CN114109570B - 一种用于gpf的单膜压差传感器故障监控方法 - Google Patents

一种用于gpf的单膜压差传感器故障监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，单膜压差传感器的一端连接上游连接管路，另一端连接下游连接管路，上游连接管路与GPF的进汽管路连接，下游连接管路与GPF的排气管路连接，监控单膜压差传感器后管脱落的方法包括：获取GPF的上游压力P1、GPF下游压力P2以及消音器下游处压力Pamb，获取GPF的上游压力P1、GPF下游压力P2以及消音器下游处压力Pamb，获取并判断单膜压差传感器实际测得的压力差，根据单膜压差传感器实际测得的压力差，对GPF的单膜压差传感器进行故障诊断。与现有技术相比，本发明具有识别效率高、节省成本等优点。

Description

一种用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法
技术领域
本发明涉及车辆发动机技术领域，尤其是涉及一种用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法。
背景技术
GPF(Gasoline Particulate Filter，汽油机颗粒捕集器)是一种安装在汽油发动机排放系统中的陶瓷过滤器，它可以在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉。GPF是利用其内腔载体上的贵金属涂层对经过发动机燃烧后的污染物颗粒进行捕捉净化的装置，从而达到满足法规规定的排放物限值要求。然而当内腔载体破裂或空载时就无法对排气污染物进行捕集，有违反法规的风险。
目前汽车制造相关企业主要利用压差传感器对GPF上下游压差进行监测，正常情况下排气气流通过GPF时会在其上下游之间产生压差，然而当空载或者载体破裂时，上下游形成通路不会产生压差，压差传感器正是利用这种特性检测出GPF是否处于故障状态，从而是否要点亮MIL灯(Malfunction Indicator Lamp，故障指示灯)告知车主车辆状态。但由于大部分车型均搭载了单模压差传感器，其只能计算上下游之间的压差，无法计算各自管路的绝对压力，因此当下游管路脱落时，压差传感器测得实际压差为上游与大气之间的压差，此压差值大于诊断逻辑中的模型压差值，系统检测出依旧为正常状态，无法报出故障；而且当极端条件出现时(如空载+后管(下游管路)脱落)，较大排气流量下的压差也会表现出正常值，无法检测出法规要求的GPF载体移除故障，有违反法规风险。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，该方法可在不变更硬件的情况下，通过优化软件诊断逻辑即可实现对GPF载体移除及单膜压差传感器后管脱落的诊断，既能节省成本又能达到满足法规的要求。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，单膜压差传感器的一端连接上游连接管路，另一端连接下游连接管路，上游连接管路与GPF的进汽管路连接，下游连接管路与GPF的排气管路连接，用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法包括：
计算单膜压差传感器的压差信号，并对压差信号进行修正补偿；
判断整车是否上电/清故障/诊断完成，若是，则进行复位，重新开始计算单膜压差传感器的压差，并对时间和压差进行积分，否则，同时对时间和压差进行积分；
对积分值进行判定，若积分值大于或等于阈值，则报出故障并做出警示，否则，诊断无故障。
所述单膜压差传感器的压差通过GPF的上游压力P1、GPF下游压力P2以及消音器下游处压力Pamb计算，根据单膜压差传感器实际测得的压力差，对GPF的单膜压差传感器进行故障诊断。
对GPF的单膜压差传感器进行故障诊断包括同时进行的GPF移除故障诊断步骤及单膜压差传感器的后管脱落故障诊断步骤。
所述GPF移除故障诊断的具体内容为：
在车辆未启动时，通过模型计算得到单膜压差传感器的模型压差，将其与单膜压差传感器实际的实际压差进行比较得到模实压差；取一定时间内模实压差的累积值，若累积值大于标定的阈值，则认为GPF载体被移除。
