国六车载诊断系统发动机冷却系统监测离线标定技术应用研究.pdf
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1、汽 车 工 程 师汽车工程师 Automotive Engineer【摘要】介绍了国六车载诊断(OBD)系统关于冷却系统的监测要求、诊断原理和标定目标,针对传统标定方法工作量大、标定周期长的问题,应用Simulink搭建了控制器内的冷却系统监测模型,采用离线标定方法完成了某搭载1.2 L直喷增压汽油发动机车辆的发动机冷却系统监测标定工作,离线标定结果满足开发目标,标定成本和标定周期减少2/3以上。关键词:国六OBD冷却系统监测离线标定水温模型中图分类号:U464文献标志码:ADOI:10.20104/ki.1674-6546.20220032Application Research of Of
2、f-Line Calibration Technology for Monitoringof CN6 On-Board Diagnostic Engine Cooling SystemSu Hailong,Chen Guodong,Ren Yawei,Chen Guoxing,Wang Mouju(Global R&D Center,China FAW Corporation Limited,Changchun 130013)【Abstract】This paper introduces the monitoring requirements,diagnostic principles and
3、 calibration objectives of theCN6 On-Board Diagnostic(OBD)on cooling system.For the traditional calibration method which has a huge workload and along calibration period,Simulink was used to build the monitoring model of the cooling system in the controller,and the off-line calibration method was us
4、ed to calibrate the cooling system of a 1.2 L direct-injection supercharged gasoline vehicle.Theoff-line calibration results meet the development objectives,and the calibration cost and calibration cycle are reduced by morethan 2/3.Key words:CN6 OBD,Cooling system monitoring,Off-line calibration,Wat
5、er temperaturemodel【引用格式】苏海龙,陈国栋,任亚为,等.国六车载诊断系统发动机冷却系统监测离线标定技术应用研究J.汽车工程师,2023(11):42-48.SU H L,CHEN G D,REN Y W,et al.Application Research of Off-Line Calibration Technology for Monitoring ofCN6 On-Board Diagnostic Engine Cooling SystemJ.Automotive Engineer,2023(11):42-48.国六车载诊断系统发动机冷却系统监测离线标定技术应用研
6、究苏海龙陈国栋任亚为陈国星王谋举(中国第一汽车股份有限公司研发总院,长春 130013)1前言发动机冷却系统监测为国六车载诊断(On-Board Diagnostic,OBD)系统新增检测项,主要包括2 个部分的内容:一是对装有节温器的车辆,要求监测节温器的工作状态是否正常;二是要求监测发动机冷却液温度传感器电路连续性,以及是否出现数值超范围的情况和合理性故障1。为满足国六OBD 系统对发动机冷却系统的监测要求,本文基于某发动机控制系统设计2路水温监测模型:一路是节温器故障监测模型,用于判断节温器工作状态是否正常;另一路是水温合理性监测模型,用于判断水温传感器信号数值是否合理。为保证OBD系统
