某国六SUV车型油箱泄漏OBD诊断模型优化研究

丁浓龙

(江铃汽车股份有限公司,江西 南昌 330000)

0 前言

汽车的燃油蒸发排放是汽车主要污染源之一，各国环保法规对汽车污染物的排放要求日趋严格，中国国六阶段排放法规首次要求整个燃油蒸发控制系统所有泄漏点的泄漏量如果大于或等于直径为1mm或者0.5mm的小孔产生的泄漏量，那么OBD系统应能检测出来并且进行报警，并且OBD系统诊断频率需满足相关IUPR的要求[1]。IUPR 是In-Use Performance Ratio 缩写，即OBD监控系统的诊断频率，它是一个长期统计的比值。

通常燃油蒸发排放控制系统泄漏的OBD诊断策略有DMTL、DTESK、EONV等方法[2]。其中，DMTL是通过打气泵向燃油蒸发排放控制系统泵入空气进行正压检测的方法，该方法因需要新增打气泵专用件，成本较高，一般仅适用于混合动力高压燃油蒸发控制系统[3]。 而DTESK、EONV分别是利用发动机进气管的负压来向燃油蒸发控制系统抽真空和利用发动机熄火后燃油温度变化建立的负压而进行负压检测的方法，因DTESK 是主动抽真空建立负压，IUPR达成率较高，故此普通国VI燃油车(非混动)采用DTESK 诊断方法较为普遍。

1 DTESK诊断方法原理

1.1 DTESK硬件结构原理(如图1所示)

DTESK利用发动机进气管的真空源，通过控制炭罐阀和炭罐通风阀制造真空度，根据真空衰减梯度来检测蒸发系统的泄漏[4]。其中炭罐通风阀用于控制蒸发系统与大气环境之间的连通，炭罐阀用于控制蒸发系统与发动机进气管路之间的连通。

1.2 DTESK软件诊断模型原理

如图2所示DTESK 软件诊断分为四个阶段[5]，分别标记为阶段A/B/C/D。

阶段A为炭罐通风阀故障监测，逻辑为泄漏诊断开始后，炭罐阀随之关闭，由于炭罐脱附的作用油箱压力会低于大气压，炭罐阀关闭后，大气会通过炭罐通风阀进入油箱，使得油箱压力上升。如果油箱压力没有在标定的时间内达到阈值，则报出炭罐通风阀故障；

阶段B为炭罐阀故障监测，逻辑为阶段A完成一定时间后，炭罐通风阀关闭，诊断继续进行。此时整个蒸发系统处于密封状态，油箱压力可能因为燃油的蒸发而上升。如果油箱压力低于标定阈值，则系统报出炭罐阀常开故障，监测将会停止。 此阶段同样称为补偿压力梯度测量，密封状态下，因燃油箱的蒸发而引起的油箱压力上升的数据，可以作为阶段D的补偿压力梯度。

阶段C为炭罐阀低流量监测和粗泄漏监测，逻辑为保持炭罐通风阀关闭，炭罐阀打开，建立油箱系统负压，即真空度。经过标定的脱附流量积分后，如果油箱压力始终未降至标定阈值以下，则炭罐阀存在低流量故障(如常闭故障)，监测停止。 如果正常，则油箱压力继续下降，系统计算压力下降幅度。经过标定的脱附流量积分后，压力差始终高于标定阈值，判定为粗泄漏故障。

阶段D为1mm泄漏监测，逻辑为只有C阶段未检测到故障才会进行1mm泄漏监测。D阶段开始后关闭炭罐阀和炭罐通风阀，系统计算标定时间内的压力上升梯度，经过B阶段得到的补偿梯度修正后，得到真空衰减梯度。如果真空衰减梯度超出标定阈值，判定为大于等于1mm泄漏故障。

正常DTESK运行顺序为在阶段A关闭炭罐电磁阀等候油箱力稳定，压力稳定后进入阶段B测量补偿压力梯度然后进入阶段C进行粗泄露监测，如果没有粗泄露就进入阶段D进行1mm泄露监测。

1.3 当前DTESK软件诊断模型局限性

某国六SUV车型油箱纵向布置且结构边长，因避让车架横梁，导致油箱在液位没过凹槽后被分割成两个空腔(如图3所示)，车辆在减速时，油箱内的油液前后晃动，从而会间隔性挤压前后空腔，导致压力出现较大的周期性波动。当前DTESK软件模型应用在这种纵置凹型油箱，存在以下局限性：1、油箱压力波动过大，会导致当前DTESK软件模型在阶段A就会退出诊断，进而影响IUPR；

2、油箱压力波动较大，无法在短时间内稳定，会导致当前DTESK软件模型一直处于阶段A，诊断不完成，会一直抑制起停，进而影响排放、油耗和IUPR；

3、即便放开阶段A的阈值，因阶段D计算压力衰减梯度采用的模型是结束点油箱压力减去起始点的压力，再用差值除以保压时间，当起始点和结束点压力出现波峰或波谷周期性波动时都会导致压力衰减梯度计算不准确问题，如图4所示。

