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

關(guān)鍵詞：國六排放；PVE 測試；GPF 溫度傳感器；診斷邏輯；電氣類診斷；合理性診斷；冷起動校驗(yàn)診斷

中圖分類號： U467.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

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(yàn)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(shí)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(xiàng)。

生態(tài)環(huán)境部機(jī)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(shí)施細(xì)則（試行）》，在試驗(yàn)流程等方面落實(shí)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(yàn)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(yàn)證，且J2 試驗(yàn)是整個(gè)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(yàn)證[1]。

本文以汽油機(jī)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(yàn)方法。通過試驗(yàn)表明，文中提出的試驗(yàn)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(shí)，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(diǎn)亮故障指示燈（MIL）。駕駛員或汽車維修人員能夠通過一個(gè)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(xiàng)目試驗(yàn)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(yàn)證、JA7.2 監(jiān)測要求驗(yàn)證（簡稱J2）以及JA7.3 在用監(jiān)測性能驗(yàn)證。其中，J2 是整車PVE 測試的核心，其主要測試內(nèi)容為：驗(yàn)證OBD 系統(tǒng)監(jiān)測條件滿足每一個(gè)診斷要求時(shí)，OBD 系統(tǒng)應(yīng)檢測到故障，點(diǎn)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(gè)，用時(shí)約2 個(gè)月。本文以其中一個(gè)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(gè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)工作。該傳感器布置于GPF 前端，用來監(jiān)測車輛運(yùn)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?yàn)闇囟冗^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。

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：

Rs=R_l+R₀（1+αT +βT²） （ 1）

式中 R_s——GPF溫度傳感器電阻

R_l——外接線的線阻，取R_l=1Ω

R₀——傳感器溫度為0℃時(shí)的基準(zhǔn)電阻，取R₀=200Ω

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U_p為5.00 V ；上拉電阻Rp 為1000.0 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(yàn)過程中快速查詢，繪制各主要溫度點(diǎn)下對應(yīng)的傳感器阻值及信號電壓（表1）。

3 PVE J2 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)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(jī)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(yàn)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(jī)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。

3.2 診斷邏輯解析解析

故障碼的診斷邏輯是試驗(yàn)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。

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(yàn)診斷，如P20E2 24、P20E2 23，用于監(jiān)測信號在冷機(jī)起動時(shí)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(gè)故障碼進(jìn)行測試。首先測試故障碼P0545 00。

未決故障循環(huán)：設(shè)備連接就緒，在DIAGRA D軟件里點(diǎn)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?yàn)镺N 狀態(tài)，開始記錄測量文件。起動車輛進(jìn)入發(fā)動機(jī)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(bào)出故障P0545 00 后，將發(fā)動機(jī)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(diǎn)火開關(guān)處于ON 狀態(tài)時(shí)，記錄測量文件。起動發(fā)動機(jī)，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(bào)出故障P0545 00，并且車輛儀表 MIL燈亮起時(shí)，將發(fā)動機(jī)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(gè)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(gè)無故障循環(huán)的運(yùn)行后，用mode4清除ECU故障碼，為下一個(gè)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(shí)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(yùn)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。

P2080 62測試方法：起動發(fā)動機(jī)，使其運(yùn)行時(shí)間大于300 s，此時(shí)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(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速1200～4 500r/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(shí)間超過20s。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(jī)時(shí)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(yàn)失敗，在點(diǎn)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(shí)的排氣溫度按照表2 設(shè)置對應(yīng)電壓，如25℃時(shí)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(shí)際電壓偏差過大，造成誤報(bào)故障碼的情況發(fā)生。起動車輛，自由行駛一段時(shí)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(yàn)診斷測試

冷起動校驗(yàn)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(jī)時(shí)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(shí)，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。

P20E2 24測試方法：規(guī)定的停機(jī)時(shí)間后，車輛點(diǎn)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(jī)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(jī)，根據(jù)冷起動校驗(yàn)診斷監(jiān)控表，25℃ -75℃ =-50℃，超出傳感器量程，導(dǎo)致故障無法報(bào)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(yàn)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(yàn)流程應(yīng)能實(shí)現(xiàn)報(bào)碼。

3.6校驗(yàn)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(diǎn)亮。按照規(guī)則命名并分類保存，為編寫測試報(bào)告做準(zhǔn)備。

4結(jié)束語

不同于型式試驗(yàn)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(yàn)。在“國六”實(shí)施初期，試驗(yàn)技術(shù)資源的缺少，企業(yè)的測試一般委托專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行。企業(yè)自主團(tuán)隊(duì)的組建與測試開展，可節(jié)約委外試驗(yàn)成本，成效顯著。PVE 測試為國六標(biāo)準(zhǔn)中的重要試驗(yàn)項(xiàng)，而GPF 溫度傳感器作為發(fā)動機(jī)排放系統(tǒng)的重要零件，其PVE 測試具有很強(qiáng)的代表性。本研究希望實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面、開拓視野，為整車廠商自主測試提供參考。