丁濃龍

(江鈴汽車(chē)股份有限公司,江西 南昌 330000)

0 前言

汽車(chē)的燃油蒸發(fā)排放是汽車(chē)主要污染源之一，各國(guó)環(huán)保法規(guī)對(duì)汽車(chē)污染物的排放要求日趨嚴(yán)格，中國(guó)國(guó)六階段排放法規(guī)首次要求整個(gè)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)所有泄漏點(diǎn)的泄漏量如果大于或等于直徑為1mm或者0.5mm的小孔產(chǎn)生的泄漏量，那么OBD系統(tǒng)應(yīng)能檢測(cè)出來(lái)并且進(jìn)行報(bào)警，并且OBD系統(tǒng)診斷頻率需滿(mǎn)足相關(guān)IUPR的要求[1]。IUPR 是In-Use Performance Ratio 縮寫(xiě)，即OBD監(jiān)控系統(tǒng)的診斷頻率，它是一個(gè)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)的比值。

通常燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)泄漏的OBD診斷策略有DMTL、DTESK、EONV等方法[2]。其中，DMTL是通過(guò)打氣泵向燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)泵入空氣進(jìn)行正壓檢測(cè)的方法，該方法因需要新增打氣泵專(zhuān)用件，成本較高，一般僅適用于混合動(dòng)力高壓燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)[3]。 而DTESK、EONV分別是利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管的負(fù)壓來(lái)向燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)抽真空和利用發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后燃油溫度變化建立的負(fù)壓而進(jìn)行負(fù)壓檢測(cè)的方法，因DTESK 是主動(dòng)抽真空建立負(fù)壓，IUPR達(dá)成率較高，故此普通國(guó)VI燃油車(chē)(非混動(dòng))采用DTESK 診斷方法較為普遍。

1 DTESK診斷方法原理

1.1 DTESK硬件結(jié)構(gòu)原理(如圖1所示)

DTESK利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管的真空源，通過(guò)控制炭罐閥和炭罐通風(fēng)閥制造真空度，根據(jù)真空衰減梯度來(lái)檢測(cè)蒸發(fā)系統(tǒng)的泄漏[4]。其中炭罐通風(fēng)閥用于控制蒸發(fā)系統(tǒng)與大氣環(huán)境之間的連通，炭罐閥用于控制蒸發(fā)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管路之間的連通。

1.2 DTESK軟件診斷模型原理

如圖2所示DTESK 軟件診斷分為四個(gè)階段[5]，分別標(biāo)記為階段A/B/C/D。

階段A為炭罐通風(fēng)閥故障監(jiān)測(cè)，邏輯為泄漏診斷開(kāi)始后，炭罐閥隨之關(guān)閉，由于炭罐脫附的作用油箱壓力會(huì)低于大氣壓，炭罐閥關(guān)閉后，大氣會(huì)通過(guò)炭罐通風(fēng)閥進(jìn)入油箱，使得油箱壓力上升。如果油箱壓力沒(méi)有在標(biāo)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到閾值，則報(bào)出炭罐通風(fēng)閥故障；

階段B為炭罐閥故障監(jiān)測(cè)，邏輯為階段A完成一定時(shí)間后，炭罐通風(fēng)閥關(guān)閉，診斷繼續(xù)進(jìn)行。此時(shí)整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)處于密封狀態(tài)，油箱壓力可能因?yàn)槿加偷恼舭l(fā)而上升。如果油箱壓力低于標(biāo)定閾值，則系統(tǒng)報(bào)出炭罐閥常開(kāi)故障，監(jiān)測(cè)將會(huì)停止。 此階段同樣稱(chēng)為補(bǔ)償壓力梯度測(cè)量，密封狀態(tài)下，因燃油箱的蒸發(fā)而引起的油箱壓力上升的數(shù)據(jù)，可以作為階段D的補(bǔ)償壓力梯度。

階段C為炭罐閥低流量監(jiān)測(cè)和粗泄漏監(jiān)測(cè)，邏輯為保持炭罐通風(fēng)閥關(guān)閉，炭罐閥打開(kāi)，建立油箱系統(tǒng)負(fù)壓，即真空度。經(jīng)過(guò)標(biāo)定的脫附流量積分后，如果油箱壓力始終未降至標(biāo)定閾值以下，則炭罐閥存在低流量故障(如常閉故障)，監(jiān)測(cè)停止。 如果正常，則油箱壓力繼續(xù)下降，系統(tǒng)計(jì)算壓力下降幅度。經(jīng)過(guò)標(biāo)定的脫附流量積分后，壓力差始終高于標(biāo)定閾值，判定為粗泄漏故障。

