一种NOx传感器测量值合理性判断方法及装置与流程

本发明涉及nox传感器检测技术领域，尤其涉及一种nox传感器测量值合理性判断方法及nox传感器测量值合理性判断装置。

背景技术

近年来，国内汽车市场的蓬勃发展，在给人们交通带来极大便利的同时，也造成了极其严重的环境污染问题。为此，环保部出台了一系列加强汽车尾气处理标准的法规。然而，即使在生产环节对整车排放进行了一致性检查，实际使用过程中的污染物排放并未明显减少，这让人意识到，污染物的排放控制必须有效可靠，需要加强obd监管。

nox是发动机排放的主要污染物，危害大，尽管有多种手段可以降低nox排放，但仍需对其排放进行有效的监测和控制，保证排放符合法规要求。发动机nox排放主要依靠nox传感器进行测量和反馈控制，这种方法简单有效，但必须保证nox传感器工作可靠。目前，对于nox传感器工作可靠性的监测，主要集中在传感器露点检测、电气和通讯故障等方面，这些问题会导致nox传感器无法正常工作，测量异常，一般控制系统会提示相应故障并提醒更换传感器。而另一种较隐蔽的传感器测量异常则几乎被忽略，即在nox传感器正常工作时，由于受到其他干扰导致测量结果不可信。

随着排放控制日益严格，nox传感器正常工作状态下的信号合理性判断也逐渐被纳入到汽车排放控制的obd监测覆盖范围内，以防止数据异常造成系统不工作和排放超标等问题，这就需要后处理厂家开发出适合nox传感器测量值合理性判断的策略。日本丰田开发了一种用于nox吸附催化剂下游的nox传感器异常诊断装置，当催化剂nox吸附饱和后，催化剂出口nox浓度应与进口浓度一致，如果下游nox传感器测量结果与催化剂入口nox浓度不一致，则表明传感器信号不合理。分析该方法可以发现其存在以下问题：

（1）策略中必须对催化剂的nox吸附量进行准确预测，用以判断是否可以进行传感器信号合理性判断；

（2）该方法更多用于发动机的稀燃nox捕集（lnt）系统，需协调发动机的燃烧控制，不适用于其他后处理系统和专门的后处理厂家。

（3）nox传感器的合理性检测需要特定的时机，无法随时监测。

因此，如何提供一种能够实时准确判断nox传感器测量值合理性的方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种nox传感器测量值合理性判断方法及nox传感器测量值合理性判断装置，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种nox传感器测量值合理性判断方法，其中，所述nox传感器测量值合理性判断方法包括：

在确定发动机和nox传感器工作正常的情况下，获取原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度；

对所述原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度进行数据处理得到原机nox浓度标准差、nox传感器浓度标准差和nox浓度关联系数；

将所述原机nox浓度标准差与原机nox浓度标准差限值比较、将nox传感器浓度标准差与nox传感器浓度标准差限值比较以及将nox浓度关联系数与关联系数限值比较；

若所述原机nox浓度标准差大于所述原机nox浓度标准差限值且所述nox传感器浓度标准差不大于所述nox传感器浓度标准差限值，或者，所述nox浓度关联系数小于所述关联系数限值，则判定nox传感器测量值不合理。

优选地，所述获取原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度包括：

通过发动机转速和发动机循环油耗查询原机nox浓度map获取所述原机实际nox浓度；

通过nox传感器获取nox传感器实时测量浓度。

优选地，所述对所述原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度进行数据处理得到原机nox浓度标准差、nox传感器浓度标准差和nox浓度值关联系数包括：

根据所述原机实际nox浓度计算得到原机实际nox浓度平均值，以及根据所述nox传感器实时测量浓度计算得到nox传感器实时测量浓度平均值；

根据所述原机实际nox浓度平均值计算得到原机实际nox浓度偏差值，以及根据nox传感器实时测量浓度平均值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值；

根据所述原机实际nox浓度偏差值计算得到原机实际nox浓度方差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度偏差值计算得到nox传感器实时测量浓度方差；

根据所述原机实际nox浓度方差计算得到原机实际nox浓度标准差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度方差计算得到nox传感器实时测量浓度标准差；

根据所述原机实际nox浓度偏差值、所述nox传感器实时测量浓度偏差值、所述原机实际nox浓度标准差以及所述nox传感器实时测量浓度标准差计算得到所述nox浓度关联系数。

