基于GPF溫度傳感器的量產(chǎn)車評估測試方法研究

陳旭健、趙況、張業(yè)海

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

面對日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，環(huán)境保護(hù)部（現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境部）和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的GB18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（簡稱國六法規(guī)），于2020年7月1日起實施。其中，生產(chǎn)一致性章節(jié)要求整車生產(chǎn)企業(yè)須每年進(jìn)行車載診斷系統(tǒng)（OBD）生產(chǎn)一致性檢查，量產(chǎn)車評估（PVE）則是測試的關(guān)鍵檢查項。

生態(tài)環(huán)境部機動車排污監(jiān)控中心于2018年12月發(fā)布《輕型車國六標(biāo)準(zhǔn)實施細(xì)則（試行）》，在試驗流程等方面落實了具體的細(xì)則。但是，其測試方法在行業(yè)里處于初步認(rèn)知狀態(tài)，尤其是具體零部件的J2監(jiān)控要求驗證。PVE是在國六標(biāo)準(zhǔn)之下新增的內(nèi)容，需要在量產(chǎn)車的OBD系統(tǒng)上進(jìn)行驗證，且J2試驗是整個PVE測試工作中最復(fù)雜的，需要對所有涉及排放相關(guān)的故障碼逐一驗證[1]。

本文以汽油機顆粒捕集器（GPF）溫度傳感器的PVE測試為研究對象，介紹了溫度傳感器的工作原理及技術(shù)參數(shù)，解析故障碼的診斷邏輯，提出具體的試驗方法。通過試驗表明，文中提出的試驗方法對于整車PVE測試具有開拓意義。

1 PVE測試的內(nèi)容

OBD（On Board Diagnostic）是汽車用于排放控制系統(tǒng)監(jiān)測的車載診斷系統(tǒng)。當(dāng)與排放相關(guān)的任何部件發(fā)生故障時，OBD系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測到故障，將相應(yīng)的故障代碼存入車載電腦，并點亮故障指示燈（MIL）。駕駛員或汽車維修人員能夠通過一個標(biāo)準(zhǔn)的診斷系統(tǒng)識別故障代碼[2]。

PVE（Production Vehicle Evaluation，即量產(chǎn)車輛評估測試）是OBD系統(tǒng)的功能性項目試驗里的重要內(nèi)容，是企業(yè)生產(chǎn)一致性工作的組成部分[3]，包括JA7.1標(biāo)準(zhǔn)化驗證、JA7.2 監(jiān)測要求驗證（簡稱J2）以及JA7.3 在用監(jiān)測性能驗證。其中，J2是整車PVE測試的核心，其主要測試內(nèi)容為：驗證OBD系統(tǒng)監(jiān)測條件滿足每一個診斷要求時，OBD系統(tǒng)應(yīng)檢測到故障，點亮MIL并存儲確認(rèn)和永久故障碼。

以本司某手動擋車型為例，其J2測試的整車診斷故障碼總數(shù)為252個，用時約2個月。本文以其中一個零部件（即GPF溫度傳感器）為選擇對象，研究其測試方法。

2 GPF溫度傳感器的技術(shù)參數(shù)及工作原理

了解GPF溫度傳感器的技術(shù)參數(shù)及工作原理是整個試驗的基礎(chǔ)工作。該傳感器布置于GPF前端，用來監(jiān)測車輛運行中GPF的入口溫度，以便預(yù)估GPF的載體溫度，防止GPF再生過程中因為溫度過高損壞載體。GPF溫度傳感器為模擬信號輸出，起到輔助診斷的作用[4]（圖1）。本文研究的GPF溫度傳感器為國際知名傳感器制造商所生產(chǎn)，其主要技術(shù)參數(shù)如圖2所示。

圖1 GPF溫度傳感器及安裝位置

圖2 GPF溫度傳感器主要技術(shù)參數(shù)

GPF溫度傳感器的核心元件為鉑電阻，為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）。其電阻隨排氣溫度的變化而變化，進(jìn)而獲得相應(yīng)的排氣溫度數(shù)據(jù)[5]。GPF溫度傳感器的溫度與電阻的對應(yīng)關(guān)系如下：

