一种三元催化器老化状态的诊断方法及装置与流程

1.本技术涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种三元催化器老化状态的诊断方法及装置。


背景技术：

2.目前，随着汽车尾气所造成的环境问题日益严峻，三元催化器已成为了尾气后处理系统的标配。三元催化器一旦发生故障，会影响发动机的正常运转，也会使汽车的排放性能降低。目前的三元催化器老化状态诊断大多通过后氧传感器的电压均值、压差值进行特征提取，匹配精度较低。


技术实现要素：

3.鉴于背景技术中存在的问题，本技术提供一种三元催化器老化状态的诊断方法，可以更加准确的描述三元催化器的工作状态，减少误报问题的产生，使得三元催化器的老化状态诊断结果更为精确。
4.根据本发明的一个方面，提供一种三元催化器老化状态的诊断方法，包括：对于第一时刻t0，从第一时刻t0开始获取前氧传感器的能斯特电压值序列；对于第一时刻t0之后的第二时刻t1，从第二时刻t1开始获取后氧传感器的能斯特电压值序列；后氧传感器的能斯特电压值序列与前氧传感器的能斯特电压值序列一一对应；根据前氧传感器的能斯特电压值序列和后氧传感器的能斯特电压值序列获取前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列；计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差；根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差判断三元催化器的老化状态。
5.通过使用本技术方案中的三元催化器老化状态的诊断方法，对于健康的三元催化器、老化的三元催化器及失效的三元催化器，后氧传感器采集的能斯特电压依次呈现平稳、小幅度波动和大幅度波动，由此带来的前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差将由大到小依次分布，由此根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差的大小，可以更加准确的描述三元催化器的工作状态，减少误报问题的产生，使得三元催化器的老化状态诊断结果更为精确。
6.在本发明的一些实施方式中，所述第一时刻t0为曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时。
7.在本发明的一些实施方式中，所述第一时刻t0的获取包括：实时采集曲轴和/或凸轮轴角度，当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时，喷油器或喷气阀开始执行喷射动作；当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位不一致，则重复采集曲轴和/或凸轮轴角度并匹配喷射相位，直至曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致，喷油器或喷气阀开始执行喷射动作。
8.在本发明的一些实施方式中，所述第二时刻t1，t1＝t0+l/v；式中，l为前氧传感器距后氧传感器的距离，v为气体流速。
9.在本发明的一些实施方式中，获取所述前氧传感器的能斯特电压值序列的各个电压以及所述后氧传感器的能斯特电压值序列的各个电压的斜率，根据斜率判断对应电压是否存在数据异常，当对应数据异常时，在进行能斯特电压差值的方差计算之前，进行滤波，滤波步长为数据异常点及其前后若干个数据点。
10.在本发明的一些实施方式中，所述滤波步长为数据异常点及其前后五个数据点。
11.在本发明的一些实施方式中，设定当前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差处于[a,b)内时，三元催化器为失效状态；方差处于[b,c)内时，三元催化器为老化状态；方差处于[c,d]内时，三元催化器为健康状态；其中，a＜b＜c＜d。
[0012]
在本发明的一些实施方式中，所述a、b、c、d可以采用机器学习方法训练获得。
[0013]
在本发明的一些实施方式中，所述方差a、b、c、d的获取包括：分别选用使用时间逐渐加长的处于第一、第二、第三、第四使用状态的三元催化器，获取各个三元催化器对应的前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差多次并计算平均值，其中，第一、第二、第三、第四使用状态的三元催化器的前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差平均值分别对应d、c、b、a。
[0014]
根据本发明的另一个方面，提供一种三元催化器老化状态的诊断方法，包括：前氧传感器电压数据采集模块，用于执行当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时，采集在设定时间长度内的前氧传感器能斯特电压数据，并连续采集目标次数；
[0015]
后氧传感器电压数据采集模块，用于执行当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致且在延长一定时长时，采集在设定时间长度内的后氧传感器能斯特电压数据，并连续采集目标次数；
[0016]
诊断模块，根据前氧传感器的能斯特电压值序列和后氧传感器的能斯特电压值序列计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列，然后计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差；并根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差判断三元催化器的老化状态。
[0017]
从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
[0018]
