Projekt pokładowego systemu pomiaru i
rejestracji emisji.
Opiekun projektu:
doc. dr hab. inż. Stanisław Mazurek
Opracowali:
Maciej IÅ‚gowski
Grzegorz Barnik
Tomasz Pawłowski
Paweł Majewski
Spis treści
Rozdział I
WST
P
1.1. Wprowadzenie do rozważanego problemu& & & & & & & & & & & ..3
1.2. Założenia projektowe& & & & & & & & & & & & & & & & & & & ...3
Rozdział II
PROJEKT SYSTEMU
2.1. Ogólny schemat proponowanego rozwiązania& & & & & & & & & & .4
2.2. Podsystem pomiaru danych i lokalizacji pojazdu& & & & & & & & .& 5
2.2.1. Analizator spalin& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 5
2.2.2. Czytnik OBD& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .8
2.2.3. Odbiornik GPS& & & & & & & & & & & & & & & & & & & .& 10
2.2.4. Pomiar warunków zewnętrznych& & & & & & & & & & & & .& 10
2.3. Podsystem rejestracji danych& & & & & & & & & & & & & & & .& .10
2.4. Podsystem komunikacji bezprzewodowej& & & & & & & & & & & ..11
2.5. Oprogramowanie komputera w centrali& & & & & & & & & & .& & .13
Rozdział III
MOŻLIWOŚCI ROZBUDOWY SYSTEMU I POTENCJALNE
SZERSZE JEGO ZASTOSOWANIE& & & & & & & & & & & & & & 14
Rozdział IV
WYNIKI POMIAROWE (ETAP I) - POMIARY PROFILI
PR
DKOÅšCI
4.1. Wyniki uzyskane podczas testów jezdnych& & & & & & & & & & ...15
4.2. Omówienie otrzymanych rezultatów i zadań przyszłościowych& & ...19
1. Wstęp.
1.1. Wprowadzenie do rozważanego problemu
Wraz ze wzrostem liczby pojazdów silnikowych poruszających się po naszych drogach
rośnie poziom emisji substancji szkodliwych, znajdujących się w spalinach wydzielanych
przez samochody. Do głównych substancji zanieczyszczających atmosferę należą takie
produkty spalania paliwa jak: węglowodory (HC), tlenki siarki (SOx), tlenki azotu (NOx),
tlenek węgla (CO), ozon troposferyczny (O3), cząstki stałe (PM), dwutlenek węgla (CO2) i
pyły.
Wraz z ciągłym wzrostem emisji wymienionych związków zaostrzeniu ulegają również
normy, określające dopuszczalną ich zawartość w spalinach nowo produkowanych
samochodów. Obecnie produkowane pojazdy, przed wprowadzeniem na rynek Unii
Europejskiej, a więc także i Polski muszą spełniać normę EURO IV, ale już od 2009 roku
ma obowiązywać norma EURO V znacznie zaostrzająca dopuszczalne limity substancji
szkodliwych.
Obecnie poziom emisji szkodliwych substancji w samochodach osobowych określany jest
na podstawie badań na specjalnych hamowniach podwoziowych. Podczas takiego badania
kierowca musi tak sterować pedałem przyspieszenia, aby jak najlepiej odwzorowywać
określony wcześniej i wyświetlany podczas badania profil prędkości. Konieczność
naśladowania zadanego przebiegu prędkości powoduje, że kierowca co chwilę lekko
dociska lub puszcza pedał przyspieszenia, co jest zachowaniem nienaturalnym. Podczas
normalnej jazdy przyspieszanie i spowalnianie odbywa się w sposób płynny. Z tego
powodu badanie emisji spalin poprzez odtwarzanie profilu prędkości, który został
wykreślony w warunkach rzeczywistej jazdy powoduje powstanie sporej rozbieżności
pomiędzy wynikami otrzymanymi podczas badania na hamowni, a poziomem emisji
spalin samochodu w ruchu rzeczywistym.
Wyraz
nie widać potrzebę zmodernizowania stosowanych metod oceny emisji związków
szkodliwych, tak aby badanie bardziej odpowiadało rzeczywistym warunkom, w jakich
eksploatowane są pojazdy. Oczywistym rozwiązaniem powstałego problemu jest
przeprowadzanie testów w ruchu rzeczywistym. Aby było to możliwe konieczne jest
stosowanie analizatorów spalin, które mogłyby być montowane w pojez
dzie. Na szczęście
dzisiejsza technika zna takie rozwiązania i wykorzystanie mobilnych analizatorów spalin
jest możliwe.
