CN117846757A - 一种碳载量估算方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种碳载量估算方法、装置、设备及存储介质，本申请基于柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数的实际测量值，确定与DPF对应的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，并基于此确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式。依据目标延迟时间比和所述目标表达式，确定所述柴油机颗粒捕集器的目标碳载量，所述目标延迟时间比是基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长确定的。相较于现有技术中使用标定量和稳态值计算得到的碳载量更能反映当前DPF的实际状态，本申请实施例估算得到的碳载量精确度更高。
Description
技术领域
本申请涉及内燃机尾气排放后技术领域，更具体地说，涉及一种碳载量估算方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
DPF（Diesel Particulate Filter，柴油机颗粒捕集器）是一种通过物理过滤的方式来捕集颗粒物质的装置，可以有效地减少柴油机的颗粒物质排放。但是随着DPF的使用时间增加，DPF中捕集的颗粒物质会不断地积累，最终导致DPF堵塞，降低对颗粒物质的捕集效率。为避免上述情况的发生，通常可以定时估算用于表征DPF中所积累的颗粒物质的重量的DPF碳载量，根据DPF碳载量对DPF进行维护。
目前对DPF碳载量的估算方法是发动机稳态排放乘以瞬态修正，然后减去被动再生及修正，最后积分得到DPF碳载量。但是，估算得到DPF碳载量与实际DPF碳载量差异较大，数据精确度较低，对DPF维护并无较大参考意义。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种碳载量估算方法、装置、设备及存储介质，用于提升预测碳载量的准确率。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种碳载量估算方法，应用于柴油机颗粒捕集系统的控制器，所述柴油机颗粒捕集系统还包括：柴油机颗粒捕集器和参数测量器，该方法包括：
基于实时检测得到的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，所述元器件包括电容、第一电阻和第二电阻，所述气体流动参数至少包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值；
基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式，所述延迟时间用于表征所述柴油机颗粒捕集器工况改变时，恢复至稳态工况的时长，所述延迟时间比用于表征不同状态下的所述柴油机颗粒捕集器的所述延迟时间之间的关联关系；
基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比；
依据所述目标延迟时间比和所述目标表达式，确定所述柴油机颗粒捕集器的目标碳载量。
可选的，所述基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比，包括：
对零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第一稳态体积流量；
测量零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到所述第一稳态体积流量的第一时长；
对当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第二稳态体积流量；
测量当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，所述排气体积流量达到所述第二稳态体积流量的第二时长；
基于所述第一时长、所述第二时长和预设延迟时间比表达式，确定当前所述柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比。
可选的，所述基于实时检测得到的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，包括：
基于所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动规律，将所述柴油机颗粒捕集器等效为目标等效电路，所述目标等效电路包括：电容、第一电阻和第二电阻，其中所述第一电阻和所述第二电阻串联，所述第二电阻与所述电容并联；
获取所述柴油机颗粒捕集器的气体流动参数，所述气体流动参数包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值，所述流动阻力值至少包括：局部阻力、沿程阻力和渗流阻力的阻力值；
将所述柴油机颗粒捕集器的压差值确定为所述目标等效电路的电源电压值；
将所述排气体积流量值确定为所述目标等效电路中所述第一电阻的电流值；
分别基于所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力的阻力值和预设流阻算法，确定分别与所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻表达式；
将所述局部阻力对应的所述单位面积流阻表达式确定为所述第一电阻的阻值表达式；
将所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻之和，确定为所述第二电阻的阻值表达式；
