2011( Vol． 33) No． 3
卜建国，等: 基于 OBD 技术的轻型柴油车 DPF பைடு நூலகம்统诊断策略的研究
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图 2 DPF 系统 OBD 模块结构
图 3 单个部件诊断的 SRC 流程
图 4 单个部件合理性诊断流程
限值，且持续时间超过预设值，合理性诊断故障错误 位置 1。如果合理性故障错误位已经置 1，而采样值 又恢复为合理值，那么故障分别在指定的延迟时间 后重置 0，合理性故障消失。 2. 3. 2 DPF 过滤体失效诊断策略
( 1)
式中: Δp 为 DPF 前后的压差，Qinlet 为进气流量，Tbed
为 DPF 床温，mfuel 为喷油量，mPM 为 PM 的存积量，即
DPF 的挂烟量。当限定 mPM 的高限值为 mmax ，低限
值为 0 时，可得
Δpmax = f( Qinlet ，Tbed ，mfuel ，mmax )
Keywords: OBD; diagnostic strategy; DPF
前言
在柴油车 面 对 日 益 严 格 排 放 法 规 的 应 对 策 略 中，与机内净化技术路线相比，微粒捕集器( DPF) 技 术路线比较适合我国的国情。随着美国、欧盟、日本 等国家先后出台车载诊断系统( OBD) 相关法规，我 国在 GB 18352. 3—2005《轻型汽车污染物排放限值 及测量方法( 中国Ⅲ、Ⅳ阶段) 》中对国Ⅲ、国Ⅳ阶段 的发动机排气净化系统 OBD 功能提出了强制性要 求。环保部于 2008 年 6 月发布了 HJ 437—2008《车 用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断 ( OBD) 系统技术要求》标准，从技术上对 OBD 功能 提出了具体要求。环保部 2009 年 12 月颁布的 HJ 500—2009《轻型汽车车载诊断 ( OBD) 系统管理规 范》又对 GB 18352. 3—2005 中有关 OBD 系统的技 术内容做了补充。由于我国 OBD 技术的发展起步
在 DPF 系统 OBD 功能所须监测的比较重要的 项目是 DPF 失效和综合部件的诊断。在设计 DPF 系统 OBD 功能的诊断策略时主要使用 4 类诊断方 法: 值阈分析法、时阈分析法、功能判别法和逻辑判 别法，而在实际的诊断策略实施中，往往是综合运用 多种诊断方法，使诊断的逻辑更加可靠。 2. 3. 1 综合部件诊断策略
关键词: 车载诊断; 诊断策略; 微粒捕集器
A Research on the Diagnostic Strategy for the DPF System of Light-duty Diesel Vehicle Based on OBD Technology
Bu Jianguo，Zhang Weifeng，Zi Xinyun，Xu Zhengfei ＆ Yao Guangtao
卜建国，等: 基于 OBD 技术的轻型柴油车 DPF 系统诊断策略的研究
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差高限值，最终超过压差高限值，出现 DPF 失效故 障报警指示。
图 10 为超低限故障判断试验数据，试验数据样 本为 12 000 个，是一天行车 3h 采集的数据。实测 压差始终低于压差低限值，挂烟试验过程，压差增加 不明显，说明由于过滤体烧漏，漏气的孔道由于阻力 小，排气流 量 大，致 使 DPF 基 本 上 无 法 过 滤 碳 烟。 从两辆车试验数据曲线分析，可知其规律具有重复 性，证明本诊断策略具有普遍性。
较晚，受到技术积累周期短、专业人才相对缺乏等因 素影响，OBD 已经成为制约 DPF 技术全面升级的一 个重要因素［1 － 3］。
1 OBD 功能简述
OBD 是一种自诊断汽车故障的程序，当系统出 现故障时，故障灯或检查发动机警告灯亮，同时动力 总成模块( PCM) 将故障信息存入储存器，通过一定 程序可将故障码从 PCM 中调出来，就能迅速、准确 地确定故 障 的 性 质 和 部 位，从 而 将 故 障 排 除。 OBD 诊断以监测可能引起故障的异常信号为着眼点，当 参数的直接监测难以实现时，根据参数之间的相关 性进行间接监测，使用合理可靠的诊断策略判别异 常信号是否属于故障。OBD 技术兴起于美国，最早 的 OBD 标准由美国各大汽车企业内部约定，逐步发 展成 SAE 体系和 ISO 体系，如 ISO15031 就对 OBD
图 1 DPF 系统构成
2. 2 DPF 系统 OBD 模块的诊断功能需求分析 OBD 模块中对于 DPF 系统的诊断项目主要分
为部件级的诊断、系统级的诊断和 ECU 自诊断 3 部 分。部件级的诊断包括电路的短路与断路，以及针 对重要组件的电源电压监测; 系统级的诊断主要是 根据监测信号的变化所反映出来的参数之间的相互 关联是否合理来判断系统是否处于良好状态，或能 否实现既定功能; ECU 的自诊断主要是依据 ECU 中 芯片的诊断功能或附加的诊断电路来对 A /D 数据 采集、通信模块、储存模块和电源电压等进行监测。 OBD 整体框架如图 2 所示。 2. 3 DPF 系统的重要诊断策略