1.2. Założenia projektowe
Projekt pokładowego systemu oceny i rejestracji emisji spalin wymaga przyjęcia pewnych
wstępnych założeń. Zostały one zebrane w poniższych punktach, natomiast w dalszej
części niniejszego opracowania znajdują się bardziej szczegółowe wyjaśnienia opisujące
w jaki sposób proponuje się te założenia zrealizować.
" projektowany system na obecnym etapie będzie przeznaczony do badania emisji
związków toksycznych w samochodach z zapłonem iskrowym, co pociąga
konieczność zastosowania analizatora spalin, który mierzy jedynie zawartość CO,
HC, CO2, NOx,
" system powinien odczytywać również wybrane parametry z systemu OBD
badanego samochodu,
" dla zachowania pełnej informacji o przeprowadzanym teście należy mierzyć
również parametry otoczenia: temperaturę powietrza, ciśnienie atmosferyczne,
" system musi zapewniać możliwość dokładnego określenia położenia oraz wektora
prędkości pojazdu,
" wszystkie zbierane dane powinny być rejestrowane w systemie, który musi
jednocześnie zapewniać możliwość ich odczytania po zakończeniu testów,
" część danych, takich jak informacja o położeniu pojazdu, rozpoczęciu i
zakończeniu testu jak również kody ewentualnych błędów muszą być wysyłane do
centrali za pośrednictwem GPRS oraz SATCOM,
" na komputerze w centrali znajduje się oprogramowanie umożliwiające odbieranie
danych od pojazdu będącego w terenie oraz analizę zebranych danych dotyczących
emisji.
2. Projekt systemu
2.1. Ogólny schemat proponowanego rozwiązania
Na Rys.1 znajduje się schemat blokowy projektowanego systemu. Uwzględnia on
elementy potrzebne do spełnienia określonych w poprzednim punkcie wymagań.
Rys.1. Schemat blokowy pokładowego systemu pomiaru i rejestracji emisji spalin.
Jak widać na przedstawionym schemacie, cały system można podzielić na kilka
podsystemów. Pierwszą grupę stanowią elementy systemu służące do pomiaru emisji
spalin, parametrów OBD, położenia i prędkości pojazdu oraz parametrów otoczenia.
Część odpowiadającą za rejestrację danych zbieranych w pierwszym podsystemie stanowi
profesjonalny rejestrator danych, umożliwiający ich archiwizację oraz póz
niejsze
odczytanie zgromadzonych informacji. Część danych z rejestratora wraz z ewentualnymi
kodami błędów zostaje przekazana do trzeciego podsystemu odpowiadającego za
komunikację z centralą. Informacje mogą być przekazywane dwojako: za pośrednictwem
jednego z krajowych operatorów sieci komórkowych poprzez pakietowy transfer danych
(GPRS) lub z wykorzystaniem modemu satelitarnego (SATCOM). Ostatnim elementem
systemu jest znajdujący się w centrali komputer, który ma za zadanie odebrać dane od
serwera operatora GSM bÄ…dz
serwera stacji satelitarnej przetworzyć je i zobrazować.
Każdy z przedstawionych podsystemów został omówiony w kolejnych podpunktach, wraz
z konkretnymi propozycjami rozwiązań.
2.2. Podsystem pomiaru danych i lokalizacji pojazdu
2.2.1. Analizator spalin
Obecnie na rynku jest wiele modeli analizatorów spalin, ich głównym miejscem
zastosowania są warsztaty samochodowe w których na podstawie analizy spalin
wykrywa się usterki badanych pojazdów.
W wyborze analizatora do omawianego projektu kluczowym czynnikiem była
konieczność zainstalowania go w samochodzie, co wymusza ograniczone wymiary
proponowanego rozwiązania. Kolejnym istotnym parametrem są oczywiście rodzaje
badanych przez analizator substancji oraz dokładność pomiaru. Poniżej przedstawione
zostało zestawienie 3 przenośnych analizatorów firm Horiba oraz AVL (Tab1.). Są to
rozwiązania których zaletą są bardzo małe rozmiary i niska cena. Niestety modele te
ciężko nazwać profesjonalnymi pokładowymi systemami do pomiaru emisji. Takie
zaawansowane urządzenie zaprezentowane zostało w Tab.2., jest to bardzo
zaawansowane rozwiązanie stworzone przez specjalnie do tego celu powołany zespół
badawczo-rozwojowy firmy Horiba. To rozwiązanie zostało z sukcesem
przetestowane przez producenta na drogach kilku kontynentów, w tym także Europy.