階段D為1mm泄漏監(jiān)測(cè)，邏輯為只有C階段未檢測(cè)到故障才會(huì)進(jìn)行1mm泄漏監(jiān)測(cè)。D階段開(kāi)始后關(guān)閉炭罐閥和炭罐通風(fēng)閥，系統(tǒng)計(jì)算標(biāo)定時(shí)間內(nèi)的壓力上升梯度，經(jīng)過(guò)B階段得到的補(bǔ)償梯度修正后，得到真空衰減梯度。如果真空衰減梯度超出標(biāo)定閾值，判定為大于等于1mm泄漏故障。

正常DTESK運(yùn)行順序?yàn)樵陔A段A關(guān)閉炭罐電磁閥等候油箱力穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定后進(jìn)入階段B測(cè)量補(bǔ)償壓力梯度然后進(jìn)入階段C進(jìn)行粗泄露監(jiān)測(cè)，如果沒(méi)有粗泄露就進(jìn)入階段D進(jìn)行1mm泄露監(jiān)測(cè)。

1.3 當(dāng)前DTESK軟件診斷模型局限性

某國(guó)六SUV車(chē)型油箱縱向布置且結(jié)構(gòu)邊長(zhǎng)，因避讓車(chē)架橫梁，導(dǎo)致油箱在液位沒(méi)過(guò)凹槽后被分割成兩個(gè)空腔(如圖3所示)，車(chē)輛在減速時(shí)，油箱內(nèi)的油液前后晃動(dòng)，從而會(huì)間隔性擠壓前后空腔，導(dǎo)致壓力出現(xiàn)較大的周期性波動(dòng)。當(dāng)前DTESK軟件模型應(yīng)用在這種縱置凹型油箱，存在以下局限性：1、油箱壓力波動(dòng)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前DTESK軟件模型在階段A就會(huì)退出診斷，進(jìn)而影響IUPR；

2、油箱壓力波動(dòng)較大，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前DTESK軟件模型一直處于階段A，診斷不完成，會(huì)一直抑制起停，進(jìn)而影響排放、油耗和IUPR；

3、即便放開(kāi)階段A的閾值，因階段D計(jì)算壓力衰減梯度采用的模型是結(jié)束點(diǎn)油箱壓力減去起始點(diǎn)的壓力，再用差值除以保壓時(shí)間，當(dāng)起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)壓力出現(xiàn)波峰或波谷周期性波動(dòng)時(shí)都會(huì)導(dǎo)致壓力衰減梯度計(jì)算不準(zhǔn)確問(wèn)題，如圖4所示。

2 DTESK診斷模型優(yōu)化方案

油箱壓力波動(dòng)很大且長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定下來(lái)，這個(gè)是油箱結(jié)構(gòu)所決定的，故可以認(rèn)為此現(xiàn)象系統(tǒng)固有屬性的表象，具有一定可預(yù)知性，根據(jù)數(shù)據(jù)分析， 階段D計(jì)算衰減梯度時(shí)，正常壓力波動(dòng)有以下四種情況：

情況1：壓力波動(dòng)上行，有明顯的波谷和波峰，且波動(dòng)能量出現(xiàn)收斂等特征；

情況2：壓力波動(dòng)上行，有明顯的波谷和波峰，且波動(dòng)能力出現(xiàn)收斂等特征，但只能分別識(shí)別1個(gè)波峰和1個(gè)波谷，說(shuō)明油箱液位波動(dòng)引起的壓力波動(dòng)能量已經(jīng)變??；

情況3：壓力波動(dòng)上行，無(wú)法識(shí)別波谷和波峰等特征；

情況4：壓力上行，不存在波動(dòng)等特征，說(shuō)明此時(shí)液位波動(dòng)引起油箱壓力變化能量已經(jīng)趨于0；

針對(duì)以上四種情況，采用求斜率平均值法進(jìn)行處理：

針對(duì)情況1，如圖5所示分別識(shí)別2個(gè)波峰和2個(gè)波谷，并分別求斜率，然后利用求斜率平均值來(lái)進(jìn)行診斷。

針對(duì)情況2，如圖6所示重新計(jì)算起始點(diǎn)C(通過(guò)A1和B1計(jì)算)，再在t3時(shí)間段每隔T時(shí)間與C點(diǎn)計(jì)算一個(gè)斜率，然后再求斜率平均值進(jìn)行診斷。

針對(duì)情況3，如圖7所示，在t時(shí)間無(wú)法識(shí)別波谷和波峰。在t1時(shí)段每隔T時(shí)間與起始點(diǎn)S計(jì)算一個(gè)斜率，然后再求斜率平均值進(jìn)行診斷。

針對(duì)情況4：處理辦法和情況3相同，在t1時(shí)段每隔T時(shí)間與起始點(diǎn)S計(jì)算一個(gè)斜率，在求斜率平均值進(jìn)行診斷；

