CN110985173B - 基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法 - Google Patents

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Abstract

基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，包括（1）通过OBD远程监管终端采集目标车辆的相关参数并上传平台；（2）平台将诊断模型的参数配置为数据库中已有该类车辆的诊断特征参数（包括排气温度达标时间标准比率RTL和诊断特征喷油量Fn）；（3）在热机运行时间超过标定限值后，诊断模块统计排气温度超过标定温度的数据时间及与总时间占比RT；（4）将RT和RTL进行比较；（5）对于不同的喷油量产生不同的喷油量范围时间占比Rn，将Rn值和RTL比对；（6）如果RT小于Rn+1，并且RT小于RTL，做出排气温度传感器信号不合理的判断结果。本方法能有效识别由于温度传感器垫高或完全拔出使得传感器测量温度显著低于实际排气温度的作弊行为。

Description

基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法
技术领域
本发明涉及一种基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，属机动车排放控制技术领域。
背景技术
发动机排气中含有氮氧化物这种有害物质(简称NOx)，其主要成分是NO和NO2。NOx是发动机吸入气缸内的空气中的N2和O2在高温下的反应产物。国家排放法规对NOx的排放量进行了限制，并且规定了不同程度的限值，要求超过相应限值的车辆必须产生必要且有区别的反应动作，以此达到控制NOx排放的目的。
SCR技术是选择性催化还原技术，是发动机控制NOx排放的主要技术，该技术最常见的形式是：利用尿素水溶液分解产生氨气，并且在SCR催化器的作用下，氨气与NOx发生选择性催化还原反应，生成氮气和水后排入大气，通过向柴油机的排气中喷入不同的尿素量，对NOx的排放量实现有效控制。
目前市面上最为常见的SCR系统是Urea-SCR系统，如图1所示。Urea-SCR系统使用AdBlue作为还原剂还原排气中的NOx，主要由SCR催化器、尿素混合器、尿素泵、尿素喷嘴、尿素罐总成、SCR控制单元(DCU)、SCR催化器上游温度传感器、SCR催化器下游温度传感器、SCR催化器上游NOx浓度传感器、SCR催化器下游NOx浓度传感器、尿素液位传感器、尿素温度传感器、尿素品质传感器等组成。图中，长的宽箭头表示还原剂流动方向，短的宽箭头表示排气流动方向，细实线箭头表示信号方向。
SCR系统工作时，SCR控制单元(DCU)从CAN总线读取转速、扭矩、喷油量、冷却水温度、增压压力、进气温度、排气温度、NOx传感器测得的上游NOx浓度(或通过NOx原排模型预估的上游NOx浓度)等信号，以此计算得到的废气质量流量、SCR系统热力学状态等作为控制算法的输入条件计算出系统所需的还原剂质量，再通过DCU控制尿素泵和尿素喷嘴等执行机构准确的喷入相应的还原剂。排气温度传感器测量值作为尿素喷射最重要的开关信号。
由于SCR系统需要在一定的温度窗口才能有效的发挥催化转化作用，因此需要通过安装在SCR系统上游或者下游的温度传感器指示SCR温度，以控制系统尿素的喷射时机。针对SCR系统的这一特性，目前在用车市场上存在一些针对温度传感器的作弊方法：如将温度传感器垫高或拔出等行为，使其测量的温度在大部分时间内都低于SCR系统正常工作所需的温度，以此避免尿素喷射，以达到降低运营费用的目的。
OBD远程监管终端(后文简称终端)通常安装在车辆OBD诊断接口，可采集车辆在运行过程中的主要运行参数(如：转速、进气质量流量、喷油量/燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度、SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等)，并通过终端的4G模块将数据按制定格式发送至机动车排放远程监管平台(后文简称平台)。
机动车排放远程监管平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，并对车载终端所上传的数据进行一系列地收集、处理、存储、计算、展示和管理等操作，以实现相应的监管服务功能。
发明内容
