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基于GPF温度传感器的量产车评估测试方法研究

2022-02-18陈旭健赵况张业海

汽车与驾驶维修(维修版) 2022年12期
关键词:温度传感器车辆传感器

陈旭健 赵况 张业海

关键词:国六排放;PVE 测试;GPF 温度传感器;诊断逻辑;电气类诊断;合理性诊断;冷起动校验诊断

中图分类号: U467.2 文献标识码: A

0 引言

面对日益严峻的环保形势,环境保护部(现为生态环境部)和国家质量监督检验检疫总局联合发布的GB18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(简称国六法规),于2020 年7 月1 日起实施。其中,生产一致性章节要求整车生产企业须每年进行车载诊断系统(OBD)生产一致性检查,量产车评估(PVE)则是测试的关键检查项。

生态环境部机动车排污监控中心于2018 年12 月发布《轻型车国六标准实施细则(试行)》,在试验流程等方面落实了具体的细则。但是,其测试方法在行业里处于初步认知状态,尤其是具体零部件的J2 监控要求验证。PVE 是在国六标准之下新增的内容,需要在量产车的OBD 系统上进行验证,且J2 试验是整个PVE 测试工作中最复杂的,需要对所有涉及排放相关的故障码逐一验证[1]。

本文以汽油机颗粒捕集器(GPF)温度传感器的PVE 测试为研究对象,介绍了温度传感器的工作原理及技术参数,解析故障码的诊断逻辑,提出具体的试验方法。通过试验表明,文中提出的试验方法对于整车PVE 测试具有开拓意义。

1 PVE测试的内容

OBD(On Board Diagnostic)是汽车用于排放控制系统监测的车载诊断系统。当与排放相关的任何部件发生故障时,OBD系统应监测到故障,将相应的故障代码存入车载电脑,并点亮故障指示灯(MIL)。驾驶员或汽车维修人员能够通过一个标准的诊断系统识别故障代码[2]。

PVE(Production Vehicle Evaluation,即量产车辆评估测试)是OBD 系统的功能性项目试验里的重要内容,是企业生产一致性工作的组成部分[3],包括JA7.1 标准化验证、JA7.2 监测要求验证(简称J2)以及JA7.3 在用监测性能验证。其中,J2 是整车PVE 测试的核心,其主要测试内容为:验证OBD 系统监测条件满足每一个诊断要求时,OBD 系统应检测到故障,点亮MIL 并存储确认和永久故障码。

以本司某手动挡车型为例,其J2 测试的整车诊断故障码总数为252 个,用时约2 个月。本文以其中一个零部件(即GPF温度传感器)为选择对象,研究其测试方法。

2 GPF 温度传感器的技术参数及工作原理

了解GPF 温度传感器的技术参数及工作原理是整个试验的基础工作。该传感器布置于GPF 前端,用来监测车辆运行中GPF的入口温度,以便预估GPF 的载体温度,防止GPF 再生过程中因为温度过高损坏载体。GPF 温度传感器为模拟信号输出,起到辅助诊断的作用[4](图1)。本文研究的GPF 温度传感器为国际知名传感器制造商所生产,其主要技术参数如图2 所示。

GPF温度传感器的核心元件为铂电阻,为正温度系数热敏电阻(PTC)。其电阻随排气温度的变化而变化,进而获得相应的排气温度数据[5]。GPF 温度传感器的温度与电阻的对应关系如下:

Rs=Rl+R0(1+αT +βT2) ( 1)

式中 Rs——GPF温度传感器电阻

Rl——外接线的线阻,取Rl=1Ω

R0——传感器温度为0℃时的基准电阻,取R0=200Ω

T——传感器温度

α 、β——材料系数(α =3.83×10-3,β =-5.85×10-7

由式(1)可得GPF 温度传感器的温度- 电阻关系(图3a)。传感器安装外接电路需要配置供电电源和上拉电阻(图3b),供电电压Up为5.00 V ;上拉电阻Rp 为1000.0 Ω的上拉电阻。即是传感器信号输出的电压U0为诊断参数。为方便试验过程中快速查询,绘制各主要温度点下对应的传感器阻值及信號电压(表1)。

3 PVE J2 试验

3.1 试验准备

试验对象为生产线正式批量生产下线的车辆,要求发动机系统排放相关的零部件和ECU 标定数据均为批产状态。试验设备包括笔记本电脑、DiagRA D软件、OBD连接设备Cardaq plus3、函数发生器TOE7761 以及发动机控制单元(ECU)分线盒。将设备连接至车上,连接方式如图4 所示。

3.2 诊断逻辑解析解析

故障码的诊断逻辑是试验的关键。查阅该车型《OBD监测的排放控制系统信息表》(以下简称监控表),提取GPF 温度传感器相关的诊断故障码信息(表2)。结合列表,将故障码分成以下类别。

