基于GPF温度传感器的量产车评估测试方法研究

陈旭健、赵况、张业海

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

面对日益严峻的环保形势，环境保护部（现为生态环境部）和国家质量监督检验检疫总局联合发布的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）》（简称国六法规），于2020年7月1日起实施。其中，生产一致性章节要求整车生产企业须每年进行车载诊断系统（OBD）生产一致性检查，量产车评估（PVE）则是测试的关键检查项。

生态环境部机动车排污监控中心于2018年12月发布《轻型车国六标准实施细则（试行）》，在试验流程等方面落实了具体的细则。但是，其测试方法在行业里处于初步认知状态，尤其是具体零部件的J2监控要求验证。PVE是在国六标准之下新增的内容，需要在量产车的OBD系统上进行验证，且J2试验是整个PVE测试工作中最复杂的，需要对所有涉及排放相关的故障码逐一验证[1]。

本文以汽油机颗粒捕集器（GPF）温度传感器的PVE测试为研究对象，介绍了温度传感器的工作原理及技术参数，解析故障码的诊断逻辑，提出具体的试验方法。通过试验表明，文中提出的试验方法对于整车PVE测试具有开拓意义。

1 PVE测试的内容

OBD（On Board Diagnostic）是汽车用于排放控制系统监测的车载诊断系统。当与排放相关的任何部件发生故障时，OBD系统应监测到故障，将相应的故障代码存入车载电脑，并点亮故障指示灯（MIL）。驾驶员或汽车维修人员能够通过一个标准的诊断系统识别故障代码[2]。

PVE（Production Vehicle Evaluation，即量产车辆评估测试）是OBD系统的功能性项目试验里的重要内容，是企业生产一致性工作的组成部分[3]，包括JA7.1标准化验证、JA7.2 监测要求验证（简称J2）以及JA7.3 在用监测性能验证。其中，J2是整车PVE测试的核心，其主要测试内容为：验证OBD系统监测条件满足每一个诊断要求时，OBD系统应检测到故障，点亮MIL并存储确认和永久故障码。

以本司某手动挡车型为例，其J2测试的整车诊断故障码总数为252个，用时约2个月。本文以其中一个零部件（即GPF温度传感器）为选择对象，研究其测试方法。

2 GPF温度传感器的技术参数及工作原理

了解GPF温度传感器的技术参数及工作原理是整个试验的基础工作。该传感器布置于GPF前端，用来监测车辆运行中GPF的入口温度，以便预估GPF的载体温度，防止GPF再生过程中因为温度过高损坏载体。GPF温度传感器为模拟信号输出，起到辅助诊断的作用[4]（图1）。本文研究的GPF温度传感器为国际知名传感器制造商所生产，其主要技术参数如图2所示。

图1 GPF温度传感器及安装位置

图2 GPF温度传感器主要技术参数

GPF温度传感器的核心元件为铂电阻，为正温度系数热敏电阻（PTC）。其电阻随排气温度的变化而变化，进而获得相应的排气温度数据[5]。GPF温度传感器的温度与电阻的对应关系如下：

式中 Rs—GPF温度传感器电阻

Rl—外接线的线阻，取Rl=1 Ω

R0—传感器温度为0℃时的基准电阻，取R0=200 Ω

T—传感器温度

α、β—材料系数（α=3.83×10-3，β=-5.85×10-7）

由式（1）可得GPF温度传感器的温度-电阻关系（图3a）。传感器安装外接电路需要配置供电电源和上拉电阻（图3b），供电电压Up为5.00 V；上拉电阻Rp为1 000.0 Ω的上拉电阻。即是传感器信号输出的电压U0为诊断参数。为方便试验过程中快速查询，绘制各主要温度点下对应的传感器阻值及信号电压（表1）。

图3 GPF温度传感器温度-电阻曲线及测试外接电路

表1 各主要温度点的传感器阻值及电压信号

3 PVE J2试验

3.1 试验准备

试验对象为生产线正式批量生产下线的车辆，要求发动机系统排放相关的零部件和ECU标定数据均为批产状态。试验设备包括笔记本电脑、DiagRA D软件、OBD连接设备Cardaq plus3、函数发生器TOE7761以及发动机控制单元（ECU）分线盒。将设备连接至车上，连接方式如图4所示。

图4 设备连接示意图

3.2 诊断逻辑解析

解析故障码的诊断逻辑是试验的关键。查阅该车型《OBD监测的排放控制系统信息表》（以下简称监控表），提取GPF温度传感器相关的诊断故障码信息（表2）。结合列表，将故障码分成以下类别。