优选地，所述根据所述原机实际nox浓度计算得到原机实际nox浓度平均值，以及根据所述nox传感器实时测量浓度计算得到nox传感器实时测量浓度平均值包括：

将所述原机实际nox浓度采用一阶滞后滤波的方式计算得到原机实际nox浓度平均值；

将所述nox传感器实时测量浓度采用一阶滞后滤波的方式计算得到nox传感器实时测量浓度平均值。

优选地，所述根据所述原机实际nox浓度平均值计算得到原机实际nox浓度偏差值，以及根据nox传感器实时测量浓度平均值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值包括：

根据所述原机实际nox浓度与所述原机实际nox浓度平均值的差值计算得到原机实际nox浓度偏差值；

根据所述nox传感器实时测量浓度与所述nox传感器实时测量浓度平均值的差值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值。

优选地，所述根据所述原机实际nox浓度偏差值计算得到原机实际nox浓度方差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度偏差值计算得到nox传感器实时测量浓度方差包括：

将所述原机实际nox浓度偏差值进行乘方得到原机实际nox浓度方差；

将所述nox传感器实时测量浓度偏差值乘方得到nox传感器实时测量浓度方差。

优选地，所述根据所述原机实际nox浓度方差计算得到原机实际nox浓度标准差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度方差计算得到nox传感器实时测量浓度标准差包括：

将所述原机实际nox浓度方差采用一阶滞后滤波的方式计算得到原机实际nox浓度方差平均值，以及将所述nox传感器实时测量浓度方差采用一阶滞后滤波的方式计算得到nox传感器实时测量浓度方差平均值；

将所述原机实际nox浓度方差平均值开方得到原机实际nox浓度标准差，以及将所述nox传感器实时测量浓度方差平均值开方得到nox传感器实时测量浓度标准差。

优选地，所述根据所述原机实际nox浓度偏差值、所述nox传感器实时测量浓度偏差值、所述原机实际nox浓度标准差以及所述nox传感器实时测量浓度标准差计算得到所述nox浓度关联系数包括：

将所述原机实际nox浓度偏差值与所述nox传感器实时测量浓度偏差值相乘计算得到nox浓度偏差系数；

将所述nox浓度偏差系数采用一阶滞后滤波的方式计算得到nox浓度协方差；

将所述原机实际nox浓度标准差与所述nox传感器实时测量浓度标准差相乘计算得到nox浓度标准差系数；

将所述nox浓度协方差与所述nox浓度标准差系数相除得到所述nox浓度关联系数。

作为本发明的第二个方面，提供一种nox传感器测量值合理性判断装置，其中，所述nox传感器测量值合理性判断装置包括：

获取模块，所述获取模块用于在确定发动机和nox传感器工作正常的情况下，获取原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度；

数据处理模块，所述数据处理模块用于对所述原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度进行数据处理得到原机nox浓度标准差、nox传感器浓度标准差和nox浓度关联系数；

比较模块，所述比较模块用于将所述原机nox浓度标准差与原机nox浓度标准差限值比较、将nox传感器浓度标准差与nox传感器浓度标准差限值比较以及将nox浓度关联系数与关联系数限值比较；

判定模块，所述判定模块用于若所述原机nox浓度标准差大于所述原机nox浓度标准差限值且所述nox传感器浓度标准差不大于所述nox传感器浓度标准差限值，或者，所述nox浓度关联系数小于所述关联系数限值，则判定nox传感器测量值不合理。

优选地，所述获取模块包括原机实际nox浓度获取单元和nox传感器实时测量浓度获取单元，所述原机实际nox浓度获取单元用于通过发动机转速和发动机循环油耗查询原机nox浓度map获取所述原机实际nox浓度，所述nox传感器实时测量浓度获取单元用于通过nox传感器获取nox传感器实时测量浓度；

所述数据处理模块包括平均值计算单元、偏差值计算单元、方差计算单元、标准差计算单元和关联系数计算单元，所述平均值计算单元用于根据所述原机实际nox浓度计算得到原机实际nox浓度平均值，以及根据所述nox传感器实时测量浓度计算得到nox传感器实时测量浓度平均值，所述偏差值计算单元用于根据所述原机实际nox浓度平均值计算得到原机实际nox浓度偏差值，以及根据nox传感器实时测量浓度平均值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值，所述方差计算单元用于根据所述原机实际nox浓度偏差值计算得到原机实际nox浓度方差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度偏差值计算得到nox传感器实时测量浓度方差，标准差计算单元用于根据所述原机实际nox浓度方差计算得到原机实际nox浓度标准差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度方差计算得到nox传感器实时测量浓度标准差，关联系数计算单元用于根据所述原机实际nox浓度偏差值、所述nox传感器实时测量浓度偏差值、所述原机实际nox浓度标准差以及所述nox传感器实时测量浓度标准差计算得到所述nox浓度关联系数；