基于所述柴油机颗粒捕集器的腔室体积和排气压缩系数的乘积，确定所述电容的电容表达式。
可选的，所述基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式，包括：
基于所述目标等效电路、所述元器件的参数表达式以及预设延迟时间表达式，确定所述目标等效电路的充电时间表达式，所述充电时间表达式用于表征所述目标等效电路中电容充电时间与所述柴油机颗粒捕集器碳层厚度的关联关系，所述电容充电时间等效于所述延迟时间；
获取所述柴油机颗粒捕集器中所述碳层厚度与碳载量的关系式；
基于所述关系式和所述充电时间表达式，确定延迟时间表达式，所述延迟时间表达式用于表征所述延迟时间与所述碳载量的关联关系；
基于所述延迟时间表达式，确定延迟时间比对应的目标表达式，所述延迟时间比用于表征零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间与当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间的关联关系，所述目标表达式用于表征所述延迟时间比与所述碳载量的关联关系。
一种碳载量估算装置，应用于柴油机颗粒捕集系统的控制器，所述柴油机颗粒捕集系统还包括：柴油机颗粒捕集器和参数测量器，该装置包括：
电路等效单元，用于基于实时检测得到的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，所述元器件包括电容、第一电阻和第二电阻，所述气体流动参数至少包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值；
目标表达式确定单元，用于基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式，所述延迟时间用于表征所述柴油机颗粒捕集器工况改变时，恢复至稳态工况的时长，所述延迟时间比用于表征不同状态下的所述柴油机颗粒捕集器的所述延迟时间之间的关联关系；
延迟时间比确定单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比；
碳载量确定单元，用于依据所述目标延迟时间比和所述目标表达式，确定所述柴油机颗粒捕集器的目标碳载量。
可选的，所述延迟时间比确定单元，包括：
第一稳态试验子单元，用于对零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第一稳态体积流量；
第一计时子单元，用于测量零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到所述第一稳态体积流量的第一时长；
第二稳态试验子单元，用于对当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第二稳态体积流量；
第二计时子单元，用于测量当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，所述排气体积流量达到所述第二稳态体积流量的第二时长；
延迟时间比确定子单元，用于基于所述第一时长、所述第二时长和预设延迟时间比表达式，确定当前所述柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比。
可选的，所述电路等效单元，包括：
电路等效子单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动规律，将所述柴油机颗粒捕集器等效为目标等效电路，所述目标等效电路包括：电容、第一电阻和第二电阻，其中所述第一电阻和所述第二电阻串联，所述第二电阻与所述电容并联；
参数获取子单元，用于获取所述柴油机颗粒捕集器的气体流动参数，所述气体流动参数包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值，所述流动阻力值至少包括：局部阻力、沿程阻力和渗流阻力的阻力值；
电压值确定子单元，用于将所述柴油机颗粒捕集器的压差值确定为所述目标等效电路的电源电压值；
电流值确定子单元，用于将所述排气体积流量值确定为所述目标等效电路中所述第一电阻的电流值；
流阻确定子单元，用于分别基于所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力的阻力值和预设流阻算法，确定分别与所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻表达式；
第一流阻表达式确定子单元，用于将所述局部阻力对应的所述单位面积流阻表达式确定为所述第一电阻的阻值表达式；
第二流阻表达式确定子单元，用于将所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻之和，确定为所述第二电阻的阻值表达式；
电容表达式确定子单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器的腔室体积和排气压缩系数的乘积，确定所述电容的电容表达式。
可选的，所述目标表达式确定单元，包括：
充电表达式确定子单元，用于基于所述目标等效电路、所述元器件的参数表达式以及预设延迟时间表达式，确定所述目标等效电路的充电时间表达式，所述充电时间表达式用于表征所述目标等效电路中电容充电时间与所述柴油机颗粒捕集器碳层厚度的关联关系，所述电容充电时间等效于所述延迟时间；
关系式获取子单元，用于获取所述柴油机颗粒捕集器中所述碳层厚度与碳载量的关系式；
表达式转换子单元，用于基于所述关系式和所述充电时间表达式，确定延迟时间表达式，所述延迟时间表达式用于表征所述延迟时间与所述碳载量的关联关系；