本发明的目的是，为了对柴油车在使用过程中可能存在的排气温度传感器作弊行为进行识别解决，提出一种基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法。
本发明实现的技术方案如下，本发明基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，所述方法通过终端以至少1Hz的频率采集发动机动态运行数据和静态数据，并通过远程监管终端上传至远程监管平台；远程监管平台将车辆上传的动态运行数据输入相应的诊断模块进行信号诊断；通过比对当前车辆的排气温度分布特征和数据库中该类车辆的排气温度分布特征，做出温度信号是否合理的判断。
本发明基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，步骤如下：
(1)通过OBD远程监管终端采集目标车辆与排气温度传感器信号诊断相关动态运行参数和车辆注册登记信息静态参数并上传至平台。
(2)平台接收到终端上传的数据后，通过对数据静态参数部分的识别，将诊断模块的参数配置为数据库中已有该类车辆的诊断特征参数，特征参数包括排气温度达标时间标准比率(依据标定获得)RTL和诊断特征喷油量Fn(模型标定阶段与RTL最接近的喷油量下时间比率Rn所对应的喷油量)。
(3)车辆诊断模块的特征参数是经过实车测试数据或平台至少5辆同类车辆的数据标定后确定的。
(4)诊断模块首先按照喷油量信息将同一时间戳的SCR上/下游排气温度数据放入模块输入中，当模块中的排气温度数据积累一定时间(热机运行时间限值)后，统计排气温度超过标定温度(一般设为200℃左右)的数据时间，以此计算排气温度达标时间比率RT，并将RT和诊断模块中的排气温度达标时间标准比率RTL比对。
(5)对于每个车辆类型的诊断模块，在经过步骤(4)中相同的热机运行时间后，其不同的喷油量下会有不同的时间分布比率Rn，用排气温度达标时间标准比率RTL减去测量得到的时间分布比率Rn得到Un。
(6)当经历足够长的一段热机运行时间后，认为诊断模块的输出结果稳定且可信，此时将排气温度达标时间标准比率RTL和诊断特征喷油量更高一级的喷油量所占时间比率Rn+1结果对比，结合步骤(4)中所述的对比结果，得出排气温度传感器合理性判断的最终结果；如果RT<RTL且Un+1<0，则温度传感器存在作弊行为。
所述发动机动态运行数据包括发动机净输出扭矩、摩擦扭矩、油门踏板开度、燃油消耗率、发动机转速、车速、SCR上游温度传感器测量值或SCR下游传感器测量值、发动机运行时间、冷却液温度。
所述目标车辆必须安装OBD远程监管终端，并且远程监管终端通过OBD接口所能够上传的数据至少包括发动机转速、SCR上游温度传感器测量值或SCR下游传感器测量值、发动机喷油量或燃油消耗率。
所述OBD远程监控终端必须将数据上传至统一的远程监管平台，远程监管平台通过已经标定过的诊断模块对排气温度传感器信号进行诊断。
所述目标车辆热机运行时间必须超过热机运行标定限值，其上传至远程监管平台的数据量才能够保证诊断结果的有效性。
所述计算排气温度达标时间比率RT时，对标定温度的修正需要依靠车辆运行的环境温度进行修正。
所述该类车辆的诊断特征参数必须是经过标定的，标定通过两种方法实现，其一：通过对正常状态的实车测量获得相应的数据，对诊断模块进行标定；其二：通过平台已有的同类车辆数据进行数据筛选和特征提取，对诊断模块进行标定。
本发明的有益效果是，本发明方法可以有效识别由于温度传感器垫高(部分拔出)或完全拔出使得传感器测量温度显著低于实际排气温度的作弊行为，使得在用车SCR系统的非正常工作状态能够被有效识别，通过环保部门的精准监管进而有效约束此类作弊行为，为降低在用柴油车NOx排放做出实质贡献。
附图说明
图1为现有的Urea-SCR系统结构示意图；
图2为OBD远程监管系统工作原理图；
图3为排气温度传感器信号合理性进行诊断的流程图；
图4为排气温度传感器诊断模块的特征喷油量标定方法示意图；
图5为基于不同喷油量下的排温分布特征对排气温度传感器进行诊断的具体方法示意图。
具体实施方式
现有Urea-SCR系统结构和工作原理图如图1所示。
Urea-SCR系统使用AdBlue作为还原剂还原排气中的NOx，主要由SCR催化器、尿素混合器、尿素泵、尿素喷嘴、尿素罐总成、SCR控制单元(DCU)、SCR催化器上游温度传感器、SCR催化器下游温度传感器、SCR催化器上游NOx浓度传感器、SCR催化器下游NOx浓度传感器、尿素液位传感器、尿素温度传感器、尿素品质传感器等组成。图中，长的宽箭头表示还原剂流动方向，短的宽箭头表示排气流动方向，细实线箭头表示信号方向。