Jednakże zdecydowaną wadą tego rozwiązania jest jego bardzo duża cena jak i spore
wymiary.
Producent Horiba AVL
Model MEXA-554 MEXA-720 NOx DiGas 440 5 Gas
/RPM/°C
Zakresy CO: 0-10% vol NOx: 0-3K ppm CO:0-10% vol
HC: 0-10K lub 0-20K O2: 0-50% vol HC: 0-20K ppm vol
ppm A/F: 9.5-200 CO2: 0-20% vol
CO2: 0-20% vol Lambda: 0.65-13.7 O2: 0-22% vol
O2: 0-25% vol (opcja) NOx: 0-5K ppm vol
AFR: 10-30 Lambda: 0-9.999
Lambda: 0.5  2.5 Liczba obrotów silnika:
400-6000 min
Temperatura oleju:
-30°C -125°C
Rozdzielczość CO: 0.01% vol NOx: CO: 0.01%
CO2: 0.02% vol 0-1K ppm: Ä… 30ppm HC: <2K : 1ppm vol.
O2: 0.02% vol 1K-2K ppm: Ä… 3% odczytu >2K : 10ppm vol.
2K-3K ppm: Ä… 5% odczytu CO2: 0.1% vol
HC: O2: 0.01% vol
Dla 0-10K zakres: O2: NOx: 1ppm vol
0-2K ppm: 1ppm 0-25% vol: Ä…0.5% Lambda: 0.001
2K-10K ppm: 10ppm Liczba obrotów silnika: 1
Dla 0-20K zakres: Temperatura oleju: 1 °C
0-4K ppm: 2ppm
4K-20K ppm: 10ppm
AFR: 0.1
Lambda: 0.01
Czas odpowiedzi: Td + T90: mniej niż 10 s T63 w ciągu 0.7 s
Td + T95: mniej niż 15 s
Czas rozgrzania: W ciągu 5 minut od W przybliżeniu 3 minuty od 4 minuty
włączenia zasilania włączenia (5 minut dla
stabilizacji odczytu)
Wymiary: W x H x D [mm] W x H x D [mm] W x H x D [mm]
271 x 143 x 366 130 x 75 x 200 270 x 85 x 340
Waga: 4kg 1 kg 4.5kg
Zasilanie: 100-240 V AC, 50/60 Hz 12 do 30 V DC (50W) 100-240 V AC, 50/60 Hz
11-22V (opcja)
Wyjścia: Analogowe 0-1 V DC Analogowe: RS-232
(do zapisu) DC 0-5 V, 2 kanały:
OUT1: NOx
OUT2: A/F, lambda lub O2
Cyfrowe I/O:
(RS-232C, D-sub 9-pin)
Wejścia do zmiany ustawień,
wyjścia do odczytu ustawień i
pomiarów.
Tab.1. Proponowane przenośne analizatory spalin
Producent: Horiba
OBS-1000
Konfiguracja: -Analizatory: MEXA-720NOx, MEXA-1170HDIR (CO, CO2, HC)
-Data Logger: Laptop + oprogramowanie+ karta PCMCIA do konwersji A/D
-zasilacz
-przewód wylotowy zakończony rurką Pitota
-urządzenia kalibrujące do sensorów NOx  A/F
Zakresy: THC: 0-6K~30K ppm
NOx: 0-1K~3K ppm
CO2: 0-10~25% vol
CO: 0-1~12% vol
Zasilanie: Tryb pracy:
wejście: 20-32 V DC
wyjście: 100-120V AC lub 200-240V AC, 50/60Hz max.1500W
Tryb Å‚adowania:
wejście: 90-260 V AC, 56/60Hz
wyjście: 27-29V DC
Bateria:
-wydajność: 100Ah (5h), 65Ah (1h)
-czas pracy: około 4h
-czas ładowania: około 5h
Czasy odpowiedzi -MEXA-1170HDIR: T90 < 2.5 s
analizatorów: -MEXA-720NOx: T90 = 1.6 s
Waga: 50-80kg (bez baterii)
Wymiary:
Tab.2. Profesjonalny pokładowy system do badania emisji spalin w pojazdach silnikowych
2.2.2. Czytnik OBD
W celu uzyskania informacji na temat podstawowych parametrów pracy silnika
badanego pojazdu jak: prędkość obrotowa silnika, kąt otwarcia przepustnicy, prędkość
pojazdu oraz do odczytu kodów błędów niezbędne staje się zastosowanie czytnika
OBD. Proponowane rozwiązanie umożliwia obserwację powyższych i więcej
parametrów, a ponadto ich ciągły zapis przy pomocy tzw. data-loggera.