目标表达式确定子单元，用于基于所述延迟时间表达式，确定延迟时间比对应的目标表达式，所述延迟时间比用于表征零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间与当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间的关联关系，所述目标表达式用于表征所述延迟时间比与所述碳载量的关联关系。
一种碳载量估算设备，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于执行所述程序，实现任一项所述碳载量估算方法的各个步骤。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现任一项所述碳载量估算方法的各个步骤。
考虑到在柴油机颗粒捕集器（DPF）进行排气的过程中，碳载量能够直接影响DPF的气体流动参数，本申请基于DPF的结构以及在瞬态工况下气体流动参数的实际测量值，确定与DPF对应的目标等效电路。所述目标等效电路能够以具态的电子元器件反映DPF中排气体积流量在排出过程中的各项参数，基于此，能够确定反映碳载量与延迟时间比之间的目标表达式。再利用排气体积流量达到稳态体积流量的时长得到的延迟时间比，确定出的碳载量更接近实际碳载量，相较于现有技术中使用标定量和稳态值计算得到的碳载量更能反映当前DPF的实际状态，精确度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种实现碳载量估算方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种DPF排气流动示意图；
图3为本申请实施例提供的目标等效电路图的一种示意图；
图4为本申请实施例提供的一种碳载量估算装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种碳载量估算设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
DPF碳载量的估算是DPF控制的核心技术单元，DPF中的碳载量与DPF捕集效率密切相关。现有技术对DPF碳载量的估算方法是基于预设的计算公式对DPF稳态下的参数进行计算，得到DPF的碳载量。本质上上述方法是开环策略，过分依赖标定数据（即稳态下的标定参数），尤其是对于油品、部件状态（如喷油器磨损、堵塞、增压器一致性等）的解释性和适应性较差，导致碳载量的估算精度较低，与实际碳载量的误差较大。
并且上述使用稳态标定参数估算碳载量的方法忽略了发动机PM（微粒、碳烟）排放的一致性，DPF在排放PM的过程中，PM会在DPF中会产生积累即碳载量，而碳载量在不断累计的过程中，会在DPF的沿壁或进出口处形成堵塞或碳层，产生对DPF内流动气体的阻力，继而影响气体流动过程中的流动参数，如气体流量、DPF压差等。
可以理解的是，排气流动过程中由于阻力会导致流入和流出两端的压强不同，在一定气体体积流量下会产生压差，由此可以确定压差与碳载量之间存在直接关系。而由于压差的改变，DPF对应的流入、流出的气体体积、室内流体体积等气体参数均会发生改变，进而自适应调整DPF两端的压强，使得DPF能够达到稳态工况。
如果在稳态工况下，DPF入口处的工况突然改变时，如入口处的气体流量突然增大，由于腔室和室内可压缩流体的性质，使得出口处的工况不能立即跟随入口处工况改变，因此DPF内气体体积逐渐增大，进出口两端的压差也逐渐增加，直至两端压强相等，压差为零时，DPF达到稳态。而当碳载量不同，DPF内体积、流阻等参数均会影响两端压差的改变速度，从而导致DPF从瞬态工况达到稳态工况的时长不同，因此本申请实施例可以从DPF达到稳态工况的时间出发，确定时间与碳载量之间的关系。
上述DPF由于气体流量改变工况，在一定时间内达到稳态工况的过程，可以联想到电容充电的过程。当电容所在电路的电流源的电流突然增大时，电容所在的电路电流不能立即改变，而是需要经过一个电容充电的过程。在此过程中，电容所在电路电流逐渐增大，电容两端电压逐渐增加，当电容充电完毕后，电容两端电压与并联电路的两端电动势相等时，电容所在电路的电流稳定，电路状态达到稳定。
基于此，可以尝试将DPF的入口和出口等效于电容的两端，将DPF的腔体等效为一个电容。当入口处的气体流量突然改变时，即可等效为电容所在电路的电流源的电流突然改变；DPF调整压差的过程，可以等效为将电容的充电过程；而DPF达到稳态工况的时长可以等效为电容的充电时间，而由于DPF结构或者碳载量累计成的碳层对气体流动的阻力可等效为与电容并联或串联的电阻，得到一个与DPF等效的目标等效电路，基于目标等效电路中的元器件之间的电路关系，确定能够确定碳载量的目标表达式。
本申请提供的碳载量估算方法，能够利用所述目标等效电路中具态的电子元器件反映DPF中排气体积流量在排出过程中的各项参数，基于此，确定反映碳载量与延迟时间比之间的目标表达式。再利用排气体积流量达到稳态体积流量的时长得到的延迟时间比，确定出的碳载量更接近实际碳载量，相较于现有技术中使用标定量和稳态值计算得到的碳载量更能反映当前DPF的实际状态，精确度更高。
参照图1，本申请实施例提供的实现所述碳载量估算方法的流程示意图，对可应用于柴油机颗粒捕集系统的控制器的所述碳载量估算方法进行介绍，其中所述柴油机颗粒捕集系统还包括：柴油机颗粒捕集器和参数测量器，具体流程可以包括：
步骤S110，基于实时测得的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式。
其中，所述气体流动参数可以包括柴油机颗粒捕集器（下文记作DPF）的压差值、排气体积流量值和流动阻力值。DPF结构以及DPF内部气体流动参数，均可反映当前DPF的实际工况，基于实际工况数据确定目标等效电路进行计算，更能反映当前DPF的实际碳载量。
