某國六SUV車型油箱泄漏OBD診斷模型優(yōu)化研究

丁濃龍

(江鈴汽車股份有限公司,江西 南昌 330000)

0 前言

汽車的燃油蒸發(fā)排放是汽車主要污染源之一，各國環(huán)保法規(guī)對汽車污染物的排放要求日趨嚴格，中國國六階段排放法規(guī)首次要求整個燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)所有泄漏點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)應能檢測出來并且進行報警，并且OBD系統(tǒng)診斷頻率需滿足相關IUPR的要求[1]。IUPR 是In-Use Performance Ratio 縮寫，即OBD監(jiān)控系統(tǒng)的診斷頻率，它是一個長期統(tǒng)計的比值。

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是通過打氣泵向燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)泵入空氣進行正壓檢測的方法，該方法因需要新增打氣泵專用件，成本較高，一般僅適用于混合動力高壓燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)[3]。 而DTESK、EONV分別是利用發(fā)動機進氣管的負壓來向燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)抽真空和利用發(fā)動機熄火后燃油溫度變化建立的負壓而進行負壓檢測的方法，因DTESK 是主動抽真空建立負壓，IUPR達成率較高，故此普通國VI燃油車(非混動)采用DTESK 診斷方法較為普遍。

1 DTESK診斷方法原理

1.1 DTESK硬件結構原理(如圖1所示)

DTESK利用發(fā)動機進氣管的真空源，通過控制炭罐閥和炭罐通風閥制造真空度，根據(jù)真空衰減梯度來檢測蒸發(fā)系統(tǒng)的泄漏[4]。其中炭罐通風閥用于控制蒸發(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)動機進氣管路之間的連通。

1.2 DTESK軟件診斷模型原理

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

階段A為炭罐通風閥故障監(jiān)測，邏輯為泄漏診斷開始后，炭罐閥隨之關閉，由于炭罐脫附的作用油箱壓力會低于大氣壓，炭罐閥關閉后，大氣會通過炭罐通風閥進入油箱，使得油箱壓力上升。如果油箱壓力沒有在標定的時間內(nèi)達到閾值，則報出炭罐通風閥故障；

階段B為炭罐閥故障監(jiān)測，邏輯為階段A完成一定時間后，炭罐通風閥關閉，診斷繼續(xù)進行。此時整個蒸發(fā)系統(tǒng)處于密封狀態(tài)，油箱壓力可能因為燃油的蒸發(fā)而上升。如果油箱壓力低于標定閾值，則系統(tǒng)報出炭罐閥常開故障，監(jiān)測將會停止。 此階段同樣稱為補償壓力梯度測量，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的補償壓力梯度。

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

階段D為1mm泄漏監(jiān)測，邏輯為只有C階段未檢測到故障才會進行1mm泄漏監(jiān)測。D階段開始后關閉炭罐閥和炭罐通風閥，系統(tǒng)計算標定時間內(nèi)的壓力上升梯度，經(jīng)過B階段得到的補償梯度修正后，得到真空衰減梯度。如果真空衰減梯度超出標定閾值，判定為大于等于1mm泄漏故障。

正常DTESK運行順序為在階段A關閉炭罐電磁閥等候油箱力穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定后進入階段B測量補償壓力梯度然后進入階段C進行粗泄露監(jiān)測，如果沒有粗泄露就進入階段D進行1mm泄露監(jiān)測。

1.3 當前DTESK軟件診斷模型局限性

某國六SUV車型油箱縱向布置且結構邊長，因避讓車架橫梁，導致油箱在液位沒過凹槽后被分割成兩個空腔(如圖3所示)，車輛在減速時，油箱內(nèi)的油液前后晃動，從而會間隔性擠壓前后空腔，導致壓力出現(xiàn)較大的周期性波動。當前DTESK軟件模型應用在這種縱置凹型油箱，存在以下局限性：1、油箱壓力波動過大，會導致當前DTESK軟件模型在階段A就會退出診斷，進而影響IUPR；

2、油箱壓力波動較大，無法在短時間內(nèi)穩(wěn)定，會導致當前DTESK軟件模型一直處于階段A，診斷不完成，會一直抑制起停，進而影響排放、油耗和IUPR；

3、即便放開階段A的閾值，因階段D計算壓力衰減梯度采用的模型是結束點油箱壓力減去起始點的壓力，再用差值除以保壓時間，當起始點和結束點壓力出現(xiàn)波峰或波谷周期性波動時都會導致壓力衰減梯度計算不準確問題，如圖4所示。

