一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法及车辆与流程

1.本说明书涉及汽车技术领域，尤其涉及一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法及车辆。


背景技术：

2.目前，装配内燃机的节能汽车在销量上仍具优势。内燃机的近零排放是当前汽车行业技术发展的重要目标。汽车排放有三大污染物来源，即尾气、曲轴箱和燃油蒸发，其中燃油蒸发排放的主要成分为hc。面对日益严峻的环境压力，为防止燃油蒸汽对大气的污染，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)》(下称国六法规)对蒸发排放作了更严格的限制，并引入对燃油蒸发系统泄漏诊断的要求，同时要求车载诊断系统能检测燃油蒸发系统≥1mm的小孔产生的泄漏量和≥0.5mm的小孔产生的泄漏量。
3.当前燃油蒸发系统泄漏诊断的解决方案按原理分类，可以分为2大类：真空衰减被动检测法和参考泄漏主动检测法。
4.典型的真空衰减被动检测法有eonv(engine off natural vacuum)方案和nvld(natural vacuum leak detection)方案。eonv方案的基本原理是，在燃油蒸发系统密闭性正常的车辆上，由于汽车行驶过程中发动机、尾气管、燃油泵以及路面热辐射等外部环境的热量会向燃油箱内燃油导入，即使在汽车熄火后，热量导入仍将延续一段时间，温度略有升高，燃油蒸气也仍旧缓慢蒸发到燃油箱的气体空间(熄火之前车辆振动摇晃也导致此时汽油内轻质成分挥发)，致使燃油箱内气压有一定幅度的升高(若evap系统完全关闭)。在几十分钟的时段内，气压升高通常符合某一已知规律。利用该时间片段里气压变化信号，把实况气压数值与规律相比照，若气压显著低于已知规律(例如与环境气压无压差)，则判定车辆存在一定规格的孔隙。
5.参考泄漏主动检测法的典型方案有dmtl方案和elcm方案。dmtl方案利用独立的电动空气泵作为压力源对燃油蒸发系统产生正压。dmtl方案的的检测部件包括空气泵、电磁切换阀、0.5mm参考孔。泄露检测分为两个阶段：第一阶段由空气泵向0.5mm参考孔径通路泵气，测量0.5mm参考孔径泄露下的空气泵驱动电流作为参考电流；第二阶段由空气泵向油箱泵气，测量此时的空气泵驱动电流。通过比较这两个电流进行泄露的判断。电磁换向阀的作用既是在这两个阶段之间，切换空气的通路。
6.elcm方案利用独立的电动空气泵作为压力源对燃油蒸发系统产生正压。elcm方案的的检测部件包括空气泵、电磁切换阀、0.5mm参考孔和压力传感器。泄露检测分为两个阶段：第一阶段由空气泵向0.5mm参考孔径通路抽负压，测量0.5mm参考孔径泄露下的压力传感器的压力值作为参考压力；第二阶段由空气泵向油箱抽负压，测量此时的压力传感器的压力值。通过比较这压力值进行泄露的判断。电磁换向阀的作用既是在这两个阶段之间，切换空气的通路。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种燃油蒸发系统泄漏诊
断方法，以克服dmtl方案采集泵电流反馈容易受环境因素干扰的问题。
8.基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了：
9.一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法，该方法包括：参考转速计算环节、泄露检测环节、检测判断环节；
10.其中，参考转速计算环节：该环节包括至少一次参考转速计算子环节，通过参考转速计算子环节计算参考空气泵转速ω
ref
；
11.参考转速计算子环节包括在该阶段发动机控制单元关闭碳罐电磁阀，打开空气泵，关闭切换阀，使空气泵向参考孔支路持续泵气，并采集空气泵电流；
12.等待a秒，估算该阶段稳态下的空气泵转速ω
ref
；
13.其中，泄露检测环节：
14.在该环节包括至少一次检测转速计算子环节，通过检测转速计算子环节得出此时空气泵的转速ω
check
：
15.在该阶段发动机控制单元控制关闭碳罐电磁阀，打开空气泵、切换阀，使空气泵向油箱支路持续泵气，并采集空气泵电流；等待b秒，估算该阶段的空气泵转速ω
check
；
16.其中，检测判断环节：在该环节，通过比对ω
ref
与ω
check
的大小进行判断：在该阶段，碳罐电磁阀，空气泵、切换阀的状态维持不变，如果ω
check