可以理解的是，上述基于实际工况数据确定目标等效电路的详细过程具体可以包括：基于所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动规律，将所述柴油机颗粒捕集器等效为目标等效电路，所述目标等效电路包括：电容、第一电阻和第二电阻，其中所述第一电阻和所述第二电阻串联，所述第二电阻与所述电容并联；获取所述柴油机颗粒捕集器的气体流动参数，所述气体流动参数包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值，所述流动阻力值至少包括：局部阻力、沿程阻力和渗流阻力的阻力值；将所述柴油机颗粒捕集器的压差值确定为所述目标等效电路的电源电压值；将所述排气体积流量值确定为所述目标等效电路中所述第一电阻的电流值；分别基于所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力的阻力值和预设流阻算法，确定分别与所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻表达式；将所述局部阻力对应的单位面积流阻表达式确定为所述第一电阻的阻值表达式；将所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻之和，确定为所述第二电阻的阻值表达式；基于所述柴油机颗粒捕集器的腔室体积和排气压缩系数的乘积，确定所述电容的电容表达式。
在本申请实施例中，所述气体流动参数可确定目标等效电路中的各项电路参数值或元器件的参数表达式。所述电路参数值可包括电路电流值和电压值，所述排气体积流量值Q可等效于所述目标等效电路的电流值I，而所述压差值可等效于所述目标等效电路的电源电压值U，所述流动阻力值可等效与所述目标等效电路的电阻值。DPF的腔室在不停地进出排气体积流量，可看作为一个不断充放电的电容。基于此，等效电路的元器件可以包括电容和电阻，因此可参照RC电路结构将DPF等效得到一个目标等效电路，可选的，所述目标等效电路可参照图3所示的目标等效电路的示意图。
其中，所述电阻包括第一电阻Rl和第二电阻Rt。所述电阻用于等效所述流动阻力值，参照图2所示的本申请实施例提供的DPF排气流动示意图，如图，在DPF中流动阻力可分为局部阻力、沿程阻力和渗透阻力，所述局部阻力由DPF排气进气口、排气口处的结构造成，而由于排气排除过程中需要经过DPF内部的壁层，则所述沿程阻力和渗透阻力有DPF内沿壁以及碳载量累计的碳层形成，为区分两种形成原因不同的阻力，目标等效电路中的电阻可分为第一电阻Rl和第二电阻Rt，所述Rl用于等效局部阻力，所述Rt用于等效所述沿程阻力和渗透阻力。
在目标等效电路中，各元器件的连接方式为：第一电阻和第二电阻串联，所述电容与所述第二电阻并联。本申请实施例采用RC电路创建与DPF等效的电路，并基于所述RC电路计算电容充电的充电时间，即延迟时间。
进一步地，基于气体流量参数与各元器件参数之间的等效关系，确定各个元器件的参数植或参数表达式。在本申请实施例中，电流值I和电压值U可直接取相应的排气体积流量值Q压差值对应的数值即可，而所述电阻对应的电阻值或阻值表达式，则需要根据各个阻力的表达式确定。
具体地，由DPF进出口结构形成的局部阻力等效为电路的第一电阻Rl对应的表达式换算过程以及对应的第一电阻的阻值表达式可参考下式（1）：
（1）
其中，为DPF的排气流速(m/s)，为流体即排气的密度，为局部阻力系数，
为局部阻力（KPa），为排气流量（kg/h），D为DPF直径，a为DPF载体小孔直径，b为DPF壁厚。
可以理解的是，沿程阻力（或载体壁面压降）所行程的流阻等效为电路的电阻Ra，基于泊肃叶定律，Ra对应的阻值表达式可以为下式（2）：
（2）
同理，渗透阻力（或积碳压降，包括多孔介质以及碳烟形成的压降）所形成的流阻等效为电路的电阻Rs，其包括了避免多孔介质以及碳烟形成的滤饼层共同作用的渗透阻力，则所述渗透阻力对应的单位面积流阻表达式或阻值表达式为下式（3）：
（3）
其中，式（2）、（3）中的L为DPF的长度，为粘性系数，为过滤壁层渗透率，为过
滤壁面渗透率，为沿程层的厚度，即已有碳载量积攒得到的滤饼层的厚度。
在本申请实施例中，Rt=Ra+Rt，因此基于Ra和Rs分别对应的阻值表达式，可以确定第二电阻Rt的阻值表达式。
在目标等效电路中，电容C满足以下公式（4）：
（4）
在DPF中电流I等效为流经DPF的体积流量Q，电压等效为DPF两端的压差，因
此，目标等效电路中等效于DPF的电容的满足的公式如下（5）：
（5）
可以理解的是，当DPF的排气压力增大时，排气被压缩，DPF内部存储的排气发生变
化（如增加），从而延迟了DPF出口的排气流量，而DPF对排气流量的承载变化相当于起到了
电容的作用，而所述排气流量的承载变化可以基于排气压缩系数与体积的乘积体现，因此，
DPF的电容可等效为排气压缩系数与体积的乘积，即公式（6）：
（6）
其中，V为DPF腔室体积，表示一定温度T下，升高单位压力引起的物系体
积的收缩率，β为排气压缩系数。
综上，确定了目标等效电路中电路参数以及各元器件对应的参数表达式，并且由
上式（5）可知，DPF内排气的可压缩性质由其自身特性决定，也受到DPF体积和碳载量的影
响，体积一定的条件下，碳载量会影响排气的可压缩性，因此，电容和碳载量之间存
在相应的关系，基于此进一步确定电容与碳载量之间的关系式，基于所述关系式实现对碳
载量的估算。
步骤S120，基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式。
所述延迟时间用于表征所述柴油机颗粒捕集器工况改变时，恢复至稳态工况的时长，所述延迟时间比用于表征不同状态下的所述柴油机颗粒捕集器的所述延迟时间之间的关联关系。
目标等效电路的数学表达式如下（7）：
（7）
其中，为电阻Rl两端的电压，为电阻Rt两端的电压，t为时间。