Pozwoli to po analizie obserwowanych i zapisanych parametrów pracy silnika na
rozpoznanie chwil czasu charakterystycznych dla sytuacji krytycznych, nietypowych,
niekorzystnych jak zwiększona emisyjność spalin.
Proponujemy uniwersalny skaner diagnostyczny OBDII/EOBD modele: AMX
530USB, AMX 530RS wykorzystujÄ…ce interfejs USB bÄ…dz
RS232.
Poniżej zamieszczamy specyfikację urządzenia podaną przez producenta.
Urządzenie obsługuje WSZYSTKIE możliwe protokoły komunikacji: SAE J1850
PWM/VPW, ISO 9141, ISO 14230 (Keyword 2000), ISO 15765 (magistrala CAN).
Urządzenie jest w pełni zgodne z obowiązującą normą SAEJ1978 definiującą
własności i funkcje skanera diagnostycznego OBDII.
1
Istnieje techniczna możliwość nawiązania komunikacji z każdym sterownikiem (ABS, Airbag, itp...),
pod warunkiem że obsługiwać one będą protokół komunikacji zgodny z OBDII/EOBD (na dzień
dzisiejszy nie jest to praktycznie spotykane).
Dane techniczne:
Ceny podane przez producenta:
2.2.3. Odbiornik GPS
Dla celów określenia położenia i wektora prędkości badanego pojazdu konieczne jest
zastosowanie odbiornika GPS. Proponujemy wykorzystanie prostego odbiornika BR-
304 firmy Globalsat Technologies. Omawiane urządzenie pozwala na określenie
prędkości poruszania się pojazdu z dokładnością do 0,1 m/s przy maksymalnej
dopuszczalnej prędkości, przy której można dokonać pomiaru wynoszącej 143 km/h,
co biorąc pod uwagę maksymalne dopuszczalne prędkości, jakie można rozwijać na
polskich drogach jest wartości w zupełności wystarczającą. Pomiar położenia w osi
poziomej odbywa się z dokładnością do 5m, natomiast w osi pionowej z dokładnością
do 40m. Maksymalna dopuszczalna wartość wysokości na jakiej pomiar będzie
poprawny to 18 km. Dane z urządzenia aktualizowane są co 100 ms i wysyłane są na
zewnÄ…trz urzÄ…dzenia poprzez interfejs szeregowy RS-232.
Jak widać z powyższego opisu proponowane rozwiązanie zapewnia wystarczającą
dokładność dla celów określenia pozycji i prędkości pojazdu. Jednocześnie jego zaletą
jest niewątpliwie zastosowanie popularnego i prostego w obsłudze interfejsu
komunikacyjnego oraz niska cena, która wynosi jedynie 55 USD.
Rys.2. Odbiornik GPS Globalsat BR-304
2.2.4. Pomiar warunków zewnętrznych
Do pomiaru warunków zewnętrznych, panujących podczas wykonywania pomiarów
może posłużyć prosta przenośna stacja meteorologiczna. Rozwiązania takie są
powszechnie stosowane na jachtach i dają się w prosty sposób zaadoptować do
potrzeb niniejszego projektu. Wybór stacji meteo w rozsądnych cenach jest całkiem
spory zarówno wśród producentów krajowych jak i zagranicznych.
