CN115370455B - 一种尿素液位及质量诊断方法、诊断系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种尿素液位及质量诊断方法、诊断系统及车辆，涉及重型柴油车传感器技术领域，电子控制单元通过CAN总线分别与尿素温度传感器、尿素液位传感器、尿素箱底部压力传感器以及尿素浓度检测器通信连接；电子控制单元读取上述电气元件感应的信号，依次计算修正尿素液位和尿素密度；判断尿素液位低故障检测条件是否满足，以及判断尿素液位是否低于故障阈值；基于判断结果进行处理；还判断尿素质量差故障检测条件是否满足，以及判断尿素密度是否超出故障阈值范围以及尿素浓度是否超出故障阈值范围，基于判断结果进行处理。方法降低整车故障率，提高了用户满意度。

Description

一种尿素液位及质量诊断方法、诊断系统及车辆

技术领域

本发明涉及重型柴油车传感器技术领域，尤其涉及一种尿素液位及质量诊断方法、诊断系统及车辆。

背景技术

为了达到重型柴油车排放法规第六阶段排放要求，一般采用选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)利用尿素作为还反应剂，将汽车尾气中的氮氧化物还原成氮气与水。国六排放法规中规定对反应剂尿素供给、反应剂尿素质量进行监控，一旦发生故障后会触发驾驶员报警系统及驾驶性能限制系统，直接影响用户体验，因此尿素液位温度质量传感器故障诊断精度非常重要。

现有尿素液位温度质量传感器故障诊断技术中，存在以下问题：在频繁上下坡工况时，尿素液位温度质量传感器尿素液位浮子悬浮的尿素液位面与水平面角度较大，尿素液位温度质量传感器计算的尿素液位不准，导致尿素液位低故障频繁发生；二是在加注尿素后或者颠簸工况下，尿素箱内会产生气泡，会影响尿素液位温度质量传感器超声波测量浓度探头精度，进而导致尿素质量差故障频繁发生。

中国专利号CN 207764080 U通过压强公式计算尿素密度进而得出尿素浓度，并没有考虑上下坡工况对尿素液位影响，进而会导致尿素密度计算偏差。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种尿素液位及质量诊断方法，方法降低尿素液位低故障及尿素质量差故障误报风险。

尿素液位及质量诊断方法包括：

a）电子控制单元读取原始尿素液位信号、原始尿素浓度信号、坡度信号以及压力信号；

b）计算修正尿素液位；

c）计算尿素密度；

d）判断尿素液位低故障检测条件是否满足，如是则转至e），如否保持在d）继续判断；

e）判断尿素液位是否低于故障阈值，如是则转至f），如否则转至g）；

f）尿素液位低故障状态置位，转至h）；

g）尿素液位低故障状态清零，转至h）；

h）判断尿素质量差故障检测条件是否满足，如为是，则转至i）；

如为否保持在h），继续判断；

i）判断尿素密度是否超出故障阈值范围以及尿素浓度是否超出故障阈值范围；

如均是超范围，则转至j）；

如均为否，则转至k）；

j）标识尿素质量差，将故障状态置位，转至结束；

k）标识尿素质量差，将故障状态清零，转至结束。

进一步需要说明的是，电子控制单元通过尿素温度质量传感器获取尿素温度信号、获取原始尿素液位信号、获取原始尿素浓度信号；

本发明中的尿素温度、液位、浓度通过尿素液位温度质量传感器可同时得到，尿素液位温度质量传感器是一个可测试液位、质量及浓度的传感器。

电子控制单元通过尿素箱底部压力传感器获取压力信号；

电子控制单元从电子地图读取坡度信号。

进一步需要说明的是，不在尿素加注过程中是通过尿素液位不再上升10%×满量程范围的2分钟后进行判断。

进一步需要说明的是，计算修正尿素液位按照如下公式进行计算：

，其中h为修正后尿素液位，h_Raw为原始尿素液位，单位均为 mm；θ为水平坡度，单位为°，上坡时θ为正值，下坡时θ为负值。

进一步需要说明的是，尿素密度按照如下公式计算：

，其中ρ为尿素密度，单位为

；P为尿素箱底部压力，单位为Pa； g为重力加速度，单位为9.8N/kg；h为修正后尿素液位，单位为mm。

进一步需要说明的是，判断尿素液位低故障检测条件包括：尿素解冻完成，尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器均无影响测量的硬件故障以及无CAN Busoff故障。