＞ω
ref
则判定为故障，即燃油蒸发系统存在超过0.5mm孔径的泄漏量；否则，判定为正常。
17.该方法还包括检测使能条件判断环节；
18.该环节包括发动机控制单元通过车速传感器计算车速、通过曲轴位置传感器计算发动机转速；
19.通过车速和发动机转速判断当前是否处在停机工况；
20.通过环境温度传感器计算当前温度，若环境温度在3℃至35℃范围内，且发动机处在停机工况时执行泄漏检测，否则不执行。
21.该方法还包括转速稳定判断环节：
22.在该阶段，碳罐电磁阀，空气泵、切换阀的状态维持不变，发动机控制单元持续估算空气泵转速，判断转速波动是否超过
±
c转/秒；若如果连续d秒空气泵转速波动均未超过
±
c转/秒，则认为空气泵转速已经稳定；如果超过e秒，空气泵转速仍未稳定，则停止诊断，本次诊断不输出结果。
23.参考泄露转速计算环节与泄露检测环节中，空气泵转速的估算步骤如下：
24.第一步，采集电流：采集空气泵的电流信号；
25.第二步，信号处理：对上一步采集的电流信号进行快速傅立叶变换；
26.第三步，计算频率：计算快速傅立叶变换后最大幅值的频率ω
max
；
27.第四步，计算转速：经过计算转速ω＝ω
max
/p。
28.在参考转速计算环节中，等待a秒后,还包括转速稳定判断环节，该环节包括：在该阶段，碳罐电磁阀，空气泵、切换阀的状态维持不变，发动机控制单元持续估算空气泵转速，判断转速波动是否超过
±
c转/秒；若如果连续d秒空气泵转速波动均未超过
±
50rpm，则认为空气泵转速已经稳定，如果超过e秒，空气泵转速仍未稳定，则停止诊断，本次诊断不输出结果。
29.参考转速计算环节包括两次参考转速计算子环节，两次计算结果分别为ω
ref1
和
ω
ref2
，此时2ω
ref
＝ω
ref1
ω
ref2
；泄露检测环节包括两次检测转速计算子环节，两次计算结果分别为ω
check1
和ω
check2
，此时2ω
check
＝ω
check1
ω
check2
。
30.参考转速计算子环节中a＝2，检测转速计算子环节中b＝60。
31.转速稳定判断环节中c＝50，d＝10,e＝600。
32.一种车辆，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现以上任意一项所述的燃油蒸发系统泄漏诊断方法。
33.有益效果：本说明书一个或多个实施例提供的一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法及车辆，克服了dmtl方案采集泵电流反馈容易受环境因素干扰的缺点：空气中的水蒸气或从油箱中蒸发出的燃油蒸汽，都可能在空气泵叶片上凝结，凝结的液体会增加空气泵负载，使ecu采集空气泵反馈电流受到干扰而影响检测结果的准确性。相比dmtl方案，本发明的方法可以提高检测准确性；相比elcm方案(下文中详细描述)，本发明的方法可以节省一个压力传感器，降低成本。
附图说明
34.为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1本说明书的燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例一中的环节组成示意图；
36.图2为本说明书的燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例一中燃油蒸发系统泄漏检测系统结构示意图；
37.图3为图2中泄漏检测模块切换阀打开的结构示意图；
38.图4为图2中泄漏检测模块切换阀关闭的结构示意图；
39.图5为本说明书的燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例四中空气泵电流频谱示意图；
40.图6为本说明书的燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例四中空气泵转速的估算步骤示意图。
41.图中：1、电子控制模块；2、车速传感器；3、曲轴位置传感器；4、环境温度传感器；5、环境压力传感器；6、进气歧管；7、增压器；8、碳罐电磁阀；9、泄露检测诊断模块；10、活性炭罐；11、油箱；12、空气泵；13、大气连接口；14、碳罐连接口；15、切换阀。
具体实施方式
42.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
43.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