7、的两路水温模型尽量在所有符合监测条件的工况下都能准确判断冷却系统的工作状态,需对发动机的两路水温模型进行标定,通过优化水温模型的标定参数,实现对发动机冷却系统工作状态的判定。422023 年第 11 期苏海龙,等:国六车载诊断系统发动机冷却系统监测离线标定技术应用研究2诊断原理及标定目标标定冷却系统监测模型前,需要根据模型的诊断原理确定标定工况和标定目标,冷却系统监测模型标定逻辑如图1所示。选取代表性典型标定工况实车测试水温特性数据采集不同节温器的水温特性数据分析对比分析找到节温器工作异常及水温信号异常的评判特征根据信号异常特征增加可进行信号异常评判的水温模型根据选定工况精细化标定水温模型正常
8、节温器故障节温器图1水温模型标定逻辑框图2.1诊断原理通常,车辆冷起动结束后,为了降低污染物排放量,需要快速暖机,此时节温器应保持常闭状态,如果节温器在常开位置卡住,会导致暖机时间过长,排放量增加。本文的故障节温器是指处于常开状态的节温器,节温器故障监测模型利用常开节温器给暖机时间带来的影响判断节温器故障。如图2所示,从冷起动开始,发动机水温将持续上升,如果发动机实际水温在首次达到标定阈值1时高于模型水温,则节温器快速通过判定,如果节温器未能快速通过判定,则将T0时刻的实际水温与图2中的标定阈值2进行比较,若高于阈值2则通过判定,若低于阈值2则节温器故障报警。其中,T0时刻由模型水温达到节温器
9、工作温度(本文设为80,可标定)时刻和最大检测时间共同决定,阈值1为暖机阶段的水温经验值(本文设为68,可标定),阈值2为模型和节温器故障监测的安全阈度常量之差。阈值1阈值2温度快速通过通过无法通过暖机时间T0正常节温器实际水温故障节温器实际水温模型输出水温图2节温器故障监测原理示意对于水温传感器的信号合理性监测,水温传感器信号正常条件下,在诊断时刻实际水温与模型水温之差应在-A,B区间内,其中,A 为容许的实际水温低于模型水温的下限(本文为 50,可标定),B为容许的实际水温高于模型水温的上限(本文为35,可标定),如果实际水温与模型水温偏差超出该区间,即诊断时刻的实际水温在如图3所示的高、
10、低阈值区间外,则判定水温信号不合理。高阈值低阈值温度正常节温器实际水温故障节温器实际水温合理性监测模型输出水温故障正常故障常量B常量A暖机时间图3水温合理性监测示意2.2标定工况为充分发挥冷却系统监测模型的逻辑策略功能,保证标定结果在不同工况下的延展性,本文选择怠速、低车速(30 km/h)、中车速(70 km/h)和高车速(130 km/h)4个代表性车速,-10、-5、0、15 和40 5个代表性温度以及暖风开启、关闭2种状态作为水温模型的标定工况。在怠速、低车速、中车速工况下标定后,水温模型标定参数已趋于成熟,再进行高车速下故障节温器暖风关闭和正常节温器暖风开启工况测试。在基于 130
11、km/h条件下的故障节温器暖风关闭和正常节温器暖风开启的实测数据完成节温器故障监测模型标定的同时,发现水温合理性模型基于此实测数据离线仿真未出现合理性故障报警的问题,结合在怠速、低车速和中车速下优化确定的合理性监测模型报警阈值分析得出 130 km/h条件下的正常节温器暖风关闭和故障节温器暖风开启不会再触发水温合理性故障,因此高车速条件下不需要再进行正常节温器暖风关闭和故障节温器暖风开启工况的测试,正常节温器/故障节温器条件下具体标定况如表1所示。表1冷却系统监测模型典型标定工况工况温度/-10-501540冷却系统状态怠速关关关关关开开开开开低车速关关关关关开开开开开中车速关关关关关开开开开