所述单膜压差传感器的后管脱落故障诊断步骤包括单膜压差传感器正常无故障状态、单膜压差传感器后管脱落状态或GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生状态。所述单膜压差传感器的后管脱落故障诊断步骤的具体内容为：
获取并判断单膜压差传感器实际测得的压力差是否为P1-P2，若是，则单膜压差传感器正常无故障，否则，判断单膜压差传感器测得的压力差是否为P1-Pamb且Pamb保持不变，若是，令车辆上电启动，故障监测开始，时间累计值增加，当达到时间阈值时诊断完成；同时，模实压差的累积值同样增加，当该模实压差的累积值最大不超出最高设定阈值时，则判断正常无故障，若该模实压差的累积值超过最低设定阈值时，则判断有发生后管脱落故障情况。
判断有发生后管脱落故障情况后，还包括步骤：执行是否为单膜压差传感器后管脱落状态或GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生状态的判断操作。
执行是否为单膜压差传感器后管脱落状态或GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生状态的判断操作的具体内容为：
判断压差传感器实测压差是否接近0，并判断模实压差是否接近1，在一定时间内对模实压差进行累加，当其累加值大于设定阈值时则判断GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生。
进一步地，各设定阈值为系统自定义设置的阈值，或为用户根据经验设置的经验值。
进一步地，报出故障并做出警示的方式包括但不限于点亮MIL灯。
进一步地，上述各设定阈值均为系统自定义设置，或为用户根据经验设置的经验值。
本发明提供的用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
1)通过实施本发明方法，能够解决现有技术中存在的单膜压差传感器无法对后管脱落故障进行诊断、当出现后管脱落+载体移除故障时可能无法检测出法规要求的GPF载体移除故障等问题，且本发明仅需压差传感器运行正常即能准确识别出载体移除、后管脱落或后管脱落+载体移除等故障，识别效率有很大幅度提升。
2)本发明在不变更硬件的情况下，通过优化软件诊断逻辑即可实现对后管脱落的诊断，既能节省成本又能达到满足法规的要求。
附图说明
图1为实施例中GPF与安装的压差传感器示意图；
图2为实施例中GPF载体移除+后管脱落的压力示意图；
图3为实施例中用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法的流程示意图；
图4为实施例中本发明对于后管脱落的诊断优化逻辑图；
图5为实施例中后管脱落故障数据分析；
图6为实施例中载体移除故障数据分析；
图7为实施例中载体移除+后管脱落故障数据分析；
图1中标号所示：
1、GPF，2、压差传感器，3、上游连接管路，4、下游连接管路，5、排气管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供一种用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，旨在利用后管(下游管路)脱落与否时产生的实际压差变化来对其进行监测，从而能够诊断出此故障状况，满足法规要求。
正常情况下GPF实际压差应稍高于模型压差，两者之间差距较小；而当后管脱落时实际压差要显著高于模型压差，两者之间差距较大。当对实际压差和模型压差之间的差值进行积分后得到的结果也会不同，正是利用这种特性可以诊断出后管是否脱落。
基于上述思路，本发明用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法的具体检测原理如下：
当GPF中捕集的颗粒物过多，导致GPF背压过高时，将会导致发动机排气背压上升，影响发动机的动力性能。因此，也需要对GPF背压过高故障进行监测。为实现GPF移除及背压过高的故障监测，需要在GPF上安装一个压差传感器，用于测量排气流经GPF时产生的压力降，如图1所示。安装的压差传感器2的一端连接上游连接管路3，另一端连接下游连接管路4，GPF1的进气口通过上游连接管路3与压差传感器2连接，GPF1的出气口通过下游连接管路4与压差传感器2连接，GPF1的出气口连接排气管路5。
其原理如下：首先通过模型计算得到压差传感器模型压差P_Model，将其与压差传感器测得实际压差P_Sensor进行比较得到：模实压差P_delta＝(P_Model-P_Sensor)/P_Model，取一定时间内P_delta的累积值，如果累积值大于标定的阈值，则认为GPF载体被移除。