Warto jednak zauważyć, iż mierzone właściwie będą tylko dwa parametry pogodowe:
ciśnienie atmosferyczne i temperatura powietrza. Dzięki temu można ograniczyć się
do zastosowania prostych czujników, pozwalających na pomiar tych wielkości, jako że
nie muszą być one znane osobom prowadzącym pomiar a jedynie przekazane do
centrali czy to drogą bezprzewodową czy też odczytane z rejestratora danych po
powrocie pojazdu.
2.3. Podsystem rejestracji danych
W tej części opracowania przyjrzymy się bliżej części hardware owej systemu
akwizycji danych.
Spotykane są proste rozwiązanie oparte o tanie, masowo produkowane pamięci typu
flash (karty SD, MMC, itp.). Z uwagi na przemysłowy charakter naszego projektu
oraz konieczność zapewnienia jak najwyższej niezawodności naszego systemu
rozwiązanie takie nie może być wzięte pod uwagę.
Następną kategorie rozwiązań stanowią półprofesjonalne data-logger y ogólnego
zastosowania. Są to już urządzenia posiadające izolowane wejścia. Posiadają one do
16-nastu wejść pojedynczych (lub 8-miu różnicowych). Zastosowano w nich lepsze
przetworniki A/C oraz zapewniają one wyższą częstotliwość próbkowania. Bywają
one wyposażone we własną pamięć oraz interfejs do komunikacji z komputerem lub
też wyposażone są w slot kart pamięci. Przykładem takiego urządzenia jest data-
logger DI 718B firmy DataQ Instruments. Urządzenie to wyposażone jest w 14-
bitowe przetworniki A/C, maksymalna częstotliwość próbkowania to 14400Hz/N
(gdzie N to liczba wykorzystywanych kanałów  do 16-nastu). Do urządzenia
możemy podłączyć 8 modułów wejściowych, zapewniających separowalność
(izolowanie) poszczególnych kanałów, odpowiednie ich wzmocnienie oraz filtrację.
Ostatnią grupę rozwiązań stanowią profesjonalne systemy akwizycji danych.
Zapewniają one największą uniwersalność, a jednocześnie najwyższą jakość zbierania
danych. Jest to możliwe z uwagi na ich modułową budowę. Jednym z przykładów
takiego rozwiÄ…zania jest standard PXI. W tym standardzie to projektant systemu
wybiera potrzebne mu komponenty. Określa liczbę wejść analogowych, cyfrowych
oraz inne parametry, które musi spełniać system akwizycji danych. Na tej podstawie,
z odpowiednich modułów budowany jest system. W chwili obecnej dostępnych jest
ponad 1150 różnych produktów (wejścia/wyjścia cyfrowe oraz analogowe, układy
DSP, szyny danych, interfejsy oraz wiele innych).
Rys.3. Data Logger w systemie PXI
2.4. Podsystem komunikacji bezprzewodowej
Komunikacja bezprzewodowa jaką przewidujemy w projekcie do przesyłania danych
pozwoli na dostarczenie wyników pomiarów do komputera znajdującego się w
centrali. Ponadto pozwoli to na monitorowanie obecnego stanu pojazdu,
zobrazowanie jego pozycji na terenie kraju (ew. po za granicami). Użytkownik będzie
miał pogląd na prawidłowy przebieg testu, podstawowe parametry ruchu pojazdu oraz
pracy silnika oraz możliwość interwencji w przypadku stwierdzenia np. usterek, które
mogłyby zafałszować wyniki pomiarów.
Jako rozwiązanie proponujemy Terminal TG20 Basic firmy Motorola umożliwiający
przesyłanie danych korzystając z protokołu GPRS. Poniżej zamieszczamy dane
dostarczone przez producenta.
Terminal TG20 zbudowany jest na bazie modułu GSM/GPRS
firmy Motorola o symbolu g20. Oferowany jest on w dwóch
wersjach, Basic i Profi * różniących się możliwościami
technicznymi. Wersja Basic przeznaczona jest do
uruchamiania podstawowych funkcji modemu GSM/GPRS
i pozwala tylko na transmisjÄ™ danych do i z urzÄ…dzenia
wyposażonego w port szeregowy ( komputer PC, notebook,
Palmtop itp. ). Wersja Profi posiada dodatkowo w złącze D-25
wyprowadzające na zewnątrz sygnały I/O terminala oraz złącze
HF. Terminal posiada na płytce złącze kart SIM oraz złącza
interfejsu szeregowego DB-9 i USB-A. Diody LED sygnalizujÄ…
stan linii Tx, Rx , typ podłączonego w danej chwili interfejsu (
USB, RS-232 ), obecność sygnału GPRS, włączenie zasilania.
