CN104266804A - 两用燃料汽车供气系统安全性检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两用燃料汽车供气系统安全性检测系统，包括：供气系统状态传感器、诊断模块、泄漏检测模块和报警模块；供气系统状态传感器信号输出端连接诊断模块信号输入端，所述供气系统状态传感器将供气系统的气瓶和气轨状态数据发送到诊断模块，由诊断模块对供气系统的状态数据进行初步判断，诊断模块数据输出端连接泄漏检测模块数据输入端，所述泄漏检测模块将诊断模块初步判断的数据进行分析判断，所述泄漏检测模块还连接汽车转速传感器和上电开关，将汽车转速传感器和上电开关信息传送到泄漏检测模块，所述泄漏检测模块信号输出端连接报警模块，由报警模块进行报警。

Description

两用燃料汽车供气系统安全性检测系统和方法

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种两用燃料汽车供气系统安全性检测系统和方法。

背景技术

随着《GB7258－2012机动车运行安全技术条件》和《GB19239-2013燃气汽车专用装置的安装要求》强制标准的实施，天然气汽车必须进行燃气供气系统安全性检测，同时当燃气发生泄漏时，以声光报警形式向驾驶员和乘车员进行警示。燃气汽车供气系统安全性关系到燃气系统是否可以正常安全运行，所以准确、可靠的供气系统安全检测迫在眉睫。

目前，现有的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法采用在易泄漏位置安装甲烷传感器进行甲烷浓度探测，超出浓度限值即进行报警。此种方法具有以下缺陷：

一是需要安装多个甲烷传感器，大大的增加了控制器的硬件接口，降低了系统的可靠性，同时对于每一路传感器都需要进行故障诊断，也增加了控制软件的复杂度。

二是不能完全的检测出供气系统无泄漏，因为有些管路或接头是处在空气流通较佳的环境中，同时由于天然气的密度比空气小，若少量的天然气泄漏在空气中，其浓度极低，甲烷传感器很难检测准确。

三是甲烷传感器是检测周围环境中的甲烷浓度，若车辆经过油漆厂等甲烷浓度较高的环境时，极易出现误报燃气泄漏的情况。

为了克服以上的三点缺陷，亟需本领域技术人员解决上述技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种两用燃料汽车供气系统安全性检测系统和方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种两用燃料汽车供气系统安全性检测系统，其关键在于，包括：供气系统状态传感器、诊断模块、泄漏检测模块和报警模块；

供气系统状态传感器信号输出端连接诊断模块信号输入端，所述供气系统状态传感器将供气系统的气瓶和气轨状态数据发送到诊断模块，由诊断模块对供气系统的状态数据进行初步判断，诊断模块数据输出端连接泄漏检测模块数据输入端，所述泄漏检测模块将诊断模块初步判断的数据进行分析判断，所述泄漏检测模块还连接汽车转速传感器和上电开关，将汽车转速传感器和上电开关信息传送到泄漏检测模块，所述泄漏检测模块信号输出端连接报警模块，由报警模块进行报警。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测系统，优选的，所述泄漏检测模块包括：高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块，

所述诊断模块信号输出端分别连接高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块信号输入端，所述诊断模块将初步判断数据发送到高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块，由高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块对输入数据进行分析判断，判断是否存在高压泄漏或者低压泄漏。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测系统，优选的，所述报警模块包括：驱动蜂鸣器和LED灯，

所述泄漏检测模块信号输出端连接驱动蜂鸣器和LED灯，根据泄漏检测信号驱动蜂鸣器和LED灯进行报警显示。

本发明还公开一种两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，其关键在于，包括如下步骤：

步骤1，供气系统状态传感器将采集的供气系统数据发送到诊断模块，诊断模块根据预存的诊断阈值信息与发送的供气系统数据进行比较，判断供气系统数据是否在诊断阈值信息之中，将初步判断数据发送到泄漏检测模块；