44.本说明书的一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例一，如图1—4所示：该方法包括：参考转速计算环节、泄露检测环节、检测判断环节；
45.其中，参考转速计算环节：该环节包括至少一次参考转速计算子环节，通过参考转速计算子环节计算参考空气泵转速ω
ref
；
46.参考转速计算子环节包括在该阶段发动机控制单元关闭碳罐电磁阀，打开空气泵，关闭切换阀，使空气泵向参考孔支路持续泵气，并采集空气泵电流；
47.等待a秒，估算该阶段稳态下的空气泵转速ω
ref
；
48.其中，泄露检测环节：
49.在该环节包括至少一次检测转速计算子环节，通过检测转速计算子环节得出此时空气泵的转速ω
check
：
50.在该阶段发动机控制单元控制关闭碳罐电磁阀，打开空气泵、切换阀，使空气泵向油箱支路持续泵气，并采集空气泵电流；等待b秒，估算该阶段的空气泵转速ω
check
；
51.其中，检测判断环节：在该环节，通过比对ω
ref
与ω
check
的大小进行判断：在该阶段，碳罐电磁阀，空气泵、切换阀的状态维持不变，如果ω
check
＞ω
ref
则判定为故障，即燃油蒸发系统存在超过0.5mm孔径的泄漏量；否则，判定为正常。
52.在上述方法需要使用燃油蒸发系统泄漏检测系统，如图2所示。燃油蒸发系统泄漏检测系统中的泄漏检测诊断模块如图3和图4所示。
53.该燃油蒸发泄漏检测系统，如图2：包括油箱11、活性炭罐10、碳罐电磁阀8、泄露检测诊断模块9及电子控制模块1即ecu、传感器组。传感器组包括车速传感器2、曲轴位置传感器3、环境温度传感器4、环境压力传感器5。该系统还包括进气歧管6和增压器7。油箱11连通于活性炭罐10，压力传感器设于所述油箱内，并用于检测所述油箱内气体的压力。碳罐电磁阀8安装于活性炭罐10与发动机之间的第一管路上，泄露检测诊断模块9安装于连通活性炭罐10的第二管路上。且泄露检测诊断模块9能有不同的流通面积，第二管路连通于空气；电子控制模块1控制连接于泄露检测诊断模块9及碳罐电磁阀8，电子控制模块1用于控制碳罐电磁阀的开度，用于获取所述压力传感器检测到的压力数据，用于判断发动机是否处于怠速工况。
54.电子控制模块1与空气泵12信号连接。大气连接口13与碳罐连接口14相对应设定。其中切换阀15的不同状态会带来不同的变化。不同的状态参照图3和图4。
55.有益效果：该燃油蒸发系统泄漏诊断方法，克服了dmtl方案采集泵电流反馈容易受环境因素干扰的缺点：例如，空气中的水蒸气或从油箱中蒸发出的燃油蒸汽，都可能在空气泵叶片上凝结，凝结的液体会增加空气泵负载，使ecu采集空气泵反馈电流受到干扰而影响检测结果的准确性。相比dmtl方案，本发明的方法可以提高检测准确性；相比elcm方案(下文中详细描述)，本发明的方法可以节省一个压力传感器，降低成本。
56.本说明书的一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例二，
57.该方法还包括检测使能条件判断环节；
58.该环节包括发动机控制单元通过车速传感器计算车速、通过曲轴位置传感器计算发动机转速；
59.通过车速和发动机转速判断当前是否处在停机工况；
60.通过环境温度传感器计算当前温度，若环境温度在3℃至35℃范围内，且发动机处在停机工况时执行泄漏检测，否则不执行。
61.本说明书的一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例三，
62.该方法还包括转速稳定判断环节：
63.在该阶段，碳罐电磁阀，空气泵、切换阀的状态维持不变，发动机控制单元持续估算空气泵转速，判断转速波动是否超过
±
c转/秒；若如果连续d秒空气泵转速波动均未超过
±
c转/秒，则认为空气泵转速已经稳定。如果超过e秒，空气泵转速仍未稳定，则停止诊断，本次诊断不输出结果。
64.本说明书的一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例四，如图5-6所示：
65.参考泄露转速计算环节与泄露检测环节中，空气泵转速的估算步骤如下：第一步，采集电流：采集空气泵的电流信号；
66.第二步，信号处理：对上一步采集的电流信号进行快速傅立叶变换；
67.第三步，计算频率：计算快速傅立叶变换后最大幅值的频率ω
max
；
68.第四步，计算转速：经过计算转速ω＝ω
max