Na płytce terminala znajduje się standardowe gniazdo do
podłączenia zasilacza 7.5 - 12.0 V DC . Terminal może być zasilany ze standardowego
zasilacza do urządzeń przenośnych lub akumulatora o odpowiednim prądzie wyjściowym.
Terminal jest oferowany w obudowie plastikowej lub bez obudowy. Terminal w obudowie
posiada złącze antenowe FME do podłączenia anteny GSM, terminal bez obudowy wymaga
podłączenia anteny GSM do złącza MMCX na module g20, bezpośrednio lub za pomocą
kabla przejściowego.
1. Dane techniczne
Częstotliwość GSM 900/1800 MHz
Temperatura pracy -20 ºC do 60 ºC
Temperatura przechowywania -20 ºC do 85 ºC
Zasilanie 7.5 V do 12.0 V DC
Wymiary 90 x 55 x 25 mm
Wszystkie funkcje GSM jak moduł g20 Motorola ( rys. 1 )
2. Rozmieszczenie złącz i opis diód LED
RS232
USB
L1 T1 ON/OFF
L2
( pin 53 g20)
L3
SIM
ANT
L4
L5
L7
L6
DC 2.1 mmm
Opis Funkcja Kolor ON OFF
L1 ON/OFF Czerwony ON OFF
Brak karty
L2 SIM Zielony Karta SIM
SIM
GPRS GPRS
L3 GPRS Zielony
dostępny niedostępny
Połączenie
L4 USB Zielony
USB
Połaczenie
L5 RS232 Zielony
RS-232
Nadawanie
L6 TXD Zielony
danych
Odbiór
L7 RXD Zielony
danych
Dostępne akcesoria:
Anteny GSM
Kabel przejściowy MMCX-FME lub MMCX-SMA
Kabel RS-232
Do zakupionego terminala dołączana jest aktualna dokumentacja modułu g20 Motorola
oraz oprogramowanie pozwalające na połączenie terminala do Internetu (GPRS Manager).
Opis poszczególnych wersji:
TG20-A-BB, np: TG20-B-01 ( Basic w obudowie )
A: B wersja Basic ( RS232, USB, ANT, DC, SIM )
P wersja Profi ( RS232,USB, ANT, API, HF, DC, SIM )
BB: 01 w obudowie
2 bez budowy
W przypadkach realizacji badań projektowych na terenach po za krajami Europejskimi, na
terenach o słabym sygnale GSM (np. w górach) lub na terenach w ogóle nie pokrytych
zasięgiem telefonii komórkowej uzasadnione staje się użycie modemu komunikacji
satelitarnej SATCOM. Rozwiązanie to rozszerza możliwości komunikacji z komputerem
bazowym, oraz zwiększa zasięg terenu w jakim można prowadzić badania. Daje po większą
pewność, że dane będą wysyłane i odbierane przez bazę na bierząco.
2.5. Oprogramowanie komputera w centrali
Jak już zostało wspomniane we wcześniejszych punktach, część danych zbieranych
podczas próby drogowej, takich jak położenie i wektor prędkości pojazdu oraz kody
sytemu OBD, mówiące o ewentualnych usterkach pojazdu wysyłane są do centrali i
tam odbierane przez komputer.
Ponieważ w założeniach ten sam komputer posłuży do analizy i zobrazowania danych
pomiarowych zebranych z analizatora spalin, nasuwającym się rozwiązaniem byłoby
stworzenie oprogramowania, które integrowałoby obsługę wszystkich omawianych
systemów oraz umożliwiało komunikację pomiędzy centralą a samochodem
testowym. Co za tym idzie zastosowane oprogramowanie musi spełniać kilka
wymogów:
- akwizycja i obróbka danych pozyskanych z pomiarów emisji spalin,
- przedstawienie wyników dokonanych pomiarów w czytelnej formie (np.: tabel i
wykresów,
- odbieranie informacji z samochodu testowego w czasie rzeczywistym,
- przetwarzanie powyższych informacji i wizualizacja położenia samochodu na mapie
- interpretowanie kodów błędów i informacja o wystąpieniu problemu,
- możliwość wysyłania komunikatów do samochodu testowego za pomocą
protokołów GPRS lub SATCOM (np.:  rozpocząć test ,  przerwać test ).