本技术实施例提供了一种三元催化器老化状态的诊断方法，该方法通过从曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致的第一时刻t0开始获取前氧传感器的能斯特电压值序列；从第一时刻t0延长气体由前氧传感器流动至后氧传感器的时长，即二时刻t1，开始获取后氧传感器的能斯特电压值序列，得到没有时滞延迟的前、后氧传感器的能斯特电压值序列，然后根据前氧传感器的能斯特电压值序列和后氧传感器的能斯特电压值序列获取前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列，并计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差，根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差的大小，即可更加准确的描述三元催化器的工作状态，减少误报问题的产生，使得三元催化器的老化状态诊断结果更为精确。
附图说明
[0019]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0020]
图1是本技术实施方式三元催化器老化状态的诊断方法的流程图；
[0021]
图2是健康的三元催化器的前、后氧传感器信号对比图；
[0022]
图3是老化的三元催化器的前、后氧传感器信号对比图；
[0023]
图4是失效的三元催化器的前、后氧传感器信号对比图；
[0024]
图5是本技术实施方式三元催化器老化状态的诊断装置的结构示意图。
具体实施方式
[0025]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0026]
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0027]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0028]
三元催化是尾气后处理系统中最为重要的一环，因其在处理过程中主要针对于一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc)以及氮氧化合物(nox)三种有害气体，故称为“三元催化系统”。
[0029]
正常工况下，当喷油器或喷气阀开始执行喷射动作时，燃油/燃气通过喷嘴雾化进入气缸。同时，活塞通过交替运动，使得含氧空气进入气缸，并与雾化后的燃油/燃气混合；之后，驱动点火线圈打火，点燃混合气体，生成一氧化碳、碳氢化合物以及氮氧化合物等有害气体；最后，燃烧所生成的有害气体产物进入三元催化系统进行尾气后处理，经过三元催化器的化学反应后，进行排放。
[0030]
在三元催化系统中起着氧化作用的元器件，被称为三元催化器。氧传感器则是三元催化器减少排气污染必不可少的元件；位于三元催化器上游和下游的氧传感器，分别称之为前氧传感器和后氧传感器。
[0031]
能斯特电压是氧传感器因环境氧浓度不同，在电极两侧形成的一种电位差，理想情况下，氧传感器的能斯特电压为0.45v(即过量空气系数等于1)，前氧传感器用于检测气缸混合气燃烧反应后的燃烧产物中的氧气浓度，通常来说，氧气浓度越高，则混合气体越稀，前氧传感器通过采集氧气浓度，并将其转换为电信号传递给ecu(电子控制单元)，由此ecu可以根据此信号进行混合气的配置。后氧传感器则用来检测燃烧反应所产生的有害气体的转化情况。
[0032]
所以，在三元催化系统中，前氧传感器与后氧传感器本质上是一种对照关系。前氧传感器是三元催化器工作前的环境采集，后氧传感器是三元催化器工作后的环境采集。
[0033]
下面结合附图对本技术实施例提供的三元催化器老化状态的诊断方法及装置进行说明。
[0034]
本技术实施例公开一种三元催化器老化状态的诊断方法。该三元催化器老化状态的诊断方法可以由ecu执行，三元催化器老化状态的诊断方法包括：
[0035]
1)曲轴和/或凸轮轴角度与发动机喷射动作相位比较
[0036]
当车辆发动机没有执行喷射动作时，三元催化器几乎不需要工作，此时，后氧传感器的能斯特电压与环境一致，因此无法准确检测出三元催化器的老化状态。
[0037]
因此，考虑到前、后氧传感器的检测时机，在本实施方式中，ecu实时采集曲轴和/或凸轮轴角度，并与发动机所匹配的喷射动作相位进行比较，当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时，喷油器或喷气阀开始执行喷射动作；当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位不一致时，则重复采集曲轴和/或凸轮轴角度并匹配喷射相位，直至曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致，喷油器或喷气阀开始执行喷射动作。
[0038]
2)获取前氧传感器的能斯特电压
[0039]
在曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致的第一时刻t0时，ecu开始持续获取前氧传感器的能斯特电压值序列v(f)1、v(f)2、v(f)3、v(f)4、
…
、v(f)n，持续至喷射动作执行结束。
[0040]
3)获取后氧传感器的能斯特电压
[0041]
由于前、后氧传感器在三元催化系统中的位置限制以及三元催化器的转换速率，针对处理前后的同一气体，前、后氧传感器采集的能斯特电压值将会存在一定的时间差，因此，在本实施方式中，对于第一时刻t0之后的第二时刻t1，从第二时刻t1开始，ecu持续获取后氧传感器的能斯特电压值序列v(b)1、v(b)2、v(b)3、v(b)4、
…
、v(b)n，持续至喷射动作执行结束并延长一定时长，该延长的时长为第二时刻t1与第一时刻t0的时间差，后氧传感器的能斯特电压值序列与前氧传感器的能斯特电压值序列一一对应；其中，
[0042]
t1＝t0+ l/v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0043]
式中，l为前氧传感器距后氧传感器的距离，v为气体流速。所以，ecu需要从第一时刻t0开始持续采集前氧传感器的能斯特电压值序列以及从第二时刻t1开始持续采集后氧传感器的能斯特电压值序列，使后氧传感器的能斯特电压值序列的波形与前氧传感器的能斯特电压值序列的波形相位一致。
