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Discussion on Digital Metrology Method for Protocol-based On-board OBD Acquisition Terminal
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摘要: 为保障车载OBD采集终端的量值准确可靠，提高重型柴油车尾气排放监测和超标筛查治理的效果，提出了一种数字计量方法。介绍了车载OBD采集终端的定义、应用情况和计量现状，阐述了车载OBD采集终端的校准方法，分别从最大允许误差的确定和不确定度评定两方面论证了车载OBD采集终端的计量特性。通过论证得到三个结论：校准装置发动机实时数据流最大允许误差取协议规定的数据流精度，车载OBD采集终端的最大允差取校准装置允差的二倍；校准装置发动机实时数据流引入的不确定度$U_{\mathrm{rel}} =1 \times 10^{-6} $，$k= \sqrt 3 $，经车载OBD采集终端不确定度评定测算，满足$ U\le \mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{V}/3 $的量传要求；试验结果表明，车载OBD采集终端示值误差不超过最大允许误差，计量性能要求合理，校准方法可操作性强。Abstract: To ensure the accuracy and reliability of on-board OBD (On-Board Diagnostics) acquisition terminals and improve the effectiveness of exhaust emission monitoring and overstandard screening for heavy-duty diesel vehicles, a digital metrology method is proposed. This paper introduces the definition, application, and current metrological status of on-board OBD acquisition terminals. It elaborates on the calibration method for these terminals and demonstrates their metrological characteristics from two aspects: determination of maximum permissible error and uncertainty evaluation. Three conclusions are drawn from the demonstration: the maximum permissible error of real-time engine data flow from the calibration device is set according to the data flow precision specified in the protocol, and the maximum tolerance of the on-board OBD acquisition terminal is set at twice the tolerance of the calibration device; the uncertainty introduced by the real-time engine data flow from the calibration device is $U_{\mathrm{rel}} =1 \times 10^{-6} $, $ k=\sqrt 3 $, and the uncertainty evaluation of the on-board OBD acquisition terminal meets the quantity transfer requirement of $U\le \mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{V}/3 $; test results show that the indication error of the on-board OBD acquisition terminal does not exceed the maximum permissible error, the metrological performance requirements are reasonable, and the calibration method is highly operable.
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图 1 车载OBD采集终端校准过程示意图
Figure 1. Schematic diagram of calibration process for on-board OBD acquisition terminal
表 1 发动机实时数据流计量特性
Table 1. Real-time data flow metrological characteristics of engines
序号 校准项目 分辨力 测量范围 最大允许误差 1 车速 0.1 km/h 0～255km/h ±2 km/h 2 大气压力 0.1 kPa 0～255kPa ±2 kPa 3 发动机实际扭矩百分比 0.1% −125%～130% ±2 % 4 发动机摩擦扭矩百分比 0.1% −125%～130% ±2 % 5 发动机转速 0.01 rpm 0～16383rpm ±0.5 rpm 6 发动机燃料流量 0.001 L/h 0～3212L/h ±0.1 L/h 7 三元催化器上游氧传感器输出值 0.000001 0～1.999 ± 0.000062 8 三元催化器下游氧传感器输出值 0.0001 V0～7.999V ± 0.0026 V9 进气量 0.001 kg/h 0～2359kg/h ±0.072 kg/h 10 三元催化器温度传感器输出值 0.01 ℃ −40℃～215℃ ±0.2 ℃ 11 三元催化器下游NOx传感器输出值 0.1×10−6 0～ 65535 ×10−6±2×10−6 12 发动机冷却液温度 0.1 ℃ −40℃～215℃ ±2 ℃ 
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表 2 示值误差试验数据
Table 2. Indication error test data
序号 校准项目 标准值 示值 示值误差 不确定度U（k=2） 1 车速（km/h） 127.0 127.5 0.5 0.2 2 大气压力（kPa） 127.0 127.5 0.5 0.2 3 发动机实际扭矩百分比（%） 65.0 65.3 0.3 0.2 4 发动机摩擦扭矩百分比（%） 65.0 65.3 0.3 0.2 5 发动机转速（rpm） 8191.00 8191.03 0.03 0.04 6 发动机燃料流量（L/h） 1606.500 1606.500 0.000 0.004 7 三元催化器上游氧传感器输出值 0.999973 0.999999 0.000026 4×10−6 8 三元催化器下游氧传感器输出值（V） 3.25355 3.2540 0.0004 2×10−4 9 进气量（kg/h） 1176.788 1176.788 0.000 2×10−3 10 三元催化器温度传感器输出值（℃） 108.00 108.03 0.03 0.02 11 三元催化器下游NOx传感器输出（10−6） 5000.3 5000.0 -0.3 0.2 12 发动机冷却液温度（℃） 107.5 107.5 0.0 0.2
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