由上文描述可知，目标等效电路的电容充电过程可等效与DPF的工况调整过程，基
于此，可将等效得到的电容与基于DPF的气体流量参数联系起来，可确定电容与
碳载量的关系表达式。具体地，确定电容与碳载量的关系表达式，以及确定能够
求取碳载量的目标表达式的过程可以包括：
基于所述目标等效电路、所述元器件的参数表达式以及预设延迟时间表达式，确定所述目标等效电路的充电时间表达式，所述充电时间表达式用于表征所述目标等效电路中电容充电时间与所述柴油机颗粒捕集器碳层厚度的关联关系，所述电容充电时间等效于所述延迟时间；获取所述柴油机颗粒捕集器中所述碳层厚度与碳载量的关系式；基于所述关系式和所述充电时间表达式，确定延迟时间表达式，所述延迟时间表达式用于表征所述延迟时间与所述碳载量的关联关系；基于所述延迟时间表达式，确定延迟时间比对应的目标表达式，所述延迟时间比用于表征零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间与当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间的关联关系，所述目标表达式用于表征所述延迟时间比与所述碳载量的关联关系。
可以确定的是，在目标等效电路中电容的充电时间即延迟时间t对应的表达式为下式（8）：
（8）
结合式（1）、（2）、（3）、（6），可确定充电时间即延迟时间t的表达式为（9）：
（9）
由式（9）可以更清楚的看到，DPF的延迟时间与DPF内的积碳量、DPF体积V存在一定
的关系，由于积碳量的增加对于DPF的体积影响较小，假设积碳量的增加不改变DPF体积，则
延迟时间t仅与碳载量滤饼层的厚度相关。
在本申请实施例中，碳载量滤饼层的厚度与碳载量之间的关系式如下式
（10）：
（10）
基于式（10），可将式（9）转换成延迟时间t仅与碳载量之间的关系式，得到延迟
时间表达式（11），如下：
（11）
由式（10）可以看出，同一DPF，当入口工况改变时，出口参数的延时时间t与碳载量之间呈对数关系。本申请实施例为便于计算，对式（11）进行无量纲处理得到延迟时间比
td，延迟时间比的表达式（12）如下：
（12）
其中，为DPF碳载量为0时的延迟时间。
当DPF出口参数不随时间变化时，可确定DPF达到稳态，相对于等效电路中=
0，则稳态工况下，DPF的压差满足式（7）。而当碳载量不变时，DPF的压差与气体流量之间
关系如式（12）。基于此，可以确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式（13），如下：
（13）
步骤S130，基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比。
其中，DPF的延迟时间对应DPF从瞬态工况达到稳态工况的时长，在确定目标延迟时间比时，可以通过控制参数测量器实时测量得到的DPF从瞬态工况达到稳态工况的时长来确定。
具体的，确定目标延迟时间比的过程可以包括：对零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第一稳态体积流量；测量零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到所述第一稳态体积流量的第一时长；对当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第二稳态体积流量；测量当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，所述排气体积流量达到所述第二稳态体积流量的第二时长；基于所述第一时长、所述第二时长和预设延迟时间比表达式，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比。
其中，为保证数据的准确性，对于零碳载量状态下的测量，可以在DPF初次使用时进行稳态试验，此时DPF内的碳载量为零。首先对此时的DPF进行稳态试验，得到体积流量Map，基于体积流量Map可以确定在零碳载量状态下，DPF达到稳态的第一稳态体积流量。进一步地，测量瞬态工况下，DPF达到第一稳态体积流量的时间t0。
可以理解的时，当前状态下的DPF内存在一定的积碳量，因此，稳态体积流量以及达到稳态工况的时间均会发生变化，但是同样基于上述的方式，先进行稳态试验，确定第二稳态体积流量，再测量瞬态工况下，DPF达到第一稳态体积流量的时间t。
进一步地，基于时间t0和时间t，确定延迟时间比。
步骤S140，依据所述目标延迟时间比和所述目标表达式，确定所述柴油机颗粒捕集器的目标碳载量。
具体地，在本申请实施例中，可以依据目标表达式（13），将目标延迟时间比作为式
（13）中的延迟时间比，并且式（13）中和均为一直量，基于此，可确定目标表达式右边
的碳载量，即为当前状态下DPF的目标碳载量，为估算值。
综上所述，本申请基于DPF的结构以及在瞬态工况下气体流动参数的实际测量值，确定与DPF对应的目标等效电路。所述目标等效电路能够以具态的电子元器件反映DPF中排气体积流量在排出过程中的各项参数，基于此，能够确定反映碳载量与延迟时间比之间的目标表达式。再利用排气体积流量达到稳态体积流量的时长得到的延迟时间比，确定出的碳载量更接近实际碳载量，相较于现有技术中使用标定量和稳态值计算得到的碳载量更能反映当前DPF的实际状态，精确度更高。
实际应用本申请实施例时，确定所述目标表达式（13）的过程可以只做一次，得到的目标表达式（13）的中相关常量值可以根据不同的DPF的性质进行适应性修改，进一步地，可以依据目标表达式（13）估算不同时刻、不同状态下的碳载量。
下面对本申请实施例提供的碳载量估算装置进行描述，下文描述的碳载量估算装置与上文描述的碳载量估算方法可相互对应参照。
首先，结合图4，对可应用与柴油机颗粒捕集系统的控制器的碳载量估算装置进行介绍，如图4所示，该碳载量估算装置可以包括：