[0044]
4)能斯特电压异常数据的处理
[0045]
在本实施方式中，系统还设计了一种滤波功能，该滤波功能具体为：ecu获取前氧传感器的能斯特电压值序列的各个电压以及后氧传感器的能斯特电压值序列的各个电压的斜率，根据斜率判断对应电压是否存在数据异常，当前后两个角度能斯特电压的变化斜率达到一定的理论值或预设值时，认为存在数据异常，在进行能斯特电压差值的方差计算之前，对异常数据进行滤波，滤波步长为数据异常点及其前后若干个数据点；具体地，本实施方式中滤波步长优选为数据异常点及其前后五个数据点；以此防止前氧传感器因某些特殊工况或原因所造成在某一角度时，其能斯特电压发生突变而对后续的计算及判断产生偏差。
[0046]
由此，可以得到没有时滞延迟的前、后氧传感器的能斯特电压值序列。
[0047]
5)获取前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差
[0048]
根据前氧传感器的能斯特电压值序列v(f)1、v(f)2、v(f)3、v(f)4、
…
、v(f)n和后氧传感器的能斯特电压值序列v(b)1、v(b)2、v(b)3、v(b)4、
…
、v(b)n，计算前氧传感器与后氧传感器的能斯特电压值的差值序列x1、x2、x3、x4、
…
、xn，其中，
[0049]
x＝| v(b)-v(f)|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0050]
然后计算前氧传感器与后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的均值，
[0051][0052]
最后计算前氧传感器与后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差，
[0053][0054]
之后，即可根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差判断三元催化器是否存在老化；如图2所示，对于健康的三元催化器，因后氧传感器采集的能斯特电压最为平稳，所以其前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列波动最剧烈，方差较大；如图3所示，对于老化的三元催化器，因后氧传感器采集的能斯特电压存在小幅度波动，所以其前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列存在小幅度波动，方差适中；如图4所示，对于失效的三元催化器，因后氧传感器采集的能斯特电压几乎与前氧传感器一致，所以其前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列几乎没有波动，方差较小；由此根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差的大小，可以更加准确的描述三元催化器的工作状态，减少误报问题的产生，使得三元催化器的老化状态诊断结果更为精确。
[0055]
具体地，在本实施方式中，设定当前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差处于[a,b)内时，三元催化器为失效状态；方差处于[b,c)内时，三元催化器为老化状态；方差处于[c,d]内时，三元催化器为健康状态；其中，a＜b＜c＜d；a、b、c、d的具体数值可以采用机器学习方法训练获得。
[0056]
例如，可以将三元催化器分为四个阶段，包括：还未开始使用的处于崭新的第一使用状态，使用一段时间的处于开始老化的第二使用状态，使用较长时间的处于开始失效的第三使用状态，以及长时间使用的处于完全失效的第四使用状态，之后分别选用处于第一、第二、第三、第四使用状态的三元催化器，根据上述过程获取各个三元催化器对应的前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差多次，如2次、3次、4次等，并计算平均值，由此得到第一使用状态的方差平均值d，第二使用状态的方差平均值c，第三使用状态的方差平均值b，以及第四使用状态的方差平均值a。
[0057]
当ecu实时采集数据并计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差处于[a,b)内时、[b,c)内时或者[c,d]内时，根据设定，可以准确便捷的描述三元催化器的工作状态，便于使用者实时的判断三元催化器的老化状态。
[0058]
本技术还提出了一种诊断装置，该诊断装置与上述方法实施例相对应，其使用上述的诊断方法对三元催化器老化状态进行诊断，如图5所示，该诊断装置100包括：
[0059]
前氧传感器电压数据采集模块101，用于执行当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时，采集在设定时间长度内的前氧传感器能斯特电压数据，并连续采集目标次数；
[0060]
后氧传感器电压数据采集模块102，用于执行当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致且在延长一定时长时，采集在设定时间长度内的后氧传感器能斯特电压数据，并连续采集目标次数；
[0061]
诊断模块103，根据前氧传感器的能斯特电压值序列和后氧传感器的能斯特电压值序列计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列，然后计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差；并根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差判断三元催化器的老化状态。