Omawiany program można stworzyć od podstaw w jednym popularnych języków
programowania jak C#, który dzięki zastosowaniu technologii .NET pozwoli na łatwe
uruchamianie oprogramowania w innych środowiskach niż MS Windows, łatwą
konwersję kodu do innych języków, jeśli zajdzie taka potrzeba, jak również otworzy
możliwości póz
niejszej sprzedaży programu klientowi zewnętrznemu.
Inną możliwością jest stworzenie oprogramowania w oparciu o środowisko
MATLAB, które doskonale nadaje się do analizy i prezentacji zebranych danych, jak
również daje szerokie możliwości programistyczne. Wadą tego rozwiązania jest
niemożność jego zastosowania w systemach nie wyposażonych w środowisko
MATLAB.
3. Możliwości rozbudowy systemu i potencjalne szersze jego zastosowanie
Przedstawiony przez nas system projektowaliśmy z myślą o badaniach samochodów z
silnikami o zapłonie iskrowym. Wybrana przez nas aparatura (analizatory spalin firmy
Horiba) pozwala jednak na rozszerzenie zakresu zainteresowania o pomiary dla wszystkich
rodzajów pojazdów oraz typów paliw, bez konieczności ponoszenia dodatkowych kosztów.
System można by wzbogacić o pomiar zużycia paliwa oraz wykrywania wypadania zapłonów
z czym wiąże się zwiększenie emisji CO oraz HC.
Dzięki modułowi SATCOM wyniki pomiarów mogły by być przekazywane do centrali
czuwającej nad przebiegiem pomiarów w miejscach nie pokrytych zasięgiem sieci
komórkowych.
4. Wyniki pomiarowe (etap I) - pomiary profili prędkości
4.1. Wyniki uzyskane podczas testów jezdnych
Pierwsze wyniki pomiarowe uzyskane zostały na samochodzie Dodge Carvan.
Celem badania było przede wszystkim zapoznanie się w praktyce z posiadanym
sprzętem (odbiornik GPS oraz czytnik OBD) oraz wstępne rozpoznanie problemów,
jakie pojawiają się przy dokonywaniu odczytu prędkości z obu urządzeń
pomiarowych. Celem drugorzędnym było stworzenie procedury pomiarowej
zdejmowania profili prędkości, której przestrzeganie podczas przyszłych badań
wykluczyłoby powtórzenie się popełnionych błędów jak i zapobiegałoby pojawianiu
siÄ™ nowych.
Pomiar był wykonywany na trasie od firmy Automex do akademików
Politechniki Gdańskiej przy ul. Wyspiańskiego. Dokładna trasa badania zobrazowana
jest na rys.1. kolorem fioletowym, na tle zdjęcia satelitarnego odwiedzonych okolic
Gdańska.
rys.1. Pokonana trasa (oznaczona kolorem fioletowym) na odcinku
Automex (prawy górny róg)  akademiki PG (u dołu)
Badanie było wykonywane w godzinach przedpołudniowych, kiedy natężenie
ruchu było stosunkowo małe. Trasa została tak dobrana, aby wymagała pokonania
zarówno dzielnic o stosunkowo małym natężeniu ruchu (np.: Brzez
no) jak również
obszarów miasta, w których przemieszcza się dużo więcej pojazdów (Wrzeszcz). Poza
tym trasa była zróżnicowana, zawierała zarówno odcinki na których można było zdjąć
profil prędkości podczas rozpędzania pojazdu, zwalniania, jazdy z ustaloną
prędkością, jazdy w sznurze pojazdów, ruszania na skrzyżowaniach. W celu
prezentacji i obróbki danych pomiarowych, stworzono prosty skrypt w środowisku
MATLAB, który pozwala na wczytywanie zebranych danych bezpośrednio z plików
tekstowych, w formie w jakiej zostały one zapisane przez urządzenia pomiarowe, co
jest istotne, jako że pozwala zdjąć z badacza konieczność wstępnej obróbki plików z
danymi. Następnie dane z obu urządzeń są synchronizowane na osi czasu i wykreślane
są 2 rodzaje przebiegów: z dwóch urządzeń na osobnych wykresach (rys.2.) oraz
wspólny wykres, pozwalający porównać różnice w otrzymanych danych (rys.3.).
