一种储氧信息处理方法、装置、介质、诊断设备及控制器

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域，尤其涉及一种储氧信息处理方法、装置、介质、诊断设备及控制器。

背景技术

三元催化器TWC（Three-Way Catalyst）是实现车辆排放优化的关键部件，又考虑到车载诊断系统OBD（On Board Diagnostic）对催化器故障监测的要求，使得TWC对故障诊断能力的要求也越来越高。

通常，采用TWC的储氧量OSC（Oxygen Storage Capacity）来评估催化器的性能，若要得到比较可靠的OSC，则需要通过发动机管理系统EMS（Engine Management System）控制喷油来配合完成OSC的计算：

首先，加浓混合气使得催化器中已经存储的氧被清空；然后，减稀混合气使催化器储氧；再结合两个传感器的信号，在催化器储氧的过程中计算OSC。

如图1所示的相关技术中，常规燃油车排气系统的OSC可由下式获得：

式中：

OSC，储氧量；

上述方法虽能相对更准确地计算出催化器的OSC，但因为其需要主动对混合气进行加浓和减稀的操作，对CO和NOx的排放是不利的。

为尽量降低对排放的影响，需要尽量缩短加浓和减稀的时长，因此通常系统会在OSC已经计算到可靠高于临界故障水平时，就会停止测试；此时，已经足以确认当前的催化器还未劣化到临界故障水平。

于是，上述方法测试结束时计算的OSC并不能代表当前车上催化器（如新鲜催化器、不同程度老化的催化器）的真实OSC水平；因此，对于后氧闭环控制的修正没有帮助。

发明内容

本发明实施例公开了一种储氧信息处理方法，包括第一工况判别与确认步骤、第二样本采集与存储步骤、第三信息综合与评估步骤；其第一工况判别与确认步骤获取内燃机工况信息，该工况信息包括油门踏板位置信息；若油门踏板处于释放状态或内燃机停止喷油，则进入第二样本采集与存储步骤，并实时监测第一前氧传感器的第一氧浓度，记录该第一氧浓度开始小于第一浓度阈值的第一时刻t1；同时，监测第二后氧传感器的第二氧浓度，记录该第二氧浓度小于第二浓度阈值的第二时刻t2；进而获得储氧量OSC信息。

其中，储氧量OSC为第一时刻t1与第二时刻t2时间段内的氧流量积分；通过连续N次获取储氧量OSC信息并分别存储来获得足够数量的基础数据，这里的N为样本容量阈值，N为正整数；进而通过第三信息综合与评估步骤的解算和分析，根据连续N次获取的储氧量OSC特征，评估催化器实时性能。

进一步地，其第三信息综合与评估步骤还可获取第一时刻t1与第二时刻t2的差值和/或统计特征并用于催化器实时性能的评估；其第一氧浓度与第一前氧传感器的第一中央电压带对应，第二氧浓度与第二后氧传感器的第二中央电压带对应。

为了改善分析或识别的精度或效率，该方法还可包括第四特征提取与优化步骤；根据连续N次获取的储氧量OSC信息，得到储氧量OSC的预设统计量；该预设统计量可以是最小值、最大值、平均值、移动加权平均值；其第三信息综合与评估步骤根据第四特征提取与优化步骤得到的预设统计量的特征评估催化器实时性能；其中，催化器实时性能包括储氧能力的定量描述。

需要说明的是，本发明公开的方法是一种适用于催化器全生命周期的“被动式”信息处理过程，对于主动喷油或不同的油气浓度均可适用，但为了确保不同场景下的检测效率，在主动喷油状态下，本方法可选择交出信息处理的控制权，交由其它系统来处理相应的信息或数据；具体地，可通过终止第二样本采集与存储步骤、第三信息综合与评估步骤和/或第四特征提取与优化步骤的执行过程来释放相关控制权。

进一步地，由于本发明方法通过增加传感器数据样本的数量补偿了其在信息完备性上的缺陷；通过统计分析或大数据处理获得了储氧量OSC更为精确的预测信息；因此，其储氧量OSC可用于约束排气系统混合气闭环控制，调节排气系统混合气闭环控制的输入信息，也进一步克服了现有技术在OSC估值上的缺陷（如前所述，相关技术为了减少排放的影响，会提前结束OSC的检测过程，进而使得其OSC估值并不能代表当前车上催化器的真实OSC水平）。

进一步地，本发明实施例还公开了一种信息处理装置，包括第一工况判别与确认单元、第二样本采集与存储单元、第三信息综合与评估单元；其第一工况判别与确认单元可获取内燃机工况信息，该工况信息一般包括油门踏板位置信息或可以与断油工况对应的其它特征信息。

具体地，若油门踏板处于释放状态或内燃机停止喷油，则启动第二样本采集与存储单元的执行过程，并实时监测第一前氧传感器的第一氧浓度，记录第一氧浓度开始小于第一浓度阈值的第一时刻t1；同时，监测第二后氧传感器的第二氧浓度，记录第二氧浓度小于第二浓度阈值的第二时刻t2；进而获得储氧量OSC信息，该储氧量OSC为第一时刻t1与第二时刻t2时间段内的氧流量积分；连续N次获取储氧量OSC信息并分别存储其N个样本的数据；进而可通过其第三信息综合与评估单元的数据处理过程，获得连续N次储氧量OSC采样点所揭示的催化器实时性能。