步骤2，泄漏检测模块将初步判断数据进行高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块的分析判断，判断是否存在高压泄漏或者低压泄漏后，通过报警模块进行报警。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，优选的，所述步骤2包括：

步骤2-1，初步判断数据包括历史故障数据和实时采集的供气系统数据，如果有历史故障信息未处理，将停止进行故障检测，由用户进行故障排除，如果没有历史故障信息，执行步骤2-2；

步骤2-2，从实时采集的供气系统数据中得到气瓶压力、温度数据，气轨压力、温度数据，判断熄火前气瓶压力阈值，如果高于阈值为进行高压系统泄漏检测诊断，通过高压泄露评估值计算进行判断是否大于预设值，如果大于预设值，判断为高压系统泄漏故障，进行报警，如果未大于预设值执行步骤2-3；

步骤2-3，如果未大于预设值进行低压系统泄漏检测诊断，通过低压泄露评估值计算进行判断是否小于预设值下限，如果小于预设值下限，判断为低压系统泄漏故障，如果不小于预设值下限，判断是否大于预设值上限，如果大于预设值下限小于预设值，判断为低压系统泄漏故障，如果不大于预设置上限，停止诊断无故障。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，优选的，所述步骤2-2中高压泄露评估值计算为：

高压系统泄漏评估值K_kh的计算方法如下式：

$K_{\mathrm{kh}}=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{Z_n/Z_{\mathrm{tk}1}}{Z_n/Z_{\mathrm{tk}0}}|=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{K_{\mathrm{tk}1}}{K_{\mathrm{tk}0}}|$

其中，K_kh为高压泄漏评估系数；P_tk1、T_tk1、Z_tk1、K_tk1为当前气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子、体积修正系数；P_tk0、T_tk0、Z_tk0、K_tk0为前次发动机熄火时，气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子和体积修正系数，Z_n为标态下天然气的压缩因子。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，优选的，所述步骤2-2中低压泄露评估值计算为：

低压泄露评估值计算K_kl如下式：

$K_{\mathrm{kl}}=\frac{p_{\mathrm{rp}}-p_m}{{\mathrm{\Δp}}_{r\·}}\·K_{\mathrm{lt}}$

其中，p_rp为当前气轨压力(kPa)；p_m－当前进气管压力(kPa)；Δp_r·为减压器输出绝对压力与参考压力之差(kPa)，K_lt为计算修正系数。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明两用燃料汽车供气系统安全性检测系统示意图；

图2是本发明两用燃料汽车供气系统安全性检测系统故障诊断模块示意图；

图3是本发明两用燃料汽车供气系统安全性检测方法高、低压系统泄漏检测流程图；

图4是本发明两用燃料汽车供气系统安全性检测方法输出模块工作流程图；

图5是本发明两用燃料汽车供气系统安全性检测方法具体流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本燃气汽车供气系统安全性检测控制器通过检测高压系统燃气量和低压系统燃气量的变化情况，直接有效可靠的判断供气系统是否存在燃气泄漏。

本发明提供了一种燃气供气系统安全性检测控制器，通过集成的成套传感器采集发动机各种重要信号输入到ECU中进行处理，采用低边驱动的方式驱动LED、蜂鸣器等进行声光警示，采用继电器形式控制气瓶电磁阀和减压器电磁阀开启和关闭，同时结合CAN在线标定软件，在线修改诊断限值，实现全工况准确报告燃气泄漏。

本发明的技术方案是：根据传感器系统测得的发动机转速、ECU上电开关以及气瓶压力、温度，气轨压力、温度等传感器信号，由控制模块根据诊断策略计算出高压泄漏预估值以及低压泄漏预估值，然后分别判断是否发生燃气泄漏，并驱动相应的报警装置进行声、光报警。为了实现更准确的控制，燃气泄漏诊断只发生在系统上电发动机未启动阶段。