式中 Rs—GPF溫度傳感器電阻

Rl—外接線的線阻，取Rl=1 Ω

R0—傳感器溫度為0℃時的基準(zhǔn)電阻，取R0=200 Ω

T—傳感器溫度

α、β—材料系數(shù)（α=3.83×10-3，β=-5.85×10-7）

由式（1）可得GPF溫度傳感器的溫度-電阻關(guān)系（圖3a）。傳感器安裝外接電路需要配置供電電源和上拉電阻（圖3b），供電電壓Up為5.00 V；上拉電阻Rp為1 000.0 Ω的上拉電阻。即是傳感器信號輸出的電壓U0為診斷參數(shù)。為方便試驗過程中快速查詢，繪制各主要溫度點下對應(yīng)的傳感器阻值及信號電壓（表1）。

圖3 GPF溫度傳感器溫度-電阻曲線及測試外接電路

表1 各主要溫度點的傳感器阻值及電壓信號

3 PVE J2試驗

3.1 試驗準(zhǔn)備

試驗對象為生產(chǎn)線正式批量生產(chǎn)下線的車輛，要求發(fā)動機系統(tǒng)排放相關(guān)的零部件和ECU標(biāo)定數(shù)據(jù)均為批產(chǎn)狀態(tài)。試驗設(shè)備包括筆記本電腦、DiagRA D軟件、OBD連接設(shè)備Cardaq plus3、函數(shù)發(fā)生器TOE7761以及發(fā)動機控制單元（ECU）分線盒。將設(shè)備連接至車上，連接方式如圖4所示。

圖4 設(shè)備連接示意圖

3.2 診斷邏輯解析

解析故障碼的診斷邏輯是試驗的關(guān)鍵。查閱該車型《OBD監(jiān)測的排放控制系統(tǒng)信息表》（以下簡稱監(jiān)控表），提取GPF溫度傳感器相關(guān)的診斷故障碼信息（表2）。結(jié)合列表，將故障碼分成以下類別。

表2 傳感器故障碼列表

第一類為電氣類診斷，如P0545 00和P0546 00，用于監(jiān)測信號接到電源或搭鐵。

第二類為合理性診斷，如P2080 62和P2080 2A，用于監(jiān)測信號輸出的合理性。

第三類為冷起動校驗診斷，如P20E2 24、P20E2 23，用于監(jiān)測信號在冷機起動時刻溫度基準(zhǔn)的合理性。

3.3 電氣類診斷測試

根據(jù)故障碼P0545 00和P0546 00的監(jiān)控表信息（表3，分別對這2個故障碼進(jìn)行測試。首先測試故障碼P0545 00。

表3 電氣類診斷監(jiān)控表

未決故障循環(huán)：設(shè)備連接就緒，在DIAGRA D軟件里點擊mode4清除原車故障碼，用外接線束將ECU的34號端子接搭鐵。由于信號接到地線，電壓會被拉低至0.00 V，將鑰匙打為ON狀態(tài)，開始記錄測量文件。起動車輛進(jìn)入發(fā)動機怠速狀態(tài)，進(jìn)行初次故障檢測的循環(huán)。當(dāng)軟件mode7（排放相關(guān)的未決故障碼）模式里報出故障P0545 00后，將發(fā)動機熄火，鑰匙重新打到ON擋，保存測量文件。

確認(rèn)故障循環(huán)：保持以上故障注入狀態(tài)，點火開關(guān)處于ON狀態(tài)時，記錄測量文件。起動發(fā)動機，進(jìn)行再次故障檢測的循環(huán)，當(dāng)軟件mode3（排放相關(guān)的確認(rèn)故障碼）模式里報出故障P0545 00，并且車輛儀表 MIL燈亮起時，將發(fā)動機熄火，鑰匙重新打到ON擋，軟件modeA（排放相關(guān)的永久性故障碼）模式存在相同的故障碼后，保存測量文件。

以上2個測試循環(huán)即完整的測試循環(huán)。測試完成后，將外接線束拆除，并進(jìn)行3個無故障循環(huán)的運行后，用mode4清除ECU故障碼，為下一個故障碼的測試做好準(zhǔn)備。

按照以上的流程，將34號端子連接5.00 V電源，實現(xiàn)P0546 00的測試。

3.4 合理性診斷測試

根據(jù)故障碼P2080 62和P2080 2A的監(jiān)控表可知（表4），合理性類診斷的輔助參數(shù)明顯較電氣類多，該類診斷車輛的運行工況復(fù)雜。傳感器的模型溫度為車輛GPF開發(fā)過程中標(biāo)定，其通過多樣本及外接熱電偶校正，具備高準(zhǔn)確性。