进一步需要说明的是，尿素液位低于故障阈值判断时采用的故障阈值设置分为10%×满量程、5%×满量程、1%×满量程三个等级。

进一步需要说明的是，尿素密度正常阈值范围为1087kg/m^3—1093.kg/m^3;

尿素浓度正常阈值范围为CDmin—40%；其中CDmin为冷热WHTC循环下游NOx排放为460mg/Kwh时尿素浓度。

本发明还提供一种尿素液位及质量诊断系统，系统包括：电子控制单元、地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器；

电子控制单元通过CAN总线分别与地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器通信连接；

电子控制单元采用标准1939报文格式分别读取分别与地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器的信号；

电子控制单元读取上述电气元件感应的信号，依次计算修正尿素液位和尿素密度；

判断尿素液位低故障检测条件是否满足，以及判断尿素液位是否低于故障阈值；

基于判断结果对尿素液位低故障状态置位，或者尿素液位低故障状态清零；

电子控制单元还用于判断尿素质量差故障检测条件是否满足，以及判断尿素密度是否超出故障阈值范围以及尿素浓度是否超出故障阈值范围；如均是超范围，则标识尿素质量差，将故障状态置位，转至结束；

如均为否，则标识尿素质量差，将故障状态清零，转至结束。

本发明还提供一种车辆，包括：尿素液位及质量诊断方法；

车辆为商用车。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提出的尿素液位温度质量传感器故障诊断方法及系统增加了利用坡度信号对尿素液位信号修正，减少频繁上下坡时尿素液位低故障误报的风险；根据修正后的尿素液位信号和尿素箱底部压力信号计算的尿素密度进行尿素质量差故障判断，降低了气泡影响尿素液位温度质量传感器浓度测量探头精度导致尿素质量差故障误报风险，降低整车故障率，提高了用户满意度。

本发明提出的尿素液位温度质量传感器故障诊断方法及系统可以在车辆频繁上下坡工况时，解决尿素液位温度质量传感器尿素液位浮子悬浮的尿素液位面与水平面角度较大，尿素液位温度质量传感器计算的尿素液位不准的问题。尿素箱底部压力信号计算的尿素密度进行尿素质量差故障判断解决了在加注尿素后或者颠簸工况下，尿素箱内产生气泡，影响尿素液位温度质量传感器超声波测量浓度探头精度的问题。进而避免了尿素质量差故障频繁发生，保障车辆的稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为尿素液位及质量诊断方法流程图；

图2为尿素液位及质量诊断系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种尿素液位及质量诊断方法，方法考虑上下坡工况对尿素液位影响，避免导致尿素密度计算偏差。

对于本发明涉及的尿素液位及质量诊断方法可以应用到车辆上，车辆可以为商用车。比如载货汽车和9座以上的客车，具体可以为客车、货车、半挂牵引车、客车非完整车辆和货车非完整车辆。

对于本发明涉及的尿素液位及质量诊断方法的车辆，可以利用电子地图计算的坡度信号对尿素液位温度质量传感器发出的尿素液位信号进行修正，然后利用修正后的尿素液位信号和尿素箱底部压力信号计算得到尿素密度，最后对修正后尿素液位、尿素密度及尿素浓度进行故障判断；如修正后尿素液位低于尿素液位低故障阈值则报尿素液位低故障，提醒司机添加尿素，如尿素密度及尿素浓度同时超出尿素质量差故障阈值则报尿素质量差故障。