12、开高车速开/关开/关开/关开/关开/关注:关、开分别代表试验全程暖风关闭和开启。43汽 车 工 程 师苏海龙,等:国六车载诊断系统发动机冷却系统监测离线标定技术应用研究2.3标定目标在表1所示的标定工况下,确定冷却系统模型的标定目标。通常,同种工况下正常节温器暖风关闭、正常节温器暖风开启、故障节温器暖风关闭、故障节温器暖风开启条件下的 4条暖机水温曲线之间无交叉,如图 4所示,目标是在暖机阶段将节温器故障监测模型输出曲线标定至低于正常节温器暖风开启曲线 510,且高于故障节温器暖风关闭曲线,如果正常节温器暖风开启的暖机水温曲线在故障节温器暖风关闭曲线之下,将节温器故障监测模型输出曲线设置为低于
13、正常节温器关暖风曲线 510,但须在故障节温器暖风关闭曲线之上。节温器监测模型的输出按上述要求强制标定后,即可用于监测节温器状态,如果冷起动后暖机达到一定时长,实际水温仍低于模型水温且低于当前工况下的故障判定阈值,即判断节温器故障,如图5所示。温度时间正常节温器暖风关闭实际水温正常节温器暖风开启实际水温故障节温器暖风开启实际水温故障节温器暖风关闭实际水温图4不同节温器状态水温曲线示意正常节温器暖风关闭实际水温正常节温器暖风开启实际水温故障节温器暖风关闭实际水温故障节温器暖风开启实际水温节温器故障监测模型值快速判定点T0时间判定点阈值1阈值2510 温度时间图5节温器故障监测模型标定曲线示意本文
14、水温合理性模型的标定目标是尽量统一地将模型输出标定在正常节温器暖风关闭、正常节温器暖风开启、故障节温器暖风关闭、故障节温器暖风开启的4条暖机水温曲线之间,然后根据曲线偏差确定基于水温合理性监测模型的水温可信区间,若实际水温与模型水温之差超出此区间,即判定水温信号不合理,如图6所示。高阈值确定低阈值确定正常节温器暖风关闭实际水温曲线故障节温器暖风关闭实际水温曲线故障节温器暖风开启实际水温曲线水温合理性监测模型值时间上部可信区间评估圈定正常节温器暖风开启实际水温曲线下部可信区间评估圈定温度图6水温合理性模型标定过程示意3标定方法选择控制器内模型类模块的标定方法包括传统标定方法和基于模型的离线标定方
15、法。3.1传统标定方法传统标定方法是指利用实车在线标定,工作流程如图7所示,对于每个工况点,标定工程师根据试验结果与目标的偏差凭借经验调整标定参数,通过反复迭代直至模型输出值满足要求,此种方法属于试探性调参,即使是经验丰富的标定工程师,每个工况点一般也需要2次以上的迭代,共需3次以上测试。标定开始模型数据调整试验测试数据采集结果评估合格不合格标定结束图7传统标定方法流程由表1可以看出,冷却系统监测模型标定需进行35个工况点的测试,每个工况点均需测试正常节温器和故障节温器,按照每个工况点测试3次计算,共需 210次测试。同时,每次测试后需要将发动机水温冷却至环境温度,因此一天内一般只能进行3次测
16、试,完成所有测试至少需要70天,标定成本高、周期长。442023 年第 11 期苏海龙,等:国六车载诊断系统发动机冷却系统监测离线标定技术应用研究3.2离线标定方法控制器内含有许多具备实物传感器功能特性的模型,在整车开发期间可以通过标定手段提升模型精度,使其能够实时精准地计算反馈控制器所需的各种信息,但是这类模型通常结构复杂,可标定参数间的耦合性也较强,采用基于实车的传统标定方法优化参数难度较大。基于模型的离线标定方法是控制器内具备模型性质类模块的一种高效标定方法,主要应用于输入条件完全确定但需反复优化输出的标定模块。相比传统标定方法,其主要优点是节省标定时间、降低标定成本。目前,模型离线标定
17、方法已经在颗粒捕集器的碳载模型标定2-3、充气模型标定、排气温度模型标定以及失火诊断等模块标定中应用,并且取得了显著的效果。模型离线标定方法原理如图8所示,首先将控制器内的实时模型转移至计算机,标定前每个工况点采集1次有效实测试验数据,以实测数据作为输入,通过调试保证离线模型输出与控制器的实际输出一致,最后根据期望输出调整标定参数,在计算机上通过离线模型仿真完成标定参数优化,本文冷却系统监测模型采用离线标定方法。标定任务-找到合适的标定数值,尽量减小实际测量结果与函数功能输出偏差。-同时要考虑其他约束条件、标定数据合规性等。数据-来源于发动机/整车传感器直接采集-覆盖所有输入组合-来源于试验台
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