2 基于 OBD 技术的轻型柴油车 DPF 系统诊断策略研究
2. 1 DPF 系统构成 DPF 系统构成如图 1 所示，它包括起燃器、DPF
过滤体、供气系统、喷油系统和相应的温度与压力传 感器等。系统的工作原理是: DPF 过滤柴油机排气
中的颗粒物( PM) ，使其排放达到相应的标准。随着 PM 在过滤体内积累，柴油机排气背压逐渐上升，影 响发动机的性能和 DPF 的工作效率，因而须定时去 除已捕集的 PM 以恢复 DPF 的性能。将去除 PM 的 过程叫做 DPF 再生。过滤体再生技术分为主动再 生和被动再生两种［5］。考虑到被动再生对燃油硫含 量的要求苛刻，在我国通常采用提高排气温度的方 法来再生 DPF，即主动再生。PM 的起始燃烧温度约 为 600℃ ，而现有柴油机，特别是轻型柴油机的排气 温度较低，达不到此温度。文中通过燃油添加剂将 PM 起燃温度降低到 450℃ ，再通过起燃器加热的方 式提高过滤体温度，以实现 PM 的燃烧。
( 5)
此处，取 c1 = 1. 2，c2 = 0. 9。通过以上计算，可
以得到各工况下的压差限值，如果实测压差超出压
差限值范围，则判断出现故障。图 6 为故障判断示
意图，压差实测值超出了设定的压差高限值，说明此
时 DPF 堵塞，可能原因为 DPF 再生失败。
合理性诊断可以通过人为操作，例如断开或短接传 感器和执行机构，观察是否在设定的时间内出现相 应故障报警。DPF 失效诊断是通过车载挂烟试验进 行的，分两组试验: 一组是完好 DPF 挂烟试验，另外 一组是烧漏 DPF 挂烟试验。
前信息曲线，能够直观地观测背压和压差高限值以 及其它相关信息的变化趋势。右边窗口为 OBD 故 障报警窗口，当 DPF 某部件出现故障时，相应变量 将指示故障。实时监控的同时，通过数据采集卡将 数据采集存储起来用做试验分析。单个部件诊断和
图 9 超高限故障判断试验数据
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Department of Automobile Engineering，Military Transportation University，Tianjin 300161
［Abstract］ On the base of on-board diagnosis ( OBD) theory，and by using diagnostic methods flexibly and devising diagnostic logic frame rationally，a OBD function diagnostic strategy for the diesel particle filter ( DPF) system of light-duty diesel vehicle is constructed，which is then verified by real vehicle test． The results show that the diagnostic strategy devised can meet the requirements of OBD certification regulations．
当出现 SRC 故障或提供电压故障时，传感器参 数设置为默认值或最后有效值。如果 SRC 故障已 置 1，而原始值恢复为有效值，则高限或低限故障将 分别在指定的延迟时间后重置，信号值将再次来源 于转换函数。
图 4 为单个部件合理性诊断原理图。在部件 SRC 检测通过后对该部件进行合理性诊断。在一个 监测周期内连续采样取均值与设定值相减后取绝对 值，再与合理性检查中该项目的限值比较，如果超过
2011 年( 第 33 卷) 第 3 期
汽车工程 Automotive Engineering
2011( Vol． 33) No． 3
2011042
基于 OBD 技术的轻型柴油车 DPF 系统诊断策略的研究*
卜建国，张卫锋，资新运，徐正飞，姚广涛
( 军事交通学院汽车工程系，天津 300161)
［摘要］ 在 OBD 诊断原理的基础上，通过灵活运用诊断方法和合理设计诊断逻辑框架，构建了轻型柴油车 DPF 系统的 OBD 功能诊断策略，并进行了实车试验。结果表明，所设计的诊断策略能满足 OBD 认证法规的要求。
* 国家高技术研究发展计划( 2009AA064801B) 和国家“863”探索项目( 2008AA06Z321) 资助。 原稿收到日期为 2010 年 9 月 2 日，修改稿收到日期为 2010 年 11 月 26 日。
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汽车工程
2011 年( 第 33 卷) 第 3 期
的功能标准作了具体的说明，从而形成了标准的故 障诊断代码、诊断接口和通信协议，同时对 OBD 中 故障指示灯的触发和诊断软件的模式也作了相应的 功能性描述［4］。
图 6 基于限值判断的 DPF 失效诊断示意图