/p。
69.该方法的具体原理为：根据理想气体方程公式(1)来建立油箱内压力的变化的数学模型，p为气体压力，v为气体体积，m为气体质量，r为气体摩尔质量常数，t为气体温度。
70.pv＝mrt
ꢀꢀ
(1)
71.对公式(1)求导可得公式(2)：
[0072][0073]
v表示油箱燃油上方空间的体积，t表示油箱燃油上方空间的气体的温度，在泄漏诊断期间，因为诊断时间较短，v和t基本不变，即：
[0074][0075]
因此有：
[0076]
在执行泄漏检测期间，空气泵向燃油蒸发系统(油箱)里泵气。当系统达到稳态时p≈p
const
，因此公式(3)中亦即在检测阶段，系统气体质量的变化由三部分组成，燃油蒸发的气体质量的变化系统泄漏气体质量变化和空气泵的流量由于ecu可以通过泄漏检测的使能条件，控制在燃油蒸发速度慢的工况下执行检测，即因此可得到，在系统的稳态下：
[0077][0078]
根据上式可以看出，在稳态下可以通过估算泵流量来估算系统泄漏流量又因为空气泵的流量与空气泵的电机转速ω成正比：因此，只要可以有效地估算空气泵的转速，就可以估算空气泵的流量。
[0079]
由于空气泵直流电机的物理特性，电气的反馈电流的频率特征可以直接反应电机的转速。其反馈电流的主频成分的频等于电机转速乘以电机的极数p，即ω
主频
＝ω
·
p。
[0080]
电子控制单元ecu可以使用快速傅里叶变换(fft)计算电流反馈信号i
pump
的频谱。
对于长度为n的信号x的fft计算公式为：
[0081][0082]
其中，x为fft算法的输入信号，n为信号x的长度，并且
[0083]
wn＝e
(-2πi)/n
[0084]
空气泵电流的频谱如下图5所示，幅值最高的频率成分即为泵电流的主频成分，该图的主频成分的频率约为50hz。
[0085]
本说明书的一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例五，
[0086]
在参考转速计算环节中，等待a秒后,还包括转速稳定判断环节，该环节包括：在该阶段，碳罐电磁阀，空气泵、切换阀的状态维持不变，发动机控制单元持续估算空气泵转速，判断转速波动是否超过
±
c转/秒；若如果连续d秒空气泵转速波动均未超过
±
50rpm，则认为空气泵转速已经稳定。如果超过e秒，空气泵转速仍未稳定，则停止诊断，本次诊断不输出结果。
[0087]
本说明书的一种燃油蒸发系统泄漏诊断方法的实施例六，
[0088]
参考转速计算环节包括两次参考转速计算子环节，两次计算结果分别为ω
ref1
和ω
ref2
，此时2ω
ref
＝ω
ref1
ω
ref2
；泄露检测环节包括两次检测转速计算子环节，两次计算结果分别为ω
check1
和ω
check2
，此时2ω
check
＝ω
check1
ω
check2
。
[0089]
优选的，参考转速计算子环节中a＝2，检测转速计算子环节中b＝60。
[0090]
优选的，转速稳定判断环节中c＝50，d＝10,e＝600。
[0091]
本说明书的一种车辆的实施例七，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现如前所述的燃油蒸发系统泄漏诊断方法。
[0092]
需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
[0093]
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0094]
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0095]
上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0096]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如
上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0097]
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
[0098]
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
[0099]
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。