所述比较模块包括原机nox浓度标准差比较单元、nox传感器浓度标准差比较单元和nox浓度关联系数比较单元，所述原机nox浓度标准差比较单元用于将所述原机nox浓度标准差与原机nox浓度标准差限值比较，所述nox传感器浓度标准差比较单元用于将nox传感器浓度标准差与nox传感器浓度标准差限值比较，所述nox浓度关联系数比较单元用于将nox浓度关联系数与关联系数限值比较；

所述判定模块包括逻辑与运算单元和逻辑或运算单元，所述逻辑与运算单元用于将所述原机nox浓度标准差比较单元的结果与所述nox传感器浓度标准差比较单元的结果进行与运算，所述逻辑或运算单元用于将所述逻辑与运算单元的结果与所述nox浓度关联系数比较单元的结果进行或运算，所述逻辑或运算单元用于输出判定结果。

本发明提供的nox传感器测量值合理性判断方法，在确定发动机和nox传感器正常工作后，获取原机nox浓度值和nox传感器测量值，并分别计算两组的偏差、方差和标准差，通过各自标准差的限值范围或两者的关联系数限值来判断传感器测量结果是否合理，这种通过基于统计学的数据计算和分析，确定传感器输出数据是否合理的方法，具有计算过程简单不需要额外的信号输入或硬件改动，所需信号少，成本低，实现方便，只要发动机和传感器正常工作，就可进行合理性检测，无额外限制条件，可实现高频次检测的优势。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的nox传感器测量值合理性判断方法的流程图。

图2为本发明提供的nox传感器测量值具体实施方式流程图。

图3为本发明提供的平均值计算的逻辑示意图。

图4为本发明提供的偏差值计算的逻辑示意图。

图5为本发明提供的方差计算的逻辑示意图。

图6为本发明提供的标准差计算的逻辑示意图。

图7为本发明提供的协方差计算的逻辑示意图。

图8为本发明提供的关联系数计算的逻辑示意图。

图9为本发明提供的nox传感器测量值合理性判断逻辑示意图。

图10为本发明提供的nox传感器测量值合理性判断装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的第一个方面，提供一种nox传感器测量值合理性判断方法，其中，如图1所示，所述nox传感器测量值合理性判断方法包括：

s110、在确定发动机和nox传感器工作正常的情况下，获取原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度；

s120、对所述原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度进行数据处理得到原机nox浓度标准差、nox传感器浓度标准差和nox浓度关联系数；

s130、将所述原机nox浓度标准差与原机nox浓度标准差限值比较、将nox传感器浓度标准差与nox传感器浓度标准差限值比较以及将nox浓度关联系数与关联系数限值比较；

s140、若所述原机nox浓度标准差大于所述原机nox浓度标准差限值且所述nox传感器浓度标准差不大于所述nox传感器浓度标准差限值，或者，所述nox浓度关联系数小于所述关联系数限值，则判定nox传感器测量值不合理。

本发明提供的nox传感器测量值合理性判断方法，在确定发动机和nox传感器正常工作后，获取原机nox浓度值和nox传感器测量值，并分别计算两组的偏差、方差和标准差，通过各自标准差的限值范围或两者的关联系数限值来判断传感器测量结果是否合理，这种通过基于统计学的数据计算和分析，确定传感器输出数据是否合理的方法，具有计算过程简单不需要额外的信号输入或硬件改动，所需信号少，成本低，实现方便，只要发动机和传感器正常工作，就可进行合理性检测，无额外限制条件，可实现高频次检测的优势。

需要说明的是，在实时所述nox传感器测量值合理性判断方法之前，首先要判断发动机和nox传感器工作是否正常，若发动机和nox传感器中任何一个没有处于正常工作状态，则不对nox传感器信号进行合理判断。

具体地，如图2所示，首先判断发动机工作是否正常，若所述发动机工作正常，则判断nox传感器工作是否正常，若nox传感器工作正常，则对nox传感器测量值合理性进行判断。