故此，在階段A放開(kāi)閾值讓DTESK軟件模型進(jìn)入診斷，然后利用求斜率平均值法在階段D計(jì)算衰減梯度，方法邏輯步驟為：

1、記錄起始點(diǎn)S的壓力值；

2、通過(guò)算法判斷此階段壓力變化是否是情況1，如果滿(mǎn)足情況1，并記錄波谷B1和B2，波峰A1和A2；如果t2>t1>t3和B2>B1和A2>A1和A1-B1>=A2-B2和(A1-B1)/t1

3、如果壓力變化不滿(mǎn)足情況1，判斷壓力變化是否滿(mǎn)足情況2，如果滿(mǎn)足情況2，并記錄波峰A1和波谷B1的值；如果(A1-B1)/t1

4、如果壓力變化不滿(mǎn)足情況2，判斷壓力是否在t時(shí)間段是否是上行的，如果滿(mǎn)足情況3和情況4，則判斷t1時(shí)間段壓力是否上行，如果是，在t1時(shí)段每隔T時(shí)間與起始點(diǎn)S計(jì)算一個(gè)斜率，在求斜率平均值進(jìn)行診斷，否則退出診斷；

5、如果不滿(mǎn)足情況3和情況4，則退出診斷。

3 改善效果驗(yàn)證

3.1 改善前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

如圖8所示，橫坐標(biāo)為油箱油量，縱坐標(biāo)為油箱內(nèi)壓力梯度，中間曲線為1mm泄漏孔壓力梯度閾值曲線，曲線上部分深紅色的點(diǎn)為1mm泄漏孔樣件測(cè)試下的油箱內(nèi)部壓力梯度的波動(dòng)分布，曲線下部分的淺藍(lán)色的點(diǎn)為完全密封狀態(tài)下油箱內(nèi)部壓力梯度的波動(dòng)分布。

從圖8可以看出，45L以上油量，深紅色的點(diǎn)和淺藍(lán)色的點(diǎn)幾乎與1mm泄漏孔壓力梯度閾值曲線相交，無(wú)法做到完全區(qū)分1mm故障狀態(tài)和完全密封狀態(tài)。所以?xún)?yōu)化前DTESK模型在階段D計(jì)算衰減梯度時(shí)，因45L以上油量燃油箱內(nèi)部壓力波動(dòng)較大，會(huì)存在泄漏大于直徑1mm泄漏孔故障漏報(bào)或者誤報(bào)的情況發(fā)生。

3.2 改善后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

如圖9所示，橫坐標(biāo)為油箱油量，縱坐標(biāo)為油箱內(nèi)壓力梯度，中間曲線為1mm泄漏孔壓力梯度閾值曲線，曲線上部分黃色橢圓圈起來(lái)的點(diǎn)為1mm泄漏孔樣件測(cè)試下的油箱內(nèi)部壓力梯度的波動(dòng)分布，曲線下部分的紅色橢圓圈起來(lái)的點(diǎn)為完全密封狀態(tài)下油箱內(nèi)部壓力梯度的波動(dòng)分布。

從圖9可以看出，所有油箱油量容積下，黃色橢圓圈起來(lái)的點(diǎn)與紅色橢圓圈起來(lái)的點(diǎn)都表現(xiàn)區(qū)分明顯。所以通過(guò)圖9實(shí)車(chē)測(cè)試結(jié)果，可以顯示優(yōu)化后的DTESK診斷模型可以有效區(qū)分泄漏量大于直徑為1mm泄漏孔故障和完全密封狀態(tài)，改善效果顯著。

4 結(jié)論

4.1、闡述了一種國(guó)六油箱泄漏OBD診斷模型-DTESK的原理并分析了當(dāng)前診斷模型無(wú)法應(yīng)用在縱置凹型油箱的局限性；

4.2、針對(duì)當(dāng)前DTESK診斷模型的局限性，可以通過(guò)求斜率平均值法進(jìn)行優(yōu)化。求斜率平均值概括是通過(guò)對(duì)濾波后油箱壓力波峰和波谷識(shí)別，用波峰對(duì)波峰梯度計(jì)算和波谷對(duì)波谷梯度計(jì)算求平均值一種的燃油泄漏診斷的壓力信號(hào)處理算法, 該方法通過(guò)一段時(shí)間段內(nèi)多次計(jì)算梯度平均值，可以有效規(guī)避單次信號(hào)的隨機(jī)誤差，如可以規(guī)避車(chē)體晃動(dòng)，溜車(chē)，剎車(chē)，汽車(chē)啟動(dòng)行駛等因素對(duì)信號(hào)的影響，增強(qiáng)DTESK軟件模型算法的抗干擾性。

4.3、用求斜率平均值法優(yōu)化后的DTESK模型通過(guò)實(shí)車(chē)路試測(cè)試驗(yàn)證，可以有效區(qū)分泄漏量大于直徑為1mm泄漏孔故障和完全密封狀態(tài)，改善效果顯著。