电路等效单元100，用于基于实时检测得到的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，所述元器件包括电容、第一电阻和第二电阻，所述气体流动参数至少包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值；
目标表达式确定单元200，用于基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式，所述延迟时间用于表征所述柴油机颗粒捕集器工况改变时，恢复至稳态工况的时长，所述延迟时间比用于表征不同状态下的所述柴油机颗粒捕集器的所述延迟时间之间的关联关系；
延迟时间比确定单元300，用于基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比；
碳载量确定单元400，用于依据所述目标延迟时间比和所述目标表达式，确定所述柴油机颗粒捕集器的目标碳载量。
可选的，所述延迟时间比确定单元，包括：
第一稳态试验子单元，用于对零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第一稳态体积流量；
第一计时子单元，用于测量零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到所述第一稳态体积流量的第一时长；
第二稳态试验子单元，用于对当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第二稳态体积流量；
第二计时子单元，用于测量当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，所述排气体积流量达到所述第二稳态体积流量的第二时长；
延迟时间比确定子单元，用于基于所述第一时长、所述第二时长和预设延迟时间比表达式，确定当前所述柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比。
可选的，所述电路等效单元，包括：
电路等效子单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动规律，将所述柴油机颗粒捕集器等效为目标等效电路，所述目标等效电路包括：电容、第一电阻和第二电阻，其中所述第一电阻和所述第二电阻串联，所述第二电阻与所述电容并联；
参数获取子单元，用于获取所述柴油机颗粒捕集器的气体流动参数，所述气体流动参数包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值，所述流动阻力值至少包括：局部阻力、沿程阻力和渗流阻力的阻力值；
电压值确定子单元，用于将所述柴油机颗粒捕集器的压差值确定为所述目标等效电路的电源电压值；
电流值确定子单元，用于将所述排气体积流量值确定为所述目标等效电路中所述第一电阻的电流值；
流阻确定子单元，用于分别基于所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力的阻力值和预设流阻算法，确定分别与所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻表达式；
第一流阻表达式确定子单元，用于将所述局部阻力对应的所述单位面积流阻表达式确定为所述第一电阻的阻值表达式；
第二流阻表达式确定子单元，用于将所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻之和，确定为所述第二电阻的阻值表达式；
电容表达式确定子单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器的腔室体积和排气压缩系数的乘积，确定所述电容的电容表达式。
可选的，所述目标表达式确定单元，包括：
充电表达式确定子单元，用于基于所述目标等效电路、所述元器件的参数表达式以及预设延迟时间表达式，确定所述目标等效电路的充电时间表达式，所述充电时间表达式用于表征所述目标等效电路中电容充电时间与所述柴油机颗粒捕集器碳层厚度的关联关系，所述电容充电时间等效于所述延迟时间；
关系式获取子单元，用于获取所述柴油机颗粒捕集器中所述碳层厚度与碳载量的关系式；
表达式转换子单元，用于基于所述关系式和所述充电时间表达式，确定延迟时间表达式，所述延迟时间表达式用于表征所述延迟时间与所述碳载量的关联关系；
目标表达式确定子单元，用于基于所述延迟时间表达式，确定延迟时间比对应的目标表达式，所述延迟时间比用于表征零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间与当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间的关联关系，所述目标表达式用于表征所述延迟时间比与所述碳载量的关联关系。
综上所述，本申请实施例考虑到在柴油机颗粒捕集器（DPF）进行排气的过程中，碳载量能够直接影响DPF的气体流动参数，基于DPF的结构以及在瞬态工况下气体流动参数的实际测量值，确定与DPF对应的目标等效电路。所述目标等效电路能够以具态的电子元器件反映DPF中排气体积流量在排出过程中的各项参数，基于此，能够确定反映碳载量与延迟时间比之间的目标表达式。再利用排气体积流量达到稳态体积流量的时长得到的延迟时间比，确定出的碳载量更接近实际碳载量，相较于现有技术中使用标定量和稳态值计算得到的碳载量更能反映当前DPF的实际状态，精确度更高。
本申请实施例提供的碳载量估算装置可应用于碳载量估算设备。
图5示出了碳载量估算设备的结构示意图，参照图5，碳载量估算设备的结构可以包括：至少一个处理器10，至少一个存储器20，至少一个通信总线30和至少一个通信接口40；