本发明的有益效果是，高效准确地检测燃气泄漏，且降低检测成本、泄漏报警精度可调整，应用范围广。

本发明采用CAN在线标定技术，在线实时修改燃气泄漏诊断计算参数，解决不同环境参数对泄漏预估值计算的影响。通过标定泄漏报警限值，防止误报或不报燃气泄漏故障，最大限度的解决因燃气泄漏导致的供气安全性问题。

图1体现本发明的泄漏检测控制器8。泄漏检测控制器8通过诊断气瓶压力1、气瓶温度2、气轨压力3、气轨温度4传感器，得出可以进行燃气泄漏检测的使能条件，然后经过泄漏检测模块计算出高、低泄漏预估值，再进行判断系统是否存在燃气泄漏，并根据检测结果进行相应的声光报警处理。

图2介绍了燃气泄漏检测控制器故障诊断模块。控制器根据系统电压1检测传感器供电是否正常，然后根据采集到的气瓶压力1、气瓶温度2、气轨压力3、气轨温度4传感器电压进行传感器的短、断路故障诊断。另外，根据底边驱动芯片对燃气报警灯、蜂鸣器等执行器进行短、断路诊断。根据诊断结果以不同的故障码形式进行输出。

图3详细描述了燃气泄漏检测模块的工作原理。燃气泄漏检测的条件是：发动机点火开关打开，但发动机未运转(800)，同时需要确保系统无历史故障(802)、气瓶压力大于或等于2MPa(805)且发动机熄火前使用了天然气。满足上述使能条件后，模块分别对高压系统泄漏，低压系统外漏、内漏进行检测。

其中，高压系统泄漏评估值的计算(806)是根据当前气瓶的压力、温度、压缩因子、体积修正系数以及上一次发动机熄火时，气瓶的压力、温度、压缩因子和体积修正系数。模块计算出的评估值大于预设标定值，则高压系统燃气泄漏。

对于低压系统泄漏评估值的计算(810)，主要从减压器工作原理出发，能够对压力过高(减压器内漏、堵塞)和过低(外漏)进行诊断。模块根据当前计算出的减压器参考压力和机械设置的参考压力进行比较，同时参考气轨温度的变化量进行系数补偿计算。计算得出的低压系统泄漏评估值若大于预设标定值811，则认为减压器内漏或堵塞故障，若评估值若小于预设标定值814，则认为低压系统外部泄漏。

本发明技术方案是在发动机点火开关打开，但发动机未运转时进行，同时需要确保系统无历史故障、气瓶压力大于或等于2MPa且发动机熄火前使用了天然气。该OBD模块可对高压系统泄漏，低压系统外漏、内漏进行诊断。

其中，高压系统泄漏评估值K_kh的计算模型如下式：

$K_{\mathrm{kh}}=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{Z_n/Z_{\mathrm{tk}1}}{Z_n/Z_{\mathrm{tk}0}}|=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{K_{\mathrm{tk}1}}{K_{\mathrm{tk}0}}|$

其中，K_kh为高压泄漏评估系数；P_tk1、T_tk1、Z_tk1、K_tk1为当前气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子、体积修正系数；P_tk0、T_tk0、Z_tk0、K_tk0为前次发动机熄火时，气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子和体积修正系数，该值在发动机熄火时被写入MCU的Flash或E2PROOM中；Z_n为标态下天然气的压缩因子。体积修正系数根据标准《ISO12213－2006：天然气压缩因子计算》计算后列表，使用时查表插值求得。

对于低压系统的故障，主要从减压器工作原理出发，能够对压力过高(内漏、堵塞)和过低(外漏)进行诊断，其评估系数K_kl如下式：

$K_{\mathrm{kl}}=\frac{p_{\mathrm{rp}}-p_m}{{\mathrm{\Δp}}_{r\·}}\·K_{\mathrm{lt}}$