进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的具体实施过程，该方法包括：如图1所示，

S100、电子控制单元读取原始尿素液位信号、原始尿素浓度信号、坡度信号以及压力信号；

S101、计算修正尿素液位；

具体计算方式为：修正尿素液位按照如下公式计算：

，其中h为 修正后尿素液位，h_Raw为原始尿素液位，单位均为mm；θ为水平坡度，单位为°，上坡时θ为正 值，下坡时θ为负值。

S102、计算尿素密度；

尿素密度按照如下公式计算：

，其中ρ为尿素密度，单位为kg/m^3;P为 尿素箱底部压力，单位为Pa;g为重力加速度，单位为9.8N/kg;h为修正后尿素液位，单位为 mm；

S103、判断尿素液位低故障检测条件是否满足，如是则转至S104，如否保持在S103继续判断；

S104、判断尿素液位是否低于故障阈值，如是则转至S105，如否则转至S106；

S105、尿素液位低故障状态置位，转至S107；

S106、尿素液位低故障状态清零，转至S107；

S107、判断尿素质量差故障检测条件是否满足，如为是，则转至S108；

如为否保持在S107，继续判断；

S108、判断尿素密度是否超出故障阈值范围以及尿素浓度是否超出故障阈值范围；

如均是超范围，则转至S109；

如均为否，则转至S10A；

S109、标识尿素质量差，将故障状态置位，转至结束；

S10A、标识尿素质量差，将故障状态清零，转至结束。

本发明在进行尿素液位温度质量传感器故障诊断之前，判断尿素质量差故障检测是否满足诊断条件，其中诊断添加包括尿素解冻完成、各个传感器无影响浓度测量相关硬件故障、无CAN Busoff故障、不在尿素加注过程中、尿素剩余量大于尿素浓度测量阈值、各个传感器没有检测到其他溶液类型。

其中，影响浓度测量相关硬件故障为传感器测量浓度所用超声波探头组件开路、对地短路、对电源短路及供电电压异常等等。还涉及影响液位测量相关硬件故障为传感器测量液位所用干簧管组件开路、对地短路、对电源短路。

系统无上述硬件故障以及上述问题以后再进行故障诊断，如果出现上述故障，则容易导致无法正常进行故障诊断，各个传感器及电气元件无法正常工作。

本发明中，不在尿素加注过程中是通过尿素液位不再上升10%×满量程范围的2分钟后进行判断。

对于尿素剩余量大于尿素浓度测量阈值是由于液位低时更易产生气泡，进而影响故障诊断过程，所以本发明降低或减少产生气泡，提高诊断准确性。

本实施例中，尿素密度正常阈值范围为1087kg/m^3—1093.kg/m^3;尿素浓度正常阈值范围为CDmin—40%；其中CDmin为冷热WHTC循环下游NOx排放为460mg/Kwh时尿素浓度。

基于上述方法本发明还提供一种尿素液位温度质量传感器故障诊断系统，如图2所示，系统包括：电子控制单元、地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器；

电子控制单元通过CAN总线分别与地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器通信连接；地图模块可以向电子控制单元提供车辆的位置坡度信息，进而电子控制单元可以结合电子地图获取相应的数据信息。

电子控制单元采用标准1939报文格式分别读取分别与地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器的信号；

电子控制单元读取上述电气元件感应的信号，依次计算修正尿素液位和尿素密度；

判断尿素液位低故障检测条件是否满足，以及判断尿素液位是否低于故障阈值；

基于判断结果对尿素液位低故障状态置位，或者尿素液位低故障状态清零；

电子控制单元还用于判断尿素质量差故障检测条件是否满足，以及判断尿素密度是否超出故障阈值范围以及尿素浓度是否超出故障阈值范围；如均是超范围，则标识尿素质量差，将故障状态置位，转至结束；

如均为否，则标识尿素质量差，将故障状态清零，转至结束。

本发明提出的尿素液位温度质量传感器故障诊断系统增加了利用坡度信号对尿素液位信号修正，减少频繁上下坡时尿素液位低故障误报的风险；根据修正后的尿素液位信号和尿素箱底部压力信号计算的尿素密度进行尿素质量差故障判断，降低了气泡影响尿素液位温度质量传感器浓度测量探头精度导致尿素质量差故障误报风险，降低整车故障率，提高了用户满意度。