在正常情况下，模型压差与实际压差比较接近，模实压差P_delta近似为0；当出现载体移除情况时，压差传感器实测压差接近为0，P_delta理论上在1附近，在一定时间内会对其进行累加，当其累加值大于设定阈值时则报出GPF移除故障。
目前汽车行业主要采用的涡轮增压发动机，如市面上常见的VEP4发动机的压差传感器采用的是单膜类型，即只能得到GPF上下游的压差，而得不到上下游各自的绝对压力值，如果GPF压差和消声器压差接近，这样当GPF载体移除+后管脱落时，可能会带来法规风险。
如图2所示：假设GPF上游压力为P1，GPF下游压力为P2，消音器下游处压力为Pamb(环境压力)。正常情况下，压差传感器测得压力差为P1-P2，消音器压差为P2-Pamb。如果出现GPF载体被移除+后管脱落的情况，此时压差传感器测得的压差为P1-Pamb；而此时P1＝P2，所以压差传感器的压力也等于P2-Pamb，如果正常情况下GPF的压差和消音器的压差比较接近，此时故障情况下的压差值和正常情况下压差传感器的压差值也接近，可能会监测不出GPF载体移除故障，存在违反法规要求的风险。
考虑到当后管脱落故障存在时，压差传感器测得的实际压差等于上游压力减去大气压力即P1-Pamb，且Pamb一般保持不变，而P1随着排气流量的增大而增大，因此相对于正常情况下的实际压差(P1-P2，P2会随排气流量增大而增大)会变大，P_delta为负值，本发明利用这一特性，提供的具体监控流程如图3所示，主要步骤包括：
1、计算压差信号，并对压差信号进行修正补偿。
2、判断整车是否上电/清故障/诊断完成，若是，则复位为0，重新开始计算压差，并对时间和压差进行积分，否则，同时对时间和压差进行积分。
3、对时间和压差进行积分后，对积分值进行判定。若积分值大于或等于阈值，则报出故障并做出警示，否则，诊断无故障。
图4为图3中涉及的详细逻辑图，图中：L_C2模块表示二维差值模块；OR模块表示或计算模块；+-模块为相减模块；×模块为二值相乘模块；e-r-rv-inc模块表示积分模块；r为1时积分重置为0，rv表示重置值；＞＝模块为输出值与阈值的判断模块；
Figure BDA0003377089260000051
模块为取上一时刻的输出值模块。ts表示车辆运行的时间。英文注释含义如下：
Figure BDA0003377089260000052
Figure BDA0003377089260000061
B_entryDsOff(监测准入条件)为1时进行后续逻辑运算，否则不执行。L_C2模块将排气体积流量与GPF碳载量计算二维差值，得到补偿值结果。实时获取的压差瞬时值通过与L_C2模块输出的补偿值输入相减模块，再与当前车辆运行时间进行二值相乘后输入至积分模块，输入还包括积分重置、监测准入条件，以获取压差积分值。
根据图3、图4的逻辑，踩油门使车辆起步并在较大进气流量时，诊断使能条件B_entryDsOff(监测准入条件)会变为1，此时测量信号t_tstVal2(使能条件变为1后的时间累积值，即积分时间)会增加，当达到积分时间限值(时间阈值)80s时即诊断完成；同时，测量信号z_tstValDsOff(使能条件变为1后的P_delta累积值，即压差积分值)也会增加：正常无故障情况下此累积值最大不会超过-10，因此不会触发报警亮MIL灯信号；而当后管脱落故障情况下此累计值会超出阈值-50，因此而触发报警亮MIL灯信号。进一步地，报出故障并做出警示的方式包括但不限于点亮MIL灯。
需要说明的是，本申请涉及的各设定阈值均为系统自定义设置的，或者为用户根据经验设置的经验值，本申请并不做限定。
针对以上逻辑优化，并对模型压差进行精细化标定后，本实施例分别测试了以下三种情况来验证本发明方法的有效性：1)后管脱落；2)载体移除；3)载体移除+后管脱落。
1、后管脱落
本实施例在试验车上进行相关测试，首先拔除后管形成故障，利用INCA(Integrated Calibration and Acquisition System，发动机电控标定系统)采集相关数据，如图5所示，实际压差高于模型压差，在经过积分时间限值(时间阈值)的累计时间后P_delta累积值超过故障阈值并报出故障码，测试有效。
2、载体移除