其中，p_rp为当前气轨压力(kPa)；p_m－当前进气管压力(kPa)；Δp_r·为减压器输出绝对压力与参考压力之差(kPa)，正常情况下，该参数为固定值；K_lt为计算修正系数，是发动机停机时间和气轨温度的函数表，通过标定获得。

图4详细介绍了系统故障输出模式。根据泄漏检测模块检测的结果，可分为系统正常91、气瓶没有天然气92、传感器或执行器故障93、高压系统燃气泄漏94、低压系统燃气泄漏95五种情况。燃气汽车供气系统安全性诊断控制器根据检测结果分别对燃气泄漏报警灯、系统状态灯、以及蜂鸣器等执行器进行输出控制96，实现声光报警，达到警示驾驶员的目的。

本发明还公开一种两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，其关键在于，包括如下步骤：

步骤1，供气系统状态传感器将采集的供气系统数据发送到诊断模块，诊断模块根据预存的诊断阈值信息与发送的供气系统数据进行比较，判断供气系统数据是否在诊断阈值信息之中，将初步判断数据发送到泄漏检测模块；

步骤2，泄漏检测模块将初步判断数据进行高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块的分析判断，判断是否存在高压泄漏或者低压泄漏后，通过报警模块进行报警。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，优选的，所述步骤2包括：

步骤2-1，初步判断数据包括历史故障数据和实时采集的供气系统数据，如果有历史故障信息未处理，将停止进行故障检测，由用户进行故障排除，如果没有历史故障信息，执行步骤2-2；

步骤2-2，从实时采集的供气系统数据中得到气瓶压力、温度数据，气轨压力、温度数据，判断熄火前气瓶压力阈值，如果高于阈值为进行高压系统泄漏检测诊断，通过高压泄露评估值计算进行判断是否大于预设值，如果大于预设值，判断为高压系统泄漏故障，进行报警，如果未大于预设值执行步骤2-3；

步骤2-3，如果未大于预设值进行低压系统泄漏检测诊断，通过低压泄露评估值计算进行判断是否小于预设值下限，如果小于预设值下限，判断为低压系统泄漏故障，如果不小于预设值下限，判断是否大于预设值上限，如果大于预设值下限小于预设值，判断为低压系统泄漏故障，如果不大于预设置上限，停止诊断无故障。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，优选的，所述步骤2-2中高压泄露评估值计算为：

高压系统泄漏评估值K_kh的计算方法如下式：

$K_{\mathrm{kh}}=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{Z_n/Z_{\mathrm{tk}1}}{Z_n/Z_{\mathrm{tk}0}}|=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{K_{\mathrm{tk}1}}{K_{\mathrm{tk}0}}|$

其中，K_kh为高压泄漏评估系数；P_tk1、T_tk1、Z_tk1、K_tk1为当前气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子、体积修正系数；P_tk0、T_tk0、Z_tk0、K_tk0为前次发动机熄火时，气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子和体积修正系数，Z_n为标态下天然气的压缩因子。

所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，优选的，所述步骤2-2中低压泄露评估值计算为：

低压泄露评估值计算K_kl如下式：

$K_{\mathrm{kl}}=\frac{p_{\mathrm{rp}}-p_m}{{\mathrm{\Δp}}_{r\·}}\·K_{\mathrm{lt}}$

其中，p_rp为当前气轨压力(kPa)；p_m－当前进气管压力(kPa)；Δp_r·为减压器输出绝对压力与参考压力之差(kPa)，K_lt为计算修正系数。

图5是本发明两用燃料汽车供气系统安全性检测方法具体流程图。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种两用燃料汽车供气系统安全性检测系统，其特征在于，包括：供气系统状态传感器、诊断模块、泄漏检测模块和报警模块；

供气系统状态传感器信号输出端连接诊断模块信号输入端，所述供气系统状态传感器将供气系统的气瓶和气轨状态数据发送到诊断模块，由诊断模块对供气系统的状态数据进行初步判断，诊断模块数据输出端连接泄漏检测模块数据输入端，所述泄漏检测模块将诊断模块初步判断的数据进行分析判断，所述泄漏检测模块还连接汽车转速传感器和上电开关，将汽车转速传感器和上电开关信息传送到泄漏检测模块，所述泄漏检测模块信号输出端连接报警模块，由报警模块进行报警。

