GPF 壓差管結冰融冰識別診斷邏輯的實現(xiàn)與標定

馮華帥，王端營，黃東興，楊曉彤，朱海龍，任 強

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

當前GPF 集成在三元催化器上，布置形式一般分為緊耦式、底盤式。而GPF 壓差傳感器用于采集GPF上游和下游的壓力/壓力差信號，由EMS 控制系統(tǒng)對壓力信號經過濾波處理后用于控制系統(tǒng)邏輯的輸入信號。一般來說，由于傳感器有高溫限值的要求，GPF 壓差傳感器不會直接與GPF 載體直接連接，而是會通過從三元催化器引出來的壓差管路連接，且連接方式為金屬管加軟管總成，管路長度要求不超過50cm，且還需要方便拆裝。受到整車空間布置及設計結構限制，GPF壓差管路在極低的溫度下容易產生結冰，從而影響GPF 壓差信號，造成相關診斷如GPF 管路脫落、GPF 移除等故障誤報碼。所以，需要增加GFP 結冰和融冰診斷控制邏輯，在結冰的時候抑制相關診斷，同時觸發(fā)融冰機制，在融冰成功后能成功識別，重新使能相關診斷，滿足國六OBD 診斷法規(guī)要求[1]。

1 GPF 結冰診斷原理

在使能條件下，如環(huán)境溫度極低且發(fā)動機上一個駕駛循環(huán)后的停機時間足夠久、沒有GPF 壓力傳感器故障等的情況下。壓差管路結冰過程分為上電識別、啟動識別和駕駛過程中的識別，上電和啟動過程識別的原理相似，都是根據(jù)GPF 壓力信號差是否在一個合理閥值內，峰值壓力和谷底壓力是否具有明顯差異去判斷結冰情況，如圖1、圖2 所示[2]。

圖1 上電結冰識別

圖2 重復啟動結冰識別

而車輛行駛過程中則可以通過CCF 值（Cross correlation factor，即壓力相關系數(shù)）更準確可靠的去識別結冰，由于GPF 體積一般較小，壓差較小，且發(fā)動機通常運行于動態(tài)工況，故引入壓差/壓力梯度計算而來的CCF 值。通過CCF 監(jiān)測顆粒捕捉器的性能，CCF 值的變化實際也反映了整車系統(tǒng)GPF 壓差管路的波動情況，如圖3 所示，而CCF 值的定義如式所示[3]：

圖3 GPF 流量與壓差信號的關系

其中：Pmeasure——GPF 壓差傳感器實測壓力；Pmodel——EMS 系統(tǒng)預估的模型壓力；ΔPmeasure——GPF 壓差傳感器實測上下游壓力差；ΔPmodel——EMS 系統(tǒng)預估的上下游模型壓力差；n——采樣點數(shù)。

結冰識別成功后，EMS 系統(tǒng)根據(jù)狀態(tài)機邏輯抑制GPF 相關診斷，從而防止誤診斷，且會進入對應邏輯的融冰識別階段。

2 GPF 融冰工作原理

融冰過程主要是通過發(fā)動機燃燒產生的熱量進行，融冰成功與否的判定方法如下。

（1）車輛靜態(tài)怠速過程中，一般采用熱值積分判定是管路否融冰成功。

（2）車輛行駛過程中，系統(tǒng)一般優(yōu)先使用前后管路的CCF 值作為融冰判定條件，熱值積分值一般作為輔助條件使用，在一些失效模式如前后管路與GPF 壓差傳感器連接處脫落的情況下，CCF 值已經不能正確反饋系統(tǒng)實際壓力狀態(tài)。

熱值積分的方法實際是一種能量守恒定律的應用，具體熱力學公式如下[4]。

（1）當環(huán)境溫度＜0℃時且GPF 載體中心內部溫度≥標定值（一般設定為600℃），則認為存在吸熱現(xiàn)象。

（2）當環(huán)境溫度＜0℃時且GPF 載體中心內部溫度＜標定值（一般設定為600℃），則認為存在散熱現(xiàn)象。

3 邏輯架構

GPF 結冰融冰控制邏輯架構一般如圖4 所示。

圖4 GPF 壓差管結冰融冰邏輯架構設計

4 整車道路試驗

圖5 是上汽通用五菱某款車型的壓差管路在整車上的布置示意圖，由于結冰一般只發(fā)生在環(huán)境溫度0℃以下，所以只進行冬季道路試驗，并且推薦在管路壁面布置熱電偶7#實時采集發(fā)動機倉內溫度，方便標定參數(shù)的調整，一般認為當7#熱電偶采集到的溫度＜0℃時認為此時不會融冰，采集到的溫度＞0℃時才有可能融冰過程。其他熱電偶僅作為輔助，用于準確識別具體的結冰位置，有必要的話可對壓差管路的布置、走向、角度等進行調整。

圖5 熱電偶編號及布置

路試過程一般分為動態(tài)、穩(wěn)態(tài)過程。由于實際的駕駛工況較為復雜，所以先進行穩(wěn)態(tài)工況，在環(huán)境溫度為-30℃/-20℃/-10℃/0℃都分別進行驗證，如環(huán)境溫度條件受到限制，一般只進行環(huán)境溫度為-20℃±5℃的道路測試和驗證，試驗方法如下。

（1）空碳載量下的GPF 前管（上游）CCF 值、后管（下游）CCF 值標定校準。

（2）上下電結冰識別標定和驗證。

（3）重復啟動結冰識別標定和驗證。

（4）原地基本怠速熱值積分融冰標定和驗證。

（5）原地高高怠速熱值積分融冰標定和驗證。

（6）20kph/40kph/60kph/80kph/100kph 穩(wěn)態(tài)行駛熱值積分融冰標定及前管CCF 值、后管CCF 值融冰驗證。

（7）動態(tài)駕駛工況下的融冰熱值積分、前管CCF值、后管CCF 融冰驗證。

具體道路試驗流程如圖6 所示[5]。

圖6 冬季結冰融冰道路試驗流程

5 標定過程

將試驗過程中實時采集的數(shù)據(jù)導入專用軟件中，手動調整參與熱值積分計算的車速修正系數(shù)數(shù)值，再次反算熱值積分。怠速工況下的熱值積分增長情況，一般設置的標定值較為保守，預估融冰時間一般是實際融冰時間1.5 倍以上，保證GPF 壓差管路充分融冰。當前僅且前后管CCF 值的應能準確反映融冰情況，行車工況下熱值積分增長到融冰識別閥值的時間則按照前后管CCF 值在融冰點時間基礎上的4 倍左右。

圖7 熱值積分標定反算

標定完成后，需要再次進行冬季道路試驗驗證動態(tài)檢查，應確保在實際融冰發(fā)生前，熱值積分增長數(shù)值和CCF 值變化數(shù)值應在結冰識別閥值內，有效激活GPF 相關診斷抑制功。另外還應該在不同車輛上進行驗證，將融冰散差出現(xiàn)較大的數(shù)值繼續(xù)優(yōu)化和收斂，有必要的話可以適當放寬預估的融冰點時間[6]。

6 結語

本文闡述了GPF 壓差管路結冰和融冰診斷和控制原理，并結合上汽通用五菱某款車型的冬季道路試驗開發(fā)標定經驗，說明GPF 壓差管路在極度溫度下容易產生結冰，而應用GPF 結冰融冰邏輯后，EMS 系統(tǒng)能正常抑制GPF 相關診斷，防止相關診斷的誤觸發(fā)，說明了該邏輯的必要性和可行性。并且結合開發(fā)過程遇到的實際問題，提供了一些標定參數(shù)設定的經驗和指標，以供參考。