表2 传感器故障码列表

第一类为电气类诊断，如P0545 00和P0546 00，用于监测信号接到电源或搭铁。

第二类为合理性诊断，如P2080 62和P2080 2A，用于监测信号输出的合理性。

第三类为冷起动校验诊断，如P20E2 24、P20E2 23，用于监测信号在冷机起动时刻温度基准的合理性。

3.3 电气类诊断测试

根据故障码P0545 00和P0546 00的监控表信息（表3，分别对这2个故障码进行测试。首先测试故障码P0545 00。

表3 电气类诊断监控表

未决故障循环：设备连接就绪，在DIAGRA D软件里点击mode4清除原车故障码，用外接线束将ECU的34号端子接搭铁。由于信号接到地线，电压会被拉低至0.00 V，将钥匙打为ON状态，开始记录测量文件。起动车辆进入发动机怠速状态，进行初次故障检测的循环。当软件mode7（排放相关的未决故障码）模式里报出故障P0545 00后，将发动机熄火，钥匙重新打到ON挡，保存测量文件。

确认故障循环：保持以上故障注入状态，点火开关处于ON状态时，记录测量文件。起动发动机，进行再次故障检测的循环，当软件mode3（排放相关的确认故障码）模式里报出故障P0545 00，并且车辆仪表 MIL灯亮起时，将发动机熄火，钥匙重新打到ON挡，软件modeA（排放相关的永久性故障码）模式存在相同的故障码后，保存测量文件。

以上2个测试循环即完整的测试循环。测试完成后，将外接线束拆除，并进行3个无故障循环的运行后，用mode4清除ECU故障码，为下一个故障码的测试做好准备。

按照以上的流程，将34号端子连接5.00 V电源，实现P0546 00的测试。

3.4 合理性诊断测试

根据故障码P2080 62和P2080 2A的监控表可知（表4），合理性类诊断的辅助参数明显较电气类多，该类诊断车辆的运行工况复杂。传感器的模型温度为车辆GPF开发过程中标定，其通过多样本及外接热电偶校正，具备高准确性。

表4 P2080 62诊断监控表

P2080 62测试方法：起动发动机，使其运行时间大于300 s，此时冷却液温度应已大于20℃，GPF温度传感器的温度经测量为400℃。查询表2可知，此时对应的信号电压应为1.64 V。为了使传感器的输出温度偏差250℃，使ECU进入诊断，使用函数发生器设置1.000 V的输入电压（对应温度100℃）。保持电压注入的状态，车辆起步行驶，保持发动机转速1 200～4 500 r/min，车速为20～140 km/h，匀速驾驶避免急加急减，保持加速踏板踩下的状态。满足工况行驶时间超过20 s。按照流程保存好测量文件，可完成P2080 62的测试。

P2080 2A测试方法：首先应确保车辆停机时间大于3 600 s。由于引发粘滞故障的条件是变化幅度不超过10℃（折算信号电压波动约0.05 V），为避免有信号干扰造成试验失败，在点火开关处于OFF状态下，断开GPF温度传感器信号线与ECU的连接，串联接入函数发生器。根据此时的排气温度按照表2设置对应电压，如25℃时应注入0.90 V的信号电压。注意，应避免注入的电压与实际电压偏差过大，造成误报故障码的情况发生。起动车辆，自由行驶一段时间，满足排气流量积分。按照流程保存好测量文件，可完成P2080 2A的测试。

3.5 冷起动校验诊断测试

冷起动校验诊断监测信号温度基准的合理性，其最大的特征是以停机时间8 h为前提（表5）。在该条件下，零部件的温度应已降至环境温度，其参考温度即环境温度。如果在车辆起动时，传感器温度与环境温度偏差大于75℃，则判定传感器基准发生偏差。

表5 冷起动校验诊断监控表

P20E2 24测试方法：规定的停机时间后，车辆点火开关处于OFF状态，断开GPF温度传感器信号线与ECU的连接，由函数发生器串联接入。如环境温度为25℃，为制造阈值偏差，根据表2需注入1.10 V的信号电压。起动发动机进入怠速状态，按照流程可完成故障码的测试。

P20E2 23测试方法：由于阈值要求信号温度小于环境温度75℃，如果在常温环境（25℃）停机，根据冷起动校验诊断监控表，25℃-75℃=-50℃，超出传感器量程，导致故障无法报出。为此，该测试需要先将车辆放置在环境舱里浸车，并且为了测试留有冗余，避免进入量程极限位置，设置环境舱温度为40℃。根据冷起动校验诊断监测表，40℃-75℃=-35℃，再根据表2可得函数发生器需注入0.74 V信号电压，按照试验流程应能实现报码。

3.6 校验测试结果

检查测量文件，储存的故障码及数量都应正确。未决故障循环应只有mode7储存了故障码；确认故障循环应mode3、mode7及modeA都储存了故障码，且显示的MIL状态为点亮。按照规则命名并分类保存，为编写测试报告做准备。

4 结束语

不同于型式试验占用较多场地及设备资源，PVE测试更多的是需要理解零部件功能、诊断目的和逻辑原理，思考在较少的资源下，快速有效地完成试验。在“国六”实施初期，试验技术资源的缺少，企业的测试一般委托专业检测机构进行。企业自主团队的组建与测试开展，可节约委外试验成本，成效显著。PVE测试为国六标准中的重要试验项，而GPF温度传感器作为发动机排放系统的重要零件，其PVE测试具有很强的代表性。本研究希望实现以点带面、开拓视野，为整车厂商自主测试提供参考。