作为具体地实施方式，所述获取原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度包括：

通过发动机转速和发动机循环油耗查询原机nox浓度map获取所述原机实际nox浓度；

通过nox传感器获取nox传感器实时测量浓度。

进一步具体地，所述对所述原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度进行数据处理得到原机nox浓度标准差、nox传感器浓度标准差和nox浓度值关联系数包括：

根据所述原机实际nox浓度计算得到原机实际nox浓度平均值，以及根据所述nox传感器实时测量浓度计算得到nox传感器实时测量浓度平均值；

根据所述原机实际nox浓度平均值计算得到原机实际nox浓度偏差值，以及根据nox传感器实时测量浓度平均值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值；

根据所述原机实际nox浓度偏差值计算得到原机实际nox浓度方差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度偏差值计算得到nox传感器实时测量浓度方差；

根据所述原机实际nox浓度方差计算得到原机实际nox浓度标准差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度方差计算得到nox传感器实时测量浓度标准差；

根据所述原机实际nox浓度偏差值、所述nox传感器实时测量浓度偏差值、所述原机实际nox浓度标准差以及所述nox传感器实时测量浓度标准差计算得到所述nox浓度关联系数。

作为平均值的计算的实施方式，如图3所示，所述根据所述原机实际nox浓度计算得到原机实际nox浓度平均值，以及根据所述nox传感器实时测量浓度计算得到nox传感器实时测量浓度平均值包括：

将所述原机实际nox浓度采用一阶滞后滤波的方式计算得到原机实际nox浓度平均值；

将所述nox传感器实时测量浓度采用一阶滞后滤波的方式计算得到nox传感器实时测量浓度平均值。

需要说明的是，采用一阶滞后滤波的方式即与一阶滞后滤波系数相乘。

作为偏差值的计算的实施方式，如图4所示，所述根据所述原机实际nox浓度平均值计算得到原机实际nox浓度偏差值，以及根据nox传感器实时测量浓度平均值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值包括：

根据所述原机实际nox浓度与所述原机实际nox浓度平均值的差值计算得到原机实际nox浓度偏差值；

根据所述nox传感器实时测量浓度与所述nox传感器实时测量浓度平均值的差值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值。

作为方差的计算的具体实施方式，如图5所示，所述根据所述原机实际nox浓度偏差值计算得到原机实际nox浓度方差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度偏差值计算得到nox传感器实时测量浓度方差包括：

将所述原机实际nox浓度偏差值进行乘方得到原机实际nox浓度方差；

将所述nox传感器实时测量浓度偏差值乘方得到nox传感器实时测量浓度方差。

作为标准差的计算的具体实施方式，如图5和图6所示，所述根据所述原机实际nox浓度方差计算得到原机实际nox浓度标准差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度方差计算得到nox传感器实时测量浓度标准差包括：

将所述原机实际nox浓度方差采用一阶滞后滤波的方式计算得到原机实际nox浓度方差平均值，以及将所述nox传感器实时测量浓度方差采用一阶滞后滤波的方式计算得到nox传感器实时测量浓度方差平均值；

将所述原机实际nox浓度方差平均值开方得到原机实际nox浓度标准差，以及将所述nox传感器实时测量浓度方差平均值开方得到nox传感器实时测量浓度标准差。

作为关联系数的计算的具体实施方式，如图7和图8所示，所述根据所述原机实际nox浓度偏差值、所述nox传感器实时测量浓度偏差值、所述原机实际nox浓度标准差以及所述nox传感器实时测量浓度标准差计算得到所述nox浓度关联系数包括：

将所述原机实际nox浓度偏差值与所述nox传感器实时测量浓度偏差值相乘计算得到nox浓度偏差系数；

将所述nox浓度偏差系数采用一阶滞后滤波的方式计算得到nox浓度协方差；

将所述原机实际nox浓度标准差与所述nox传感器实时测量浓度标准差相乘计算得到nox浓度标准差系数；

将所述nox浓度协方差与所述nox浓度标准差系数相除得到所述nox浓度关联系数。

应当理解的是，在保证发动机和nox传感器工作正常且数据处理完成后，按图9所示进行信号合理性的逻辑判断，确定标准差或关联系数是否处于限值范围内。若原机nox浓度标准差大于限值而传感器浓度标准差不超过限值，或nox浓度关联系数低于限值，则表明nox传感器测量值不合理，否则数据正常。