本发明提出的尿素液位温度质量传感器故障诊断系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本发明提出的尿素液位温度质量传感器故障诊断系统的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本发明涉及的尿素液位温度质量传感器故障诊断方法及诊断系统是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明涉及的尿素液位及质量诊断方法的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种尿素液位及质量诊断方法，其特征在于，方法包括：

a）电子控制单元读取原始尿素液位信号、原始尿素浓度信号、坡度信号以及压力信号；

其中，电子控制单元通过尿素温度质量传感器获取尿素温度信号、获取原始尿素液位信号、获取原始尿素浓度信号；

尿素温度、液位、浓度通过尿素液位温度质量传感器同时得到，尿素液位温度质量传感器是一个测试液位、质量及浓度的传感器；

电子控制单元通过尿素箱底部压力传感器获取压力信号；

电子控制单元从电子地图读取坡度信号；

b）计算修正尿素液位；

c）计算尿素密度；

d）判断尿素液位低故障检测条件是否满足，如是则转至e），如否保持在d）继续判断；

e）判断尿素液位是否低于故障阈值，如是则转至f），如否则转至g）；

f）尿素液位低故障状态置位，转至h）；

g）尿素液位低故障状态清零，转至h）；

h）判断尿素质量差故障检测条件是否满足，如为是，则转至i）；

如为否保持在h），继续判断；

i）判断尿素密度是否超出故障阈值范围以及尿素浓度是否超出故障阈值范围；

如均是超范围，则转至j）；

如均为否，则转至k）；

j）标识尿素质量差，将故障状态置位，转至结束；

k）标识尿素质量差，将故障状态清零，转至结束。

2.根据权利要求1所述的尿素液位及质量诊断方法，其特征在于，

不在尿素加注过程中是通过尿素液位不再上升10%×满量程范围的2分钟后进行判断。

3.根据权利要求1所述的尿素液位及质量诊断方法，其特征在于，

计算修正尿素液位按照如下公式进行计算：

，其中h为修正后尿素液位，h_Raw为原始尿素液位，单 位均为mm；θ为水平坡度，单位为°，上坡时θ为正值，下坡时θ为负值。

4.根据权利要求1所述的尿素液位及质量诊断方法，其特征在于，

尿素密度按照如下公式计算：

，其中ρ为尿素密度，单位为

;P为尿素箱底部压 力，单位为Pa；g为重力加速度，单位为

；h为修正后尿素液位，单位为mm。

5.根据权利要求1所述的尿素液位及质量诊断方法，其特征在于，判断尿素液位低故障检测条件包括：尿素解冻完成，尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器均无影响测量的硬件故障以及无CAN Busoff故障。

6.根据权利要求1所述的尿素液位及质量诊断方法，其特征在于，

尿素液位低于故障阈值判断时采用的故障阈值设置分为10%×满量程、5%×满量程、1%×满量程三个等级。

7.根据权利要求1所述的尿素液位及质量诊断方法，其特征在于，

尿素密度正常阈值范围为1087kg/m^3—1093.kg/m^3;

尿素浓度正常阈值范围为CDmin—40%；其中CDmin为冷热WHTC循环下游NOx排放为460mg/Kwh时尿素浓度。

8.一种尿素液位及质量诊断系统，其特征在于，系统采用如权利要求1至7任意一项所述的尿素液位及质量诊断系统方法；

系统包括：电子控制单元、地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器；

电子控制单元通过CAN总线分别与地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器通信连接；

电子控制单元采用标准1939报文格式分别读取地图模块、尿素液位温度质量传感器、尿素箱底部压力传感器的信号；

电子控制单元读取上述信号，依次计算修正尿素液位和尿素密度；

判断尿素液位低故障检测条件是否满足，以及判断尿素液位是否低于故障阈值；

基于判断结果对尿素液位低故障状态置位，或者尿素液位低故障状态清零；

电子控制单元还用于判断尿素质量差故障检测条件是否满足，以及判断尿素密度是否超出故障阈值范围以及尿素浓度是否超出故障阈值范围；如均是超范围，则标识尿素质量差，将故障状态置位，转至结束；

如均为否，则标识尿素质量差，将故障状态清零，转至结束。

9.一种车辆，其特征在于，包括：采用如权利要求1至7任意一项所述的尿素液位及质量诊断方法；

车辆为商用车。

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