GPF 压差管结冰融冰识别诊断逻辑的实现与标定

冯华帅，王端营，黄东兴，杨晓彤，朱海龙，任 强

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

0 引言

当前GPF 集成在三元催化器上，布置形式一般分为紧耦式、底盘式。而GPF 压差传感器用于采集GPF上游和下游的压力/压力差信号，由EMS 控制系统对压力信号经过滤波处理后用于控制系统逻辑的输入信号。一般来说，由于传感器有高温限值的要求，GPF 压差传感器不会直接与GPF 载体直接连接，而是会通过从三元催化器引出来的压差管路连接，且连接方式为金属管加软管总成，管路长度要求不超过50cm，且还需要方便拆装。受到整车空间布置及设计结构限制，GPF压差管路在极低的温度下容易产生结冰，从而影响GPF 压差信号，造成相关诊断如GPF 管路脱落、GPF 移除等故障误报码。所以，需要增加GFP 结冰和融冰诊断控制逻辑，在结冰的时候抑制相关诊断，同时触发融冰机制，在融冰成功后能成功识别，重新使能相关诊断，满足国六OBD 诊断法规要求[1]。

1 GPF 结冰诊断原理

在使能条件下，如环境温度极低且发动机上一个驾驶循环后的停机时间足够久、没有GPF 压力传感器故障等的情况下。压差管路结冰过程分为上电识别、启动识别和驾驶过程中的识别，上电和启动过程识别的原理相似，都是根据GPF 压力信号差是否在一个合理阀值内，峰值压力和谷底压力是否具有明显差异去判断结冰情况，如图1、图2 所示[2]。

图1 上电结冰识别

图2 重复启动结冰识别

而车辆行驶过程中则可以通过CCF 值（Cross correlation factor，即压力相关系数）更准确可靠的去识别结冰，由于GPF 体积一般较小，压差较小，且发动机通常运行于动态工况，故引入压差/压力梯度计算而来的CCF 值。通过CCF 监测颗粒捕捉器的性能，CCF 值的变化实际也反映了整车系统GPF 压差管路的波动情况，如图3 所示，而CCF 值的定义如式所示[3]：

图3 GPF 流量与压差信号的关系

其中：Pmeasure——GPF 压差传感器实测压力；Pmodel——EMS 系统预估的模型压力；ΔPmeasure——GPF 压差传感器实测上下游压力差；ΔPmodel——EMS 系统预估的上下游模型压力差；n——采样点数。

结冰识别成功后，EMS 系统根据状态机逻辑抑制GPF 相关诊断，从而防止误诊断，且会进入对应逻辑的融冰识别阶段。

2 GPF 融冰工作原理

融冰过程主要是通过发动机燃烧产生的热量进行，融冰成功与否的判定方法如下。

（1）车辆静态怠速过程中，一般采用热值积分判定是管路否融冰成功。

（2）车辆行驶过程中，系统一般优先使用前后管路的CCF 值作为融冰判定条件，热值积分值一般作为辅助条件使用，在一些失效模式如前后管路与GPF 压差传感器连接处脱落的情况下，CCF 值已经不能正确反馈系统实际压力状态。

热值积分的方法实际是一种能量守恒定律的应用，具体热力学公式如下[4]。

（1）当环境温度＜0℃时且GPF 载体中心内部温度≥标定值（一般设定为600℃），则认为存在吸热现象。

（2）当环境温度＜0℃时且GPF 载体中心内部温度＜标定值（一般设定为600℃），则认为存在散热现象。

3 逻辑架构

GPF 结冰融冰控制逻辑架构一般如图4 所示。

图4 GPF 压差管结冰融冰逻辑架构设计

4 整车道路试验

图5 是上汽通用五菱某款车型的压差管路在整车上的布置示意图，由于结冰一般只发生在环境温度0℃以下，所以只进行冬季道路试验，并且推荐在管路壁面布置热电偶7#实时采集发动机仓内温度，方便标定参数的调整，一般认为当7#热电偶采集到的温度＜0℃时认为此时不会融冰，采集到的温度＞0℃时才有可能融冰过程。其他热电偶仅作为辅助，用于准确识别具体的结冰位置，有必要的话可对压差管路的布置、走向、角度等进行调整。

图5 热电偶编号及布置

路试过程一般分为动态、稳态过程。由于实际的驾驶工况较为复杂，所以先进行稳态工况，在环境温度为-30℃/-20℃/-10℃/0℃都分别进行验证，如环境温度条件受到限制，一般只进行环境温度为-20℃±5℃的道路测试和验证，试验方法如下。

（1）空碳载量下的GPF 前管（上游）CCF 值、后管（下游）CCF 值标定校准。

（2）上下电结冰识别标定和验证。

（3）重复启动结冰识别标定和验证。

（4）原地基本怠速热值积分融冰标定和验证。

（5）原地高高怠速热值积分融冰标定和验证。

（6）20kph/40kph/60kph/80kph/100kph 稳态行驶热值积分融冰标定及前管CCF 值、后管CCF 值融冰验证。

（7）动态驾驶工况下的融冰热值积分、前管CCF值、后管CCF 融冰验证。

具体道路试验流程如图6 所示[5]。

图6 冬季结冰融冰道路试验流程

5 标定过程

将试验过程中实时采集的数据导入专用软件中，手动调整参与热值积分计算的车速修正系数数值，再次反算热值积分。怠速工况下的热值积分增长情况，一般设置的标定值较为保守，预估融冰时间一般是实际融冰时间1.5 倍以上，保证GPF 压差管路充分融冰。当前仅且前后管CCF 值的应能准确反映融冰情况，行车工况下热值积分增长到融冰识别阀值的时间则按照前后管CCF 值在融冰点时间基础上的4 倍左右。

图7 热值积分标定反算

标定完成后，需要再次进行冬季道路试验验证动态检查，应确保在实际融冰发生前，热值积分增长数值和CCF 值变化数值应在结冰识别阀值内，有效激活GPF 相关诊断抑制功。另外还应该在不同车辆上进行验证，将融冰散差出现较大的数值继续优化和收敛，有必要的话可以适当放宽预估的融冰点时间[6]。

6 结语

本文阐述了GPF 压差管路结冰和融冰诊断和控制原理，并结合上汽通用五菱某款车型的冬季道路试验开发标定经验，说明GPF 压差管路在极度温度下容易产生结冰，而应用GPF 结冰融冰逻辑后，EMS 系统能正常抑制GPF 相关诊断，防止相关诊断的误触发，说明了该逻辑的必要性和可行性。并且结合开发过程遇到的实际问题，提供了一些标定参数设定的经验和指标，以供参考。