在本申请实施例中，处理器10、存储器20、通信总线30、通信接口40的数量为至少一个，且处理器10、存储器20、通信接口40通过通信总线30完成相互间的通信；
处理器10可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit），或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
存储器20可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatilememory）等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于实现前述碳载量估算方案中的各个处理流程。
本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于实现前述碳载量估算方案中的各个处理流程。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (10)
1.一种碳载量估算方法，其特征在于，应用于柴油机颗粒捕集系统的控制器，所述柴油机颗粒捕集系统还包括：柴油机颗粒捕集器和参数测量器，该方法包括：
基于实时检测得到的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，所述元器件包括电容、第一电阻和第二电阻，所述气体流动参数至少包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值；
基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式，所述延迟时间用于表征所述柴油机颗粒捕集器工况改变时，恢复至稳态工况的时长，所述延迟时间比用于表征不同状态下的所述柴油机颗粒捕集器的所述延迟时间之间的关联关系；
基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比；
依据所述目标延迟时间比和所述目标表达式，确定所述柴油机颗粒捕集器的目标碳载量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比，包括：
对零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第一稳态体积流量；
测量零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到所述第一稳态体积流量的第一时长；
对当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第二稳态体积流量；
测量当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，所述排气体积流量达到所述第二稳态体积流量的第二时长；
基于所述第一时长、所述第二时长和预设延迟时间比表达式，确定当前所述柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于实时检测得到的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，包括：
基于所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动规律，将所述柴油机颗粒捕集器等效为目标等效电路，所述目标等效电路包括：电容、第一电阻和第二电阻，其中所述第一电阻和所述第二电阻串联，所述第二电阻与所述电容并联；
获取所述柴油机颗粒捕集器的气体流动参数，所述气体流动参数包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值，所述流动阻力值至少包括：局部阻力、沿程阻力和渗流阻力的阻力值；
将所述柴油机颗粒捕集器的压差值确定为所述目标等效电路的电源电压值；
将所述排气体积流量值确定为所述目标等效电路中所述第一电阻的电流值；
分别基于所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力的阻力值和预设流阻算法，确定分别与所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻表达式；
将所述局部阻力对应的所述单位面积流阻表达式确定为所述第一电阻的阻值表达式；
将所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻之和，确定为所述第二电阻的阻值表达式；
基于所述柴油机颗粒捕集器的腔室体积和排气压缩系数的乘积，确定所述电容的电容表达式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式，包括：
基于所述目标等效电路、所述元器件的参数表达式以及预设延迟时间表达式，确定所述目标等效电路的充电时间表达式，所述充电时间表达式用于表征所述目标等效电路中电容充电时间与所述柴油机颗粒捕集器碳层厚度的关联关系，所述电容充电时间等效于所述延迟时间；
获取所述柴油机颗粒捕集器中所述碳层厚度与碳载量的关系式；
基于所述关系式和所述充电时间表达式，确定延迟时间表达式，所述延迟时间表达式用于表征所述延迟时间与所述碳载量的关联关系；
基于所述延迟时间表达式，确定延迟时间比对应的目标表达式，所述延迟时间比用于表征零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间与当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间的关联关系，所述目标表达式用于表征所述延迟时间比与所述碳载量的关联关系。
