摘 要

随着我国机动车数量的快速增长，大量废气排放对我国空气质量造成了严重影响，导致我国雾霾、光化学烟雾等环境污染问题日益严重。为了环保减排，我国从2013年开始强制实施国Ⅳ排放标准，SCR技术作为满足排放要求的一种有效手段也开始广泛应用。但SCR系统结构复杂，SCR系统工作过程中可能会出现一些故障，不易检修。如果不能及时发现并进行修理，会导致排放恶化等问题，造成严重后果。

本文旨在设计一种针对SCR系统的通用型故障诊断仪，用于简化故障读取过程,降低维修难度和维修费用。诊断仪设计遵循SAE-J1939、ISO-15031和ISO-15765通讯协议，要求能够解读故障报文、显示SCR系统当前故障码和历史故障码、模拟传感器信号，内容包括诊断仪的软件和硬件两部分。诊断仪软件部分主要包括诊断流程设计、传感器诊断策略设计、故障码解读和用户界面设计；硬件部分主要包括信号采集电路、信号模拟器设计。

关键词：Urea-SCR OBD 诊断协议 故障码 诊断策略 信号模拟

Abstract

With the rapid growth of the number of motor vehicles , motor vehicle exhaust pollution which has become an important source of air pollution in China is one of the important causes of fog and haze, photo-chemical smog pollution. In order to environmental protection and emission reduction, China began to implement the National IV emission standards since 2013. SCR technology has begun to be widely used as an effective means to meet the emission requirements. The structure of SCR system is very complex, there may be some faults in the working process of SCR system, which is hard to repair. If the faults couldn’t be fond and repaired in time, it will lead to serious problems such as deterioration of emissions which could result in serious consequences.

The purpose of this paper is to design a general type of fault diagnosis system for SCR system, and the design of the diagnostic instrument follows the SAE-J1939, ISO-15031 and ISO-15765 communication protocol. The design includes the software design and hardware design. The software part of the diagnostic instrument mainly includes diagnostic process design, sensor diagnosis strategy design, fault code interpretation and user interface design. The hardware part includes signal acquisition circuit, signal simulator design.Request to interpret the fault message, display the current fault code and historical fault code of SCR system, analog sensor signal.

Key Words：selective catalytic reduction，On-board Diagnostic（OBD），Diagnostic protocol，trouble code，diagnosis strategy，Signal simulation

目录

第一章 绪论 1

1.1 Urea-SCR系统简介 1

1.2 车载诊断系统（OBD）简介 2

1.2.1 国外OBD研究现状 2

1.2.2 国内OBD研究现状 4

1.3 本课题的意义 4

1.4 本文研究内容 4

第二章 诊断仪的整体设计与协议解读 5

2.1 功能需求分析 5

2.2 总体方案设计 5

2.2.1 软件总体方案设计 5

2.2.2 硬件总体方案设计 5

2.3 通讯协议及相关法规 6

2.3.1 HJ437-2008 6

2.3.2 SAE-J1939协议 7

2.3.3 ISO-15031amp;ISO-15765协议 9

第三章 诊断仪软件设计 11

3.1 诊断流程设计 11

3.2 智能节点诊断策略 11

3.2.1 NOx传感器诊断 11

3.2.2 尿素泵诊断 14

3.3 阻性传感器诊断策略 15

3.4 故障码解读 17

3.5 用户界面设计 18

第四章 诊断仪硬件设计 20

4.1 信号采集电路 20

4.2 信号模拟器 20

4.2.1 传感器电路故障模拟 21

4.2.2 传感器信号模拟 21

第五章 总结与展望 22

5.1 总结 22

5.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 Urea-SCR系统简介

选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是利用催化剂（V₂O₅）和还原剂（如NH₃、液氨、尿素等），在特定条件下与废气中的NOx有选择性的进行反应，同时抑制NH₃氧化，最终生成无毒且无污染的N₂和H₂O的一种方法。

其主要的化学反应如下：