2 DTESK诊断模型优化方案

油箱压力波动很大且长时间不能稳定下来，这个是油箱结构所决定的，故可以认为此现象系统固有属性的表象，具有一定可预知性，根据数据分析， 阶段D计算衰减梯度时，正常压力波动有以下四种情况：

情况1：压力波动上行，有明显的波谷和波峰，且波动能量出现收敛等特征；

情况2：压力波动上行，有明显的波谷和波峰，且波动能力出现收敛等特征，但只能分别识别1个波峰和1个波谷，说明油箱液位波动引起的压力波动能量已经变小；

情况3：压力波动上行，无法识别波谷和波峰等特征；

情况4：压力上行，不存在波动等特征，说明此时液位波动引起油箱压力变化能量已经趋于0；

针对以上四种情况，采用求斜率平均值法进行处理：

针对情况1，如图5所示分别识别2个波峰和2个波谷，并分别求斜率，然后利用求斜率平均值来进行诊断。

针对情况2，如图6所示重新计算起始点C(通过A1和B1计算)，再在t3时间段每隔T时间与C点计算一个斜率，然后再求斜率平均值进行诊断。

针对情况3，如图7所示，在t时间无法识别波谷和波峰。在t1时段每隔T时间与起始点S计算一个斜率，然后再求斜率平均值进行诊断。

针对情况4：处理办法和情况3相同，在t1时段每隔T时间与起始点S计算一个斜率，在求斜率平均值进行诊断；

故此，在阶段A放开阈值让DTESK软件模型进入诊断，然后利用求斜率平均值法在阶段D计算衰减梯度，方法逻辑步骤为：

1、记录起始点S的压力值；

2、通过算法判断此阶段压力变化是否是情况1，如果满足情况1，并记录波谷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、如果压力变化不满足情况1，判断压力变化是否满足情况2，如果满足情况2，并记录波峰A1和波谷B1的值；如果(A1-B1)/t1

4、如果压力变化不满足情况2，判断压力是否在t时间段是否是上行的，如果满足情况3和情况4，则判断t1时间段压力是否上行，如果是，在t1时段每隔T时间与起始点S计算一个斜率，在求斜率平均值进行诊断，否则退出诊断；

5、如果不满足情况3和情况4，则退出诊断。

3 改善效果验证

3.1 改善前实测数据分析

如图8所示，横坐标为油箱油量，纵坐标为油箱内压力梯度，中间曲线为1mm泄漏孔压力梯度阈值曲线，曲线上部分深红色的点为1mm泄漏孔样件测试下的油箱内部压力梯度的波动分布，曲线下部分的浅蓝色的点为完全密封状态下油箱内部压力梯度的波动分布。

从图8可以看出，45L以上油量，深红色的点和浅蓝色的点几乎与1mm泄漏孔压力梯度阈值曲线相交，无法做到完全区分1mm故障状态和完全密封状态。所以优化前DTESK模型在阶段D计算衰减梯度时，因45L以上油量燃油箱内部压力波动较大，会存在泄漏大于直径1mm泄漏孔故障漏报或者误报的情况发生。

3.2 改善后实测数据分析

如图9所示，横坐标为油箱油量，纵坐标为油箱内压力梯度，中间曲线为1mm泄漏孔压力梯度阈值曲线，曲线上部分黄色椭圆圈起来的点为1mm泄漏孔样件测试下的油箱内部压力梯度的波动分布，曲线下部分的红色椭圆圈起来的点为完全密封状态下油箱内部压力梯度的波动分布。

从图9可以看出，所有油箱油量容积下，黄色椭圆圈起来的点与红色椭圆圈起来的点都表现区分明显。所以通过图9实车测试结果，可以显示优化后的DTESK诊断模型可以有效区分泄漏量大于直径为1mm泄漏孔故障和完全密封状态，改善效果显著。

4 结论

4.1、阐述了一种国六油箱泄漏OBD诊断模型-DTESK的原理并分析了当前诊断模型无法应用在纵置凹型油箱的局限性；

4.2、针对当前DTESK诊断模型的局限性，可以通过求斜率平均值法进行优化。求斜率平均值概括是通过对滤波后油箱压力波峰和波谷识别，用波峰对波峰梯度计算和波谷对波谷梯度计算求平均值一种的燃油泄漏诊断的压力信号处理算法, 该方法通过一段时间段内多次计算梯度平均值，可以有效规避单次信号的随机误差，如可以规避车体晃动，溜车，刹车，汽车启动行驶等因素对信号的影响，增强DTESK软件模型算法的抗干扰性。

4.3、用求斜率平均值法优化后的DTESK模型通过实车路试测试验证，可以有效区分泄漏量大于直径为1mm泄漏孔故障和完全密封状态，改善效果显著。