[0062]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，包括：对于第一时刻t0，从第一时刻t0开始获取前氧传感器的能斯特电压值序列；对于第一时刻t0之后的第二时刻t1，从第二时刻t1开始获取后氧传感器的能斯特电压值序列；后氧传感器的能斯特电压值序列与前氧传感器的能斯特电压值序列一一对应；根据前氧传感器的能斯特电压值序列和后氧传感器的能斯特电压值序列获取前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列；计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差；根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差判断三元催化器的老化状态。2.根据权利要求1所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，所述第一时刻t0为曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时。3.根据权利要求2所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，所述第一时刻t0的获取包括：实时采集曲轴和/或凸轮轴角度，当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时，喷油器或喷气阀开始执行喷射动作；当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位不一致时，则重复采集曲轴和/或凸轮轴角度并匹配喷射相位，直至曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致，喷油器或喷气阀开始执行喷射动作。4.根据权利要求1-3任一所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，所述第二时刻t1，t1＝t0+l/v；式中，l为前氧传感器距后氧传感器的距离，v为气体流速。5.根据权利要求1-3任一所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，获取所述前氧传感器的能斯特电压值序列的各个电压以及所述后氧传感器的能斯特电压值序列的各个电压的斜率，根据斜率判断对应电压是否存在数据异常，当对应数据异常时，在进行能斯特电压差值的方差计算之前，进行滤波，滤波步长为数据异常点及其前后若干个数据点。6.根据权利要求5所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，所述滤波步长为数据异常点及其前后五个数据点。7.根据权利要求1所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，设定当前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差处于[a,b)内时，三元催化器为失效状态；方差处于[b,c)内时，三元催化器为老化状态；方差处于[c,d]内时，三元催化器为健康状态；其中，a＜b＜c＜d。8.根据权利要求7所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，所述a、b、c、d能够采用机器学习方法训练获得。9.根据权利要求7或8所述的三元催化器老化状态的诊断方法，其特征在于，所述方差a、b、c、d的获取包括：分别选用使用时间逐渐加长的处于第一、第二、第三、第四使用状态的三元催化器，获取各个三元催化器对应的前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差多次并计算平均值，其中，第一、第二、第三、第四使用状态的三元催化器的前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差平均值分别对应d、c、b、a。10.一种三元催化器老化状态的诊断装置，其特征在于，包括：前氧传感器电压数据采集模块，用于执行当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致时，采集在设定时间长度内的前氧传感器能斯特电压数据，并连续采集目标次数；后氧传感器电压数据采集模块，用于执行当曲轴和/或凸轮轴角度与喷射相位一致且
在延长一定时长时，采集在设定时间长度内的后氧传感器能斯特电压数据，并连续采集目标次数；诊断模块，根据前氧传感器的能斯特电压值序列和后氧传感器的能斯特电压值序列计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列，然后计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差；并根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差判断三元催化器的老化状态。

技术总结
本申请涉及一种三元催化器老化状态的诊断方法，包括对于第一时刻t0，从第一时刻t0开始获取前氧传感器的能斯特电压值序列；对于第一时刻t0之后的第二时刻t1，从第二时刻t1开始获取后氧传感器的能斯特电压值序列；后氧传感器的能斯特电压值序列与前氧传感器的能斯特电压值序列一一对应；根据前氧传感器的能斯特电压值序列和后氧传感器的能斯特电压值序列获取前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列；计算前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差；根据前、后氧传感器的能斯特电压值的差值序列的方差判断三元催化器的老化状态。本申请可更加准确的描述三元催化器的工作状态，减少误报问题的产生，使其老化状态诊断结果更为精确。结果更为精确。结果更为精确。


技术研发人员：曲岚峰 王涛 宋茜 王秀鑫 郑俊俊 孙捷
受保护的技术使用者：潍坊潍柴动力科技有限责任公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/6/28