF FF FF FF 00，发送周期为100ms；传感器接收到停止帧停止工作；
(2.5)通过CANTest软件保存测试时标准件发出的CAN报文；
(3)根据DBC数据库文件自动解析CAN报文并提取报文特征，过程为：
(3.1)向上位机导入步骤(2)获取的CAN报文，通过DBC文件，上位机自动对CAN报文获取的标准件CAN报文信息进行解析；解析出传感器报文的启动帧与停止帧的帧ID和报文内容，主帧ID和主帧报文内容，附加帧ID和附加帧报文内容信息如下：
解析出该型号氮氧传感器正常工作时发出的主帧ID为0x18F00F52，每50ms发送一次，主帧正常工作稳定后数据为4A 13 C8 FA 55 9F FF FF，8位数据从左到右序号依次为D0-D7位；
其中：D0 D1位为(NOx浓度值(十六进制数转换为十进制数))*0.05-200；D2 D3为氧气浓度值，D4位数值变化“0x01->0x05->0x45->0x55”为传感器工作经过上电-加热-氧气有效-氮氧有效四个状态的指示灯；D5位数值变化“0xDF->0xBF->0x9F”指示加热过程上升-有效-稳定的三个阶段；D6表示NOx浓度，D7表示氧气的故障状态；
发送停止帧后，传感器停止工作时，主帧数据一直为FF FF FF FF FF FF FF FF；
传感器停止工作时发送附加帧，正常工作时停止发送，附加帧发送周期为1秒，正常工作时停止发送，附加帧ID为0xCFD1151，数据C4 0C D1 03 7D 00 00 FF，附加帧D0 D1位显示当前传感器温度值，D2-D7位为固定值；其中，数据前的“0x”表示该数为十六进制数；根据解析出的报文信息，提取出报文的特征如周期，加热状态位信息；
(4)特征参数适配，过程为：
(4.1)上位机将提取出的CAN报文特征下发给下位机；
(4.2)下位机根据上位机提供的CAN报文特征，选择对应的特征参数，完成对不同型号氮氧传感器的适配，得到待标定件；
(5)对氮氧传感器的标准件和待标定件测试，过程为：
(5.1)将标准件和适配好特征参数的待标定件放在0ppm、100ppm、500ppm、1000ppm的NOx浓度下；
(5.2)通过上位机向标准件和待标定件发送启动帧和停止帧命令进行测试；
(5.3)上位机自动获取0ppm,100ppm,500ppm,1000ppm的NOx浓度环境下标准件和待标定件工作时测量的NOx浓度；
(6)计算标定系数
根据上位机获取的待标定件在四个NOx浓度环境下测出的NOx浓度15ppm，115ppm，508ppm，1006ppm，以标准件测量的NOx浓度数值2.7ppm，99.95ppm，500.04ppm，993.45ppm为参考标准，通过得到的4组待标定件NOx浓度值x和标准件的NOx浓度值y，得到四组数据(x,y)：(2.7，15)，(99.95，115)，(500.04，508)，(993.45，1006)，使用一次多项式Y＝ax+b对得到的四组数据进行拟合，根据公式
其中，x是待标定件的NOx浓度值，y是标准件的NOx浓度值,a是对待标定件NOx浓度值x的增益，b是对待标定件NOx浓度值x的偏移，Y是对待标定件NOx浓度值x修正后得到的NOx浓度值；计算出标定系数为a＝0.99717,b＝13.9427；
(7)上位机将标定系数写入到待标定件的单片机中，完成标定。
计算出标定系数a＝0.99717,b＝13.9427后，上位机将系数a＝0.99717,b＝13.9427写入到待标定件的单片机的EEPROM(带电可擦可编程只读存储器)中，单片机在工作时通过读取EEPROM内设定的标定系数对氮氧传感器测量的NOx浓度值进行修正，与标准件测量的NOx浓度值相比，误差范围控制在10ppm以内，标定完成。

Claims (1)

1.一种氮氧传感器的自动标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将采用VectorCANdb++创建的对氮氧传感器的标准件的报文解析的DBC文件导入上位机；所述DBC文件包含波特率、报文ID、报文名字、报文数据域字节数、报文的网络节点，以及对报文的解释；
(2)获取氮氧传感器的标准件的报文：将标准件的低电平CAN总线与CAN总线分析仪的低电平CANZ总线连接，将标准件的高电平CAN总线与CAN总线分析仪的高电平CAN总线连接；上位机通过PC电脑与CAN总线分析仪连接；根据氮氧传感器型号向所述标准件提供12V或24V稳压直流电源；上位机通过CAN总线分析仪向所述标准件发送启动数据帧和停止数据帧，获取标准件工作和停止工作时发出的CAN报文；
(3)根据DBC文件解析CAN报文并提取报文特征；所述CAN报文包括启动帧与停止帧，主帧，附加帧的帧ID，报文内容和发送周期；所述报文特征包括周期和加热状态；
(4)特征参数适配：
(4.1)上位机将提取出的CAN报文特征下发给下位机；
(4.2)下位机根据上位机提供的CAN报文特征，选择对应的特征参数，完成对不同型号氮氧传感器的适配，得到待标定件；
(5)对氮氧传感器的标准件和待标定件测试：改变标准件和待标定件环境NOx浓度，上位机获取标准件和待标定件在不同NOx浓度环境下工作时测出的NOx浓度值；对氮氧传感器的标准件和待标定件测试的过程为：
(5.1)将同一型号的标准件和待标定件放在相同的NOx浓度环境下；
(5.2)通过上位机发送启动帧和停止帧命令使标准件和待标定件工作，并等待传感器测量氮氧浓度值达到有效状态；
(5.3)改变标准件和待标定件环境NOx浓度，上位机获取标准件和待标定件在不同NOx浓度环境下工作时测量出的NOx浓度值；
(6)上位机根据获取的待标定件和标准件在不同NOx浓度环境下测出的待标定件NOx浓度数值x与标准件标定件NOx浓度数值y计算标定系数；过程为：通过一次多项式y＝ax+b拟合，根据下面公式计算出标定系数a,b，通过标定降低NOx浓度测量误差：
其中，x是待标定件的NOx浓度值，y是标准件的NOx浓度值,a是对待标定件NOx浓度值x的增益，b是对待标定件NOx浓度值x的偏移，Y是对待标定件NOx浓度值x修正后得到的NOx浓度值；
(7)上位机将标定系数写入到待标定件的单片机中，完成标定。
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