图6为将GPF载体移除后进行道路试验测试的数据，由于GPF管道为空，所以其上下游实际压差近乎接近于0，从图中可以看出其值基本稳定在0kpa左右，而模型压差则随着进气流量的变化而变化，当进入使能条件后经过积分时间限值(时间阈值)的累积时间即可报出相应故障码，测试有效。
3、载体移除+后管脱落
同时造GPF载体移除和拔除后管的故障，测试结果如图7所示，在较小负荷时模型压差高于实际压差，在经过一段时间的累计后也能报出GPF故障，因此测试也无问题。
采用本发明方法能够解决现有技术中存在的单膜压差传感器无法对后管脱落故障进行诊断、当出现后管脱落+载体移除故障时可能无法检测出法规要求的GPF载体移除故障等问题，且本发明仅需压差传感器运行正常即能准确识别出载体移除、后管脱落或后管脱落+载体移除等故障，识别效率有很大幅度提升。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，单膜压差传感器的一端连接上游连接管路，另一端连接下游连接管路，上游连接管路与GPF的进汽管路连接，下游连接管路与GPF的排气管路连接，其特征在于，用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法包括：
计算单膜压差传感器的压差信号，并对压差信号进行修正补偿；
判断整车是否上电/清故障/诊断完成，若是，则复位，重新开始计算单膜压差传感器的压差，并对时间和压差进行积分，否则，同时对时间和压差进行积分；
对压差的积分值进行判定，若积分值大于或等于阈值，则报出故障并做出警示，否则，诊断无故障；
所述单膜压差传感器的压差通过GPF的上游压力P1、GPF下游压力P2以及消音器下游处压力Pamb计算，根据单膜压差传感器实际测得的压力差，对GPF的单膜压差传感器进行故障诊断；
对GPF的单膜压差传感器进行故障诊断包括同时进行的GPF移除故障诊断步骤及单膜压差传感器的后管脱落故障诊断步骤；
所述GPF移除故障诊断步骤的具体内容为：
在车辆未启动时，通过模型计算得到单膜压差传感器的模型压差，将其与单膜压差传感器实际的实际压差进行比较得到模实压差；取一定时间内模实压差的累积值，若累积值大于标定的阈值，则认为GPF载体被移除；
所述单膜压差传感器的后管脱落故障诊断的诊断结果包括单膜压差传感器正常无故障状态、单膜压差传感器后管脱落状态或GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生状态；
所述单膜压差传感器的后管脱落故障诊断步骤的具体内容为：
获取并判断单膜压差传感器实际测得的压力差是否为P1-P2，若是，则单膜压差传感器正常无故障，否则，判断单膜压差传感器测得的压力差是否为P1-Pamb且Pamb保持不变，若是，令车辆上电启动，故障监测开始，时间累计值增加，当达到时间阈值时诊断完成；同时，模实压差的累积值同样增加，当该模实压差的累积值最大不超出最高设定阈值时，则判断正常无故障，若该模实压差的累积值超过最低设定阈值时，则判断有发生后管脱落故障情况。
2.根据权利要求1所述的用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，其特征在于，判断有发生后管脱落故障情况后，还包括步骤：执行是否为单膜压差传感器后管脱落状态或GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生状态的判断操作。
3.根据权利要求2所述的用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，其特征在于，执行是否为单膜压差传感器后管脱落状态或GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生状态的判断操作的具体内容为：
判断压差传感器实测压差是否接近0，并判断模实压差是否接近1，在一定时间内对模实压差进行累加，当其累加值大于设定阈值时则判断GPF载体移除、单膜压差传感器后管脱落同时发生。
4.根据权利要求3所述的用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，其特征在于，各设定阈值为系统自定义设置的阈值，或为用户根据经验设置的经验值。
5.根据权利要求1所述的用于GPF的单膜压差传感器故障监控方法，其特征在于，报出故障并做出警示的方式包括但不限于点亮MIL灯。
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