2 DTESK診斷模型優(yōu)化方案

油箱壓力波動很大且長時間不能穩(wěn)定下來，這個是油箱結構所決定的，故可以認為此現(xiàn)象系統(tǒng)固有屬性的表象，具有一定可預知性，根據(jù)數(shù)據(jù)分析， 階段D計算衰減梯度時，正常壓力波動有以下四種情況：

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

情況2：壓力波動上行，有明顯的波谷和波峰，且波動能力出現(xiàn)收斂等特征，但只能分別識別1個波峰和1個波谷，說明油箱液位波動引起的壓力波動能量已經(jīng)變小；

情況3：壓力波動上行，無法識別波谷和波峰等特征；

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

針對以上四種情況，采用求斜率平均值法進行處理：

針對情況1，如圖5所示分別識別2個波峰和2個波谷，并分別求斜率，然后利用求斜率平均值來進行診斷。

針對情況2，如圖6所示重新計算起始點C(通過A1和B1計算)，再在t3時間段每隔T時間與C點計算一個斜率，然后再求斜率平均值進行診斷。

針對情況3，如圖7所示，在t時間無法識別波谷和波峰。在t1時段每隔T時間與起始點S計算一個斜率，然后再求斜率平均值進行診斷。

針對情況4：處理辦法和情況3相同，在t1時段每隔T時間與起始點S計算一個斜率，在求斜率平均值進行診斷；

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

1、記錄起始點S的壓力值；

2、通過算法判斷此階段壓力變化是否是情況1，如果滿足情況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、如果壓力變化不滿足情況1，判斷壓力變化是否滿足情況2，如果滿足情況2，并記錄波峰A1和波谷B1的值；如果(A1-B1)/t1

4、如果壓力變化不滿足情況2，判斷壓力是否在t時間段是否是上行的，如果滿足情況3和情況4，則判斷t1時間段壓力是否上行，如果是，在t1時段每隔T時間與起始點S計算一個斜率，在求斜率平均值進行診斷，否則退出診斷；

5、如果不滿足情況3和情況4，則退出診斷。

3 改善效果驗證

3.1 改善前實測數(shù)據(jù)分析

如圖8所示，橫坐標為油箱油量，縱坐標為油箱內(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為1mm泄漏孔樣件測試下的油箱內(nèi)部壓力梯度的波動分布，曲線下部分的淺藍色的點為完全密封狀態(tài)下油箱內(nèi)部壓力梯度的波動分布。

從圖8可以看出，45L以上油量，深紅色的點和淺藍色的點幾乎與1mm泄漏孔壓力梯度閾值曲線相交，無法做到完全區(qū)分1mm故障狀態(tài)和完全密封狀態(tài)。所以優(yōu)化前DTESK模型在階段D計算衰減梯度時，因45L以上油量燃油箱內(nèi)部壓力波動較大，會存在泄漏大于直徑1mm泄漏孔故障漏報或者誤報的情況發(fā)生。

3.2 改善后實測數(shù)據(jù)分析

如圖9所示，橫坐標為油箱油量，縱坐標為油箱內(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的點為1mm泄漏孔樣件測試下的油箱內(nèi)部壓力梯度的波動分布，曲線下部分的紅色橢圓圈起來的點為完全密封狀態(tài)下油箱內(nèi)部壓力梯度的波動分布。

從圖9可以看出，所有油箱油量容積下，黃色橢圓圈起來的點與紅色橢圓圈起來的點都表現(xiàn)區(qū)分明顯。所以通過圖9實車測試結果，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 結論

4.1、闡述了一種國六油箱泄漏OBD診斷模型-DTESK的原理并分析了當前診斷模型無法應用在縱置凹型油箱的局限性；

4.2、針對當前DTESK診斷模型的局限性，可以通過求斜率平均值法進行優(yōu)化。求斜率平均值概括是通過對濾波后油箱壓力波峰和波谷識別，用波峰對波峰梯度計算和波谷對波谷梯度計算求平均值一種的燃油泄漏診斷的壓力信號處理算法, 該方法通過一段時間段內(nèi)多次計算梯度平均值，可以有效規(guī)避單次信號的隨機誤差，如可以規(guī)避車體晃動，溜車，剎車，汽車啟動行駛等因素對信號的影響，增強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模型通過實車路試測試驗證，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。