表4 P2080 62診斷監(jiān)控表

P2080 62測試方法：起動發(fā)動機，使其運行時間大于300 s，此時冷卻液溫度應(yīng)已大于20℃，GPF溫度傳感器的溫度經(jīng)測量為400℃。查詢表2可知，此時對應(yīng)的信號電壓應(yīng)為1.64 V。為了使傳感器的輸出溫度偏差250℃，使ECU進(jìn)入診斷，使用函數(shù)發(fā)生器設(shè)置1.000 V的輸入電壓（對應(yīng)溫度100℃）。保持電壓注入的狀態(tài)，車輛起步行駛，保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速1 200～4 500 r/min，車速為20～140 km/h，勻速駕駛避免急加急減，保持加速踏板踩下的狀態(tài)。滿足工況行駛時間超過20 s。按照流程保存好測量文件，可完成P2080 62的測試。

P2080 2A測試方法：首先應(yīng)確保車輛停機時間大于3 600 s。由于引發(fā)粘滯故障的條件是變化幅度不超過10℃（折算信號電壓波動約0.05 V），為避免有信號干擾造成試驗失敗，在點火開關(guān)處于OFF狀態(tài)下，斷開GPF溫度傳感器信號線與ECU的連接，串聯(lián)接入函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)此時的排氣溫度按照表2設(shè)置對應(yīng)電壓，如25℃時應(yīng)注入0.90 V的信號電壓。注意，應(yīng)避免注入的電壓與實際電壓偏差過大，造成誤報故障碼的情況發(fā)生。起動車輛，自由行駛一段時間，滿足排氣流量積分。按照流程保存好測量文件，可完成P2080 2A的測試。

3.5 冷起動校驗診斷測試

冷起動校驗診斷監(jiān)測信號溫度基準(zhǔn)的合理性，其最大的特征是以停機時間8 h為前提（表5）。在該條件下，零部件的溫度應(yīng)已降至環(huán)境溫度，其參考溫度即環(huán)境溫度。如果在車輛起動時，傳感器溫度與環(huán)境溫度偏差大于75℃，則判定傳感器基準(zhǔn)發(fā)生偏差。

表5 冷起動校驗診斷監(jiān)控表

P20E2 24測試方法：規(guī)定的停機時間后，車輛點火開關(guān)處于OFF狀態(tài)，斷開GPF溫度傳感器信號線與ECU的連接，由函數(shù)發(fā)生器串聯(lián)接入。如環(huán)境溫度為25℃，為制造閾值偏差，根據(jù)表2需注入1.10 V的信號電壓。起動發(fā)動機進(jìn)入怠速狀態(tài)，按照流程可完成故障碼的測試。

P20E2 23測試方法：由于閾值要求信號溫度小于環(huán)境溫度75℃，如果在常溫環(huán)境（25℃）停機，根據(jù)冷起動校驗診斷監(jiān)控表，25℃-75℃=-50℃，超出傳感器量程，導(dǎo)致故障無法報出。為此，該測試需要先將車輛放置在環(huán)境艙里浸車，并且為了測試留有冗余，避免進(jìn)入量程極限位置，設(shè)置環(huán)境艙溫度為40℃。根據(jù)冷起動校驗診斷監(jiān)測表，40℃-75℃=-35℃，再根據(jù)表2可得函數(shù)發(fā)生器需注入0.74 V信號電壓，按照試驗流程應(yīng)能實現(xiàn)報碼。

3.6 校驗測試結(jié)果

檢查測量文件，儲存的故障碼及數(shù)量都應(yīng)正確。未決故障循環(huán)應(yīng)只有mode7儲存了故障碼；確認(rèn)故障循環(huán)應(yīng)mode3、mode7及modeA都儲存了故障碼，且顯示的MIL狀態(tài)為點亮。按照規(guī)則命名并分類保存，為編寫測試報告做準(zhǔn)備。

4 結(jié)束語

不同于型式試驗占用較多場地及設(shè)備資源，PVE測試更多的是需要理解零部件功能、診斷目的和邏輯原理，思考在較少的資源下，快速有效地完成試驗。在“國六”實施初期，試驗技術(shù)資源的缺少，企業(yè)的測試一般委托專業(yè)檢測機構(gòu)進(jìn)行。企業(yè)自主團隊的組建與測試開展，可節(jié)約委外試驗成本，成效顯著。PVE測試為國六標(biāo)準(zhǔn)中的重要試驗項，而GPF溫度傳感器作為發(fā)動機排放系統(tǒng)的重要零件，其PVE測試具有很強的代表性。本研究希望實現(xiàn)以點帶面、開拓視野，為整車廠商自主測試提供參考。