SCR系统工作时，SCR控制单元(DCU)从CAN总线读取转速、扭矩、喷油量、冷却水温度、增压压力、进气温度、排气温度、NOx传感器测得的上游NOx浓度(或通过NOx原排模型预估的上游NOx浓度)等信号，以此计算得到的废气质量流量、SCR系统热力学状态等作为控制算法的输入条件计算出系统所需的还原剂质量，再通过DCU控制尿素泵和尿素喷嘴等执行机构准确的喷入相应的还原剂。排气温度传感器测量值作为尿素喷射最重要的开关信号。
本实施例OBD远程监管系统工作原理图如图2所示。
OBD远程监管终端通常安装在车辆OBD诊断接口，可通过CAN总线采集车辆在运行过程中的主要运行参数(如：发动机转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度/SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等)，并通过终端的4G模块将数据按制定格式发送至机动车排放远程监管平台。平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，进行一系列数据预处理、存储及计算等操作，以实现相应的功能。本发明所述及的诊断方法即通过平台结合多车大数据实现。
本实施例对排气温度传感器信号合理性进行诊断的流程如图3所示。
首先通过OBD远程监管终端采集目标车辆的相关参数并上传至远程监管平台，远程监管平台将诊断模块的参数配置为数据库中已有该类车辆的诊断特征参数(包括排气温度达标时间标准比率RTL和诊断特征喷油量Fn)。当目标车辆热机运行时间超过标定限值后，诊断模块统计排气温度超过标定温度的数据时间及与总时间占比RT同时将RT和RTL进行比较。对于不同的喷油量下将产生不同的喷油量下时间占比Rn，将Rn值和RTL比对，如果RT小于Rn+1，并且RT小于RTL，做出排气温度传感器信号不合理的判断结果。
本实施例排气温度传感器诊断模块的诊断特征喷油量标定方法如图4所示。
首先，针对目标车型，选择一辆车况正常，排气温度传感器性能正常的车辆进行数据采集，通过连接在车辆OBD接口的终端设备，采集发动机净输出扭矩(％)、燃油消耗率、排气温度、发动机转速、冷却水温等数据。
当发动机启动后，对发动机冷却水温进行监测，一旦监测到冷却水温度超过70℃，发动机热机工作时间计数器开始工作，用以统计发动机热机后的总运行时间。
长时间持续采集数据后，分别统计发动机热机后，喷油量>12mg/stk，>18mg/stk，>24mg/stk，>30mg/stk，>36mg/stk，>42mg/stk，>48mg/stk的时间，并将相应的时间和热机后的总运行时间相除，得到不同喷油量下的时间分布情况，记录下各个喷油量下的时间比率(分别记为R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8)。
同时，在同样的热机总运行时间内，统计发动机热机后，SCR上游或者下游温度传感器的信号值大于标定温度的时间(如：200℃)的时间，将此时间与热机总时间之比定义为排气温度达标时间比率RT,并记录这一比率的值。
选择和排气温度达标时间标准比率RTL最接近的喷油量范围时间比率所对应的喷油量为该模块的诊断特征喷油量。
本实施例基于不同喷油量下的排温分布特征对排气温度传感器进行诊断的方法如图5所示。
当安装了OBD远程监管终端的车辆发动机启动后，平台通过终端上传的数据对发动机冷却水温进行监测，一旦监测到冷却水温度超过70℃，发动机热机工作时间计数器开始工作，用以统计发动机热机后的总运行时间。
平台接收到终端上传的数据后，通过对数据静态参数部分的识别，将诊断模块的参数配置为数据库中已有该类车辆的诊断特征值，选择和后处理温度达标时间标准比率(依据标定获得)RTL最接近的喷油量下时间比率Rn所对应的喷油量为该模块的诊断特征喷油量。RTL和Fn即为该诊断模块的特征参数。
经过一段足够长的数据采集时间后，分别统计发动机热机后，净喷油量>12mg/stk，>18mg/stk，>24mg/stk，>30mg/stk，>36mg/stk，>42mg/stk，>48mg/stk的时间；并将相应的时间和热机后的总运行时间相除，得到不同喷油量下的时间分布情况，记录下各个喷油量下的时间比率(分别记为R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8)。