2.根据权利要求1所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测系统，其特征在于，所述泄漏检测模块包括：高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块，

所述诊断模块信号输出端分别连接高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块信号输入端，所述诊断模块将初步判断数据发送到高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块，由高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块对输入数据进行分析判断，判断是否存在高压泄漏或者低压泄漏。

3.根据权利要求1所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测系统，其特征在于，所述报警模块包括：驱动蜂鸣器和LED灯，

所述泄漏检测模块信号输出端连接驱动蜂鸣器和LED灯，根据泄漏检测信号驱动蜂鸣器和LED灯进行报警显示。

4.一种两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，供气系统状态传感器将采集的供气系统数据发送到诊断模块，诊断模块根据预存的诊断阈值信息与发送的供气系统数据进行比较，判断供气系统数据是否在诊断阈值信息之中，将初步判断数据发送到泄漏检测模块；

步骤2，泄漏检测模块将初步判断数据进行高压系统泄漏检测模块和低压系统泄漏检测模块的分析判断，判断是否存在高压泄漏或者低压泄漏后，通过报警模块进行报警。

5.根据权利要求1所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2-1，初步判断数据包括历史故障数据和实时采集的供气系统数据，如果有历史故障信息未处理，将停止进行故障检测，由用户进行故障排除，如果没有历史故障信息，执行步骤2-2；

步骤2-2，从实时采集的供气系统数据中得到气瓶压力、温度数据，气轨压力、温度数据，判断熄火前气瓶压力阈值，如果高于阈值为进行高压系统泄漏检测诊断，通过高压泄露评估值计算进行判断是否大于预设值，如果大于预设值，判断为高压系统泄漏故障，进行报警，如果未大于预设值执行步骤2-3；

步骤2-3，如果未大于预设值进行低压系统泄漏检测诊断，通过低压泄露评估值计算进行判断是否小于预设值下限，如果小于预设值下限，判断为低压系统泄漏故障，如果不小于预设值下限，判断是否大于预设值上限，如果大于预设值下限小于预设值，判断为低压系统泄漏故障，如果不大于预设置上限，停止诊断无故障。

6.根据权利要求1所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，其特征在于，所述步骤2-2中高压泄露评估值计算为：

高压系统泄漏评估值K_kh的计算方法如下式：

$K_{\mathrm{kh}}=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{Z_n/Z_{\mathrm{tk}1}}{Z_n/Z_{\mathrm{tk}0}}|=|1-\frac{P_{\mathrm{tk}1}/T_{\mathrm{tk}1}}{P_{\mathrm{tk}0}/T_{\mathrm{tk}0}}\·\frac{K_{\mathrm{tk}1}}{K_{\mathrm{tk}0}}|$

其中，K_kh为高压泄漏评估系数；P_tk1、T_tk1、Z_tk1、K_tk1为当前气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子、体积修正系数；P_tk0、T_tk0、Z_tk0、K_tk0为前次发动机熄火时，气瓶的压力(MPa)、温度(K)、压缩因子和体积修正系数，Z_n为标态下天然气的压缩因子。

7.根据权利要求1所述的两用燃料汽车供气系统安全性检测方法，其特征在于，所述步骤2-2中低压泄露评估值计算为：

低压泄露评估值计算K_kl如下式：

$K_{\mathrm{kl}}=\frac{p_{\mathrm{rp}}-p_m}{{\mathrm{\Δp}}_r.}\·K_{\mathrm{lt}}$

其中，p_rp为当前气轨压力(kPa)；p_m－当前进气管压力(kPa)；Δp_r.为减压器输出绝对压力与参考压力之差(kPa)，K_lt为计算修正系数。