5.一种碳载量估算装置，其特征在于，应用于柴油机颗粒捕集系统的控制器，所述柴油机颗粒捕集系统还包括：柴油机颗粒捕集器和参数测量器，该装置包括：
电路等效单元，用于基于实时检测得到的所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动参数，确定与所述柴油机颗粒捕集器等效的目标等效电路，以及所述目标等效电路的电路参数值和元器件的参数表达式，所述元器件包括电容、第一电阻和第二电阻，所述气体流动参数至少包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值；
目标表达式确定单元，用于基于所述目标等效电路的所述电路参数值、所述元器件的参数表达式与预设延迟时间表达式，确定延迟时间比与碳载量之间的目标表达式，所述延迟时间用于表征所述柴油机颗粒捕集器工况改变时，恢复至稳态工况的时长，所述延迟时间比用于表征不同状态下的所述柴油机颗粒捕集器的所述延迟时间之间的关联关系；
延迟时间比确定单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到稳态体积流量的时长，确定当前柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比；
碳载量确定单元，用于依据所述目标延迟时间比和所述目标表达式，确定所述柴油机颗粒捕集器的目标碳载量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述延迟时间比确定单元，包括：
第一稳态试验子单元，用于对零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第一稳态体积流量；
第一计时子单元，用于测量零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，排气体积流量达到所述第一稳态体积流量的第一时长；
第二稳态试验子单元，用于对当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器进行稳态试验，确定第二稳态体积流量；
第二计时子单元，用于测量当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器在瞬态工况下，所述排气体积流量达到所述第二稳态体积流量的第二时长；
延迟时间比确定子单元，用于基于所述第一时长、所述第二时长和预设延迟时间比表达式，确定当前所述柴油机颗粒捕集器对应的目标延迟时间比。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电路等效单元，包括：
电路等效子单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器的结构以及气体流动规律，将所述柴油机颗粒捕集器等效为目标等效电路，所述目标等效电路包括：电容、第一电阻和第二电阻，其中所述第一电阻和所述第二电阻串联，所述第二电阻与所述电容并联；
参数获取子单元，用于获取所述柴油机颗粒捕集器的气体流动参数，所述气体流动参数包括：所述柴油机颗粒捕集器的压差值、排气体积流量值和流动阻力值，所述流动阻力值至少包括：局部阻力、沿程阻力和渗流阻力的阻力值；
电压值确定子单元，用于将所述柴油机颗粒捕集器的压差值确定为所述目标等效电路的电源电压值；
电流值确定子单元，用于将所述排气体积流量值确定为所述目标等效电路中所述第一电阻的电流值；
流阻确定子单元，用于分别基于所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力的阻力值和预设流阻算法，确定分别与所述局部阻力、所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻表达式；
第一流阻表达式确定子单元，用于将所述局部阻力对应的所述单位面积流阻表达式确定为所述第一电阻的阻值表达式；
第二流阻表达式确定子单元，用于将所述沿程阻力和所述渗流阻力对应的单位面积流阻之和，确定为所述第二电阻的阻值表达式；
电容表达式确定子单元，用于基于所述柴油机颗粒捕集器的腔室体积和排气压缩系数的乘积，确定所述电容的电容表达式。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述目标表达式确定单元，包括：
充电表达式确定子单元，用于基于所述目标等效电路、所述元器件的参数表达式以及预设延迟时间表达式，确定所述目标等效电路的充电时间表达式，所述充电时间表达式用于表征所述目标等效电路中电容充电时间与所述柴油机颗粒捕集器碳层厚度的关联关系，所述电容充电时间等效于所述延迟时间；
关系式获取子单元，用于获取所述柴油机颗粒捕集器中所述碳层厚度与碳载量的关系式；
表达式转换子单元，用于基于所述关系式和所述充电时间表达式，确定延迟时间表达式，所述延迟时间表达式用于表征所述延迟时间与所述碳载量的关联关系；
目标表达式确定子单元，用于基于所述延迟时间表达式，确定延迟时间比对应的目标表达式，所述延迟时间比用于表征零碳载量状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间与当前状态下的所述柴油机颗粒捕集器的延迟时间的关联关系，所述目标表达式用于表征所述延迟时间比与所述碳载量的关联关系。
9.一种碳载量估算设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于执行所述程序，实现如权利要求1-4任一项所述碳载量估算方法的各个步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-4任一项所述碳载量估算方法的各个步骤。
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