同时，在同样的热机总运行时间内，统计发动机热机后，SCR上游或者下游温度传感器的信号值大于200℃的时间，此即后处理温度实际达标时间比率RT。RT和相应的喷油量下的时间比率Rn的差值记为Un，假设该车型的特征喷油量为24mg/stk，则计算RT和大于30mg/stk喷油量下的时间比率R5的差值U5；如果U5<0，同时RT<RTL，则认为温度传感器可能存在作弊行为。

Claims (8)

1.一种基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述方法通过OBD远程监管终端以至少1Hz的频率采集发动机动态运行数据和静态数据，并通过OBD远程监管终端上传至平台；平台将车辆上传的动态运行数据输入相应的诊断模块进行信号诊断；通过比对当前车辆的排气温度分布特征和数据库中该类车辆的排气温度分布特征，做出温度信号是否合理的判断；
所述方法步骤如下：
(1)通过OBD远程监管终端采集目标车辆与排温传感器信号诊断相关动态运行数据和车辆注册登记信息静态数据并上传至平台；
(2)平台接收到终端上传的数据后，通过对数据中静态数据部分的识别，将诊断模块的参数配置为数据库中已有该类车辆的诊断特征参数，特征参数包括排气温度达标时间标准比率RTL和诊断特征喷油量Fn；
(3)诊断模块的特征参数是经过实车测试数据或平台至少5辆同类车辆的数据标定后确定的；
(4)诊断模块首先按照喷油量信息将同一时间戳的SCR上/下游排气温度数据放入模块输入中，当模块中的排气温度数据积累一定时间后，统计排气温度超过标定温度的数据时间，以此计算排气温度达标时间比率RT，并将RT和诊断模块中的排气温度达标时间标准比率RTL比对；
(5)对于每个车辆类型的诊断模块，在经过步骤(4)中相同的热机运行时间后，其不同的喷油量下会有不同的时间分布比率Rn，用排气温度达标时间标准比率RTL减去测量得到的时间分布比率Rn得到Un；
(6)当经历足够长的一段热机运行时间后，认为诊断模块的输出结果稳定且可信，此时将排气温度达标时间标准比率RTL减去诊断特征喷油量更高一级的喷油量时间分布比率Rn+1，得到Un+1；结合步骤(4)中排气温度达标时间比率RT和排气温度达标时间标准比率RTL的对比结果，得出排温传感器合理性判断的最终结果；如果RT<RTL且Un+1<0，则排温传感器存在作弊行为。
2.根据权利要求1所述的基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述目标车辆必须安装OBD远程监管终端，并且远程监管终端通过OBD接口所能够上传的数据至少包括发动机转速、SCR上游排温传感器测量值或SCR下游排温传感器测量值、发动机净输出扭矩。
3.根据权利要求1所述的基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述OBD远程监管终端必须将数据上传至统一的平台，平台通过已经标定过的诊断模块对排温传感器信号进行诊断。
4.根据权利要求1所述的基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述目标车辆热机运行时间必须超过热机运行标定限值，其上传至平台的数据量才能够保证诊断结果的有效性。
5.根据权利要求1所述的基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述计算排气温度达标时间比率RT时，对标定温度的修正需要依靠车辆运行的环境温度进行修正。
6.根据权利要求1所述的基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述该类车辆的诊断特征参数必须是经过标定的，标定通过两种方法实现：
(1)通过对正常状态的实车测量获得相应的数据，对诊断模块进行标定；
(2)通过平台已有的同类车辆数据进行数据筛选和特征提取，对诊断模块进行标定。
7.根据权利要求1所述的基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述诊断模块中有各类型车辆的大量历史数据或实车标定数据，包括在一定喷油量范围内的排气温度分布特征。
8.根据权利要求1所述的基于不同喷油量下排温特征的排温传感器诊断方法，其特征在于，所述诊断特征喷油量Fn为诊断模块标定阶段与RTL最接近的喷油量时间分布比率Rn所对应的喷油量。
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