Poniżej przedstawiamy wyniki pomiarów z obu wykorzystywanych urządzeń:
odbiornika GPS, jak i Czytnika OBD.
Predkosc pojazdu z OBD
100
50
0
0 500 1000 1500
Czas [s]
Predkosc pojazdu z GPS
100
50
0
0 500 1000 1500
Czas [s]
rys.2. Zestawienie na dwóch osobnych wykresach wyników otrzymanych
z czytnika OBD (górny przebieg) oraz z GPS (dolny przebieg)
Na powyższych przebiegach od razu rzuca się w oczy fakt, że rozbieżności
pomiędzy pomiarami z OBD jak i z GPS są właściwie niezauważalne, aczkolwiek
dokładniej przyjrzymy się im przy omawianiu następnego rysunku. Z powyższych
przebiegów można wyodrębnić zasadniczo trzy główne typy ruchu: ruszanie od
prędkości zerowej do ustalonej jej wartości, szybkie przyspieszanie do dużej prędkości
oraz jazda ze stałą prędkością. Przykłady tych trzech typów ruchu zostały
przedstawione na rys.4-6. Warto zwrócić uwagę, iż w przypadku poruszania się ze
stałą prędkości dane uzyskane z OBD wskazują utrzymywanie jej na stałym poziomie,
natomiast dane z GPS, są zaniżone o około 1km/h, jak również wykazują pewne
wahania wokół stałej wartości. Prawdopodobnie system GPS pokazuje prędkość z
większą dokładnością, jednakże nasuwa się w tym momencie pytanie czy jest to jego
wadą czy zaletą w kontekście rozpatrywanego problemu. Patrząc na problem z
praktycznego punktu widzenia należy zastanowić się czy zależy nam na dokładności
pomiaru prędkości większej niż 1km/h. Jest to problem, który będzie poddany dalszej
dyskusji.
Predkosc pojazdu z OBD
100
OBD
90
GPS
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 500 1000 1500
Czas [s]
rys.3. Wyniki pomiarowe z czytnika OBD i GPS na wspólnym wykresie.
Powyższe przebiegi pozwalają na zauważenie niewielkich różnic jakie
występują w pomiarach dokonywanych obiema wykorzystywanymi metodami. Jak
widać rozbieżności są pomijalnie małe, obserwujemy jedynie pojedyncze zawyżanie
wartości prędkości przez czytnik OBD w porównaniu do danych odebranych z GPS o
około 1km/h.
Predkosc pojazdu z OBD
OBD
60
GPS
50
40
30
20
10
0
170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220
Czas [s]
rys.4. Ruszanie od prędkości zerowej
Predkosc pojazdu z OBD
OBD
90
GPS
80
70
60
50
40
30
20
10
0
490 500 510 520 530 540 550
Czas [s]
rys.5. Szybkie przyspieszanie do dużej prędkości
Predkosc pojazdu z OBD
OBD
GPS
35
30
25
20
15
10
105 110 115 120 125 130 135
Czas [s]
rys.6. Utrzymywanie stałej prędkości
4.2. Omówienie otrzymanych rezultatów i zadań przyszłościowych.
Przeprowadzone pomiary zgodnie ze wstępnymi założeniami dały nam
możliwość rozpoznania problemów związanych z określaniem profili prędkości,
Wyniki wykazały niewielkie rozbieżności pomiędzy danymi otrzymywanymi z
systemu OBD oraz z odbiornika GPS. Na zespole projektowym należy
przedyskutować kwestię dokładności stosowanych systemów pomiarowych, zadaniem
na przyszłość jest również dalsze udoskonalanie stworzonego skryptu do wykreślania
profili prędkości oraz przygotowanie się w kolejnym etapie do zintegrowania
rozpoznanych systemów z blokiem komunikacji bezprzewodowej, co pozwoli na
wysyłanie danych do centrali badawczej i dopiero tam będzie następować ich obróbka.
W wyniku zebranych doświadczeń powstała również procedura badania profili
prędkości, która będzie zapewne podlegała modyfikacji wraz z kolejnymi
odkrywanymi problemami, jej pierwsza wersja znajduje się w załącznikach do
niniejszego dokumentu.