因此，本发明提供的nox传感器测量值合理性判断方法具有以下优点：（1）逻辑清晰易懂，计算过程简单。只要发动机和传感器正常工作，均可进行合理性检测；（2）不需要额外的信号输入或硬件改动，所需信号少，成本低，实现方便。只要发动机和传感器正常工作，就可进行合理性检测，无额外限制条件，可实现高频次检测；（3）可同时实现催化剂上下游传感器信号的合理性检测；（4）通过关联系数与标准差的双重方式的比较判断，具有准确性高的优势。

作为本发明的第二个方面，提供一种nox传感器测量值合理性判断装置，其中，如图10所示，所述nox传感器测量值合理性判断装置10包括：

获取模块110，所述获取模块110用于在确定发动机和nox传感器工作正常的情况下，获取原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度；

数据处理模块120，所述数据处理模块120用于对所述原机实际nox浓度和nox传感器实时测量浓度进行数据处理得到原机nox浓度标准差、nox传感器浓度标准差和nox浓度关联系数；

比较模块130，所述比较模块130用于将所述原机nox浓度标准差与原机nox浓度标准差限值比较、将nox传感器浓度标准差与nox传感器浓度标准差限值比较以及将nox浓度关联系数与关联系数限值比较；

判定模块140，所述判定模块140用于若所述原机nox浓度标准差大于所述原机nox浓度标准差限值且所述nox传感器浓度标准差不大于所述nox传感器浓度标准差限值，或者，所述nox浓度关联系数小于所述关联系数限值，则判定nox传感器测量值不合理。

本发明提供的nox传感器测量值合理性判断装置，在确定发动机和nox传感器正常工作后，获取原机nox浓度值和nox传感器测量值，并分别计算两组的偏差、方差和标准差，通过各自标准差的限值范围或两者的关联系数限值来判断传感器测量结果是否合理，这种通过基于统计学的数据计算和分析，确定传感器输出数据是否合理的装置，具有计算过程简单不需要额外的信号输入或硬件改动，所需信号少，成本低，实现方便，只要发动机和传感器正常工作，就可进行合理性检测，无额外限制条件，可实现高频次检测的优势。

作为具体地实施方式，所述获取模块110包括原机实际nox浓度获取单元和nox传感器实时测量浓度获取单元，所述原机实际nox浓度获取单元用于通过发动机转速和发动机循环油耗查询原机nox浓度map获取所述原机实际nox浓度，所述nox传感器实时测量浓度获取单元用于通过nox传感器获取nox传感器实时测量浓度；

所述数据处理模块120包括平均值计算单元、偏差值计算单元、方差计算单元、标准差计算单元和关联系数计算单元，所述平均值计算单元用于根据所述原机实际nox浓度计算得到原机实际nox浓度平均值，以及根据所述nox传感器实时测量浓度计算得到nox传感器实时测量浓度平均值，所述偏差值计算单元用于根据所述原机实际nox浓度平均值计算得到原机实际nox浓度偏差值，以及根据nox传感器实时测量浓度平均值计算得到nox传感器实时测量浓度偏差值，所述方差计算单元用于根据所述原机实际nox浓度偏差值计算得到原机实际nox浓度方差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度偏差值计算得到nox传感器实时测量浓度方差，标准差计算单元用于根据所述原机实际nox浓度方差计算得到原机实际nox浓度标准差，以及根据所述nox传感器实时测量浓度方差计算得到nox传感器实时测量浓度标准差，关联系数计算单元用于根据所述原机实际nox浓度偏差值、所述nox传感器实时测量浓度偏差值、所述原机实际nox浓度标准差以及所述nox传感器实时测量浓度标准差计算得到所述nox浓度关联系数；

所述比较模块130包括原机nox浓度标准差比较单元、nox传感器浓度标准差比较单元和nox浓度关联系数比较单元，所述原机nox浓度标准差比较单元用于将所述原机nox浓度标准差与原机nox浓度标准差限值比较，所述nox传感器浓度标准差比较单元用于将nox传感器浓度标准差与nox传感器浓度标准差限值比较，所述nox浓度关联系数比较单元用于将nox浓度关联系数与关联系数限值比较；

所述判定模块140包括逻辑与运算单元和逻辑或运算单元，所述逻辑与运算单元用于将所述原机nox浓度标准差比较单元的结果与所述nox传感器浓度标准差比较单元的结果进行与运算，所述逻辑或运算单元用于将所述逻辑与运算单元的结果与所述nox浓度关联系数比较单元的结果进行或运算，所述逻辑或运算单元用于输出判定结果。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。