第一类为电气类诊断,如P0545 00 和P0546 00,用于监测信号接到电源或搭铁。

第二类为合理性诊断,如P2080 62 和P2080 2A,用于监测信号输出的合理性。

第三类为冷起动校验诊断,如P20E2 24、P20E2 23,用于监测信号在冷机起动时刻温度基准的合理性。

3.3 电气类诊断测试

根据故障码P0545 00 和P0546 00 的监控表信息(表3,分别对这2 个故障码进行测试。首先测试故障码P0545 00。

未决故障循环:设备连接就绪,在DIAGRA D软件里点击mode4 清除原车故障码,用外接线束将ECU 的34 号端子接搭铁。由于信号接到地线,电压会被拉低至0.00 V,将钥匙打为ON 状态,开始记录测量文件。起动车辆进入发动机怠速状态,进行初次故障检测的循环。当软件mode7(排放相关的未决故障码)模式里报出故障P0545 00 后,将发动机熄火,钥匙重新打到ON 挡,保存测量文件。

确认故障循环:保持以上故障注入状态,点火开关处于ON 状态时,记录测量文件。起动发动机,进行再次故障检测的循环,当软件mode3(排放相关的确认故障码)模式里报出故障P0545 00,并且车辆仪表 MIL灯亮起时,将发动机熄火,钥匙重新打到ON 挡,软件modeA(排放相关的永久性故障码)模式存在相同的故障码后,保存测量文件。

以上2个测试循环即完整的测试循环。测试完成后,将外接线束拆除,并进行3 个无故障循环的运行后,用mode4清除ECU故障码,为下一个故障码的测试做好准备。

按照以上的流程,将34号端子连接5.00 V电源,实现P0546 00 的测试。

3.4合理性诊断测试

根据故障码P2080 62 和P2080 2A 的监控表可知(表4),合理性类诊断的辅助参数明显较电气类多,该类诊断车辆的运行工况复杂。传感器的模型温度为车辆GPF 开发过程中标定,其通过多样本及外接热电偶校正,具备高准确性。

P2080 62测试方法:起动发动机,使其运行时间大于300 s,此时冷却液温度应已大于20℃,GPF 温度传感器的温度经测量为400℃。查询表2 可知,此时对应的信号电压应为1.64 V。为了使传感器的输出温度偏差250℃,使ECU 进入诊断,使用函数发生器设置1.000 V的输入电压(对应温度100℃)。保持电压注入的状态,车辆起步行驶,保持发动机转速1200~4 500r/min,车速为20~140 km/h,匀速驾驶避免急加急减,保持加速踏板踩下的状态。满足工况行驶时间超过20s。按照流程保存好测量文件,可完成P2080 62的测试。

P2080 2A 测试方法:首先应确保车辆停机时间大于3 600 s。由于引发粘滞故障的条件是变化幅度不超过10℃(折算信号电压波动约0.05 V),为避免有信号干扰造成试验失败,在点火开关处于OFF 状态下,断开GPF 温度传感器信号线与ECU 的连接,串联接入函数发生器。根据此时的排气温度按照表2 设置对应电压,如25℃时应注入0.90 V 的信号电压。注意,应避免注入的电压与实际电压偏差过大,造成误报故障码的情况发生。起动车辆,自由行驶一段时间,满足排气流量积分。按照流程保存好测量文件,可完成P2080 2A 的测试。

3.5 冷起动校验诊断测试

冷起动校验诊断监测信号温度基准的合理性,其最大的特征是以停机时间8 h 为前提(表5)。在该条件下,零部件的温度应已降至环境温度,其参考温度即环境温度。如果在车辆起动时,传感器温度与环境温度偏差大于75℃,则判定传感器基准发生偏差。

P20E2 24测试方法:规定的停机时间后,车辆点火开关处于OFF 状态,断开GPF 温度传感器信号线与ECU 的连接,由函数发生器串联接入。如环境温度为25℃,为制造阈值偏差,根据表2 需注入1.10 V 的信号电压。起动发动机进入怠速状态,按照流程可完成故障码的测试。

P20E2 23测试方法:由于阈值要求信号温度小于环境温度75℃,如果在常温环境(25℃)停機,根据冷起动校验诊断监控表,25℃ -75℃ =-50℃,超出传感器量程,导致故障无法报出。为此,该测试需要先将车辆放置在环境舱里浸车,并且为了测试留有冗余,避免进入量程极限位置,设置环境舱温度为40℃。根据冷起动校验诊断监测表,40℃ -75℃ =-35℃,再根据表2 可得函数发生器需注入0.74 V 信号电压,按照试验流程应能实现报码。

3.6校验测试结果

检查测量文件,储存的故障码及数量都应正确。未决故障循环应只有mode7 储存了故障码;确认故障循环应mode3、mode7 及modeA 都储存了故障码,且显示的MIL 状态为点亮。按照规则命名并分类保存,为编写测试报告做准备。

4结束语

不同于型式试验占用较多场地及设备资源,PVE 测试更多的是需要理解零部件功能、诊断目的和逻辑原理,思考在较少的资源下,快速有效地完成试验。在“国六”实施初期,试验技术资源的缺少,企业的测试一般委托专业检测机构进行。企业自主团队的组建与测试开展,可节约委外试验成本,成效显著。PVE 测试为国六标准中的重要试验项,而GPF 温度传感器作为发动机排放系统的重要零件,其PVE 测试具有很强的代表性。本研究希望实现以点带面、开拓视野,为整车厂商自主测试提供参考。

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