进一步地，其第三信息综合与评估单元还可获取第一时刻t1与第二时刻t2的差值和/或统计特征并用于催化器实时性能的评估；也就是说，利用位于排气结构中不同部位传感器对废气响应的时滞不同，亦可对催化器的活性或处理能力进行判别；其中，第一氧浓度与第一前氧传感器的第一中央电压带对应，第二氧浓度与第二后氧传感器的第二中央电压带对应。

其中，还可通过第四特征提取与优化单元来进一步改善信息处理的精度或分辨能力；通过连续N次获取的储氧量OSC信息，得到储氧量OSC的预设统计量；该预设统计量可以是最小值、最大值、平均值、移动加权平均值等相关的统计量；其第三信息综合与评估单元可根据第四特征提取与优化单元得到的预设统计量的特征评估催化器实时性能；该催化器实时性能包括储氧能力的定量描述。

具体地，若油门踏板被踩下或喷油装置喷油动作被执行，则终止第二样本采集与存储单元、第三信息综合与评估单元和/或第四特征提取与优化单元的执行过程；此时，可改由其它“主动方法”来处理氧传感器的信息，其分析将更优效率。

进一步地，由于本发明公开的装置可获得OSC更为准确的估值；因此，该估值可用于相关系统的反馈控制；其中，就包括将储氧量OSC用于约束排气系统混合气闭环控制，即用于调节排气系统混合气闭环控制的输入信息。

相应地，本发明实施例还公开了一种计算机存储介质，包括用于存储计算机程序的存储介质本体；计算机程序在被微处理器执行时，可实现如上的任一催化器信息处理方法。

类似地，本发明实施例还公开了一种诊断设备和相应的控制器，均包括如上的任一信息处理装置；和/或任一的计算机存储介质；其中的信息处理装置和/或计算机存储介质集成于车辆的尾气处置单元或尾气催化部件。

如前所述，本发明实施例公开的是一种“被动式”的储氧能力评估方法和产品；利用车辆正常行驶过程中一定会存在的断油工况来评估催化器的储氧能力，相较于“主动式”的评估方法，不需要主动加浓和减稀混合气；进而也避免了主动干预过程对尾气排放产生的不利影响。

同时，本发明的方法和产品能够评估出催化器全生命周期的性能，即不仅可以评估出临界故障水平催化器的储氧性能，也能评估出新鲜催化器及不同老化程度下催化器的性能；因此，其估值可以作为排气系统混合气闭环控制的输入参数，对催化器全生命周期内的排放起到优化控制的作用，更利于将三种主要污染排放物（HC、CO和NOx）控制在较低含量水平，优化整车排放、降低环境污染。

发明人发现：本发明既可以是借助氧流量的积分来计算出催化器的实时储氧量用于评估催化器的性能，也可以选择使用前氧由浓到稀至后氧由浓到稀之间的延迟时间来评估催化器的性能；因为，不同老化程度的催化器对于能够感知到前氧由浓到稀至后氧由浓到稀的延迟时间是不同的，老化程度越高的催化器，延迟时间越短，即选用该延迟时间来评估催化器性能也是在本发明保护范围之内的。

进一步地，除了采用指数加权移动平均值EWMA（Exponentially Weighted MovingAverage）、最值和算数平均方法来优化储氧能力计算结果之外，使用其他数学方法来提高储氧能力计算准确性、稳定性的方法也是在本发明保护范围之内的。

此外，根据发动机断油工况，并根据催化器前后混合气浓稀变化来估算或精确计算催化器储氧能力的方法都是在本发明保护范围之内的。

综上，本发明的方法和产品通过判别和确认内燃机的工况，在尾气处于“稀薄”状态，也即处污染更低的“正常运行”工况下，实施全生命周期的储氧信息处理，进而获得储氧信息的相关估值；通过增加样本采集的数量，在样本中储氧信息不足的场景下，获得了通常需要喷油等主动干预过程才能诱发的储氧信息特征，避免了由于主动喷油或类似的不利于排放控制工况下进行的相关检测过程；另一方面，由于可以获得储氧量在催化器全生命周期的较精确的估值；因此其参量可用于相关尾气闭环的输入量，用于改善相应控制过程的精度。

需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。

附图说明

为了更加清晰地说明本发明的技术方案，利于对本发明的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本发明进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部分，与本发明的实施例一并用于说明本发明的技术方案，但并不构成对本发明的限制。

附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：

图1为相关技术中的排气系统结构示意图。

图2为本发明方法实施例流程示意图一。

图3为本发明方法实施例流程示意图二。

图4为本发明产品实施例组成结构示意图。

图5为本发明产品实施例布局结构示意图一。

图6为本发明产品实施例布局结构示意图二。

图7为本发明产品实施例布局结构示意图三。

其中：

100-第一工况判别与确认步骤；

200-第二样本采集与存储步骤；

300-第三信息综合与评估步骤；

400-第四特征提取与优化步骤；

500-信息处理装置；

510-第一工况判别与确认单元；

520-第二样本采集与存储单元；

530-第三信息综合与评估单元；

540-第四特征提取与优化单元；

555-诊断设备；

600-第一数据流；

901-控制器；

900-车辆；

903-计算机存储介质；

960-发动机；

961-三元催化器TWC；

963-尾气出气口；

965-第二后氧传感器；

967-第一前氧传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本发明的技术方案，而不是对本发明的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本发明相关部分的举例说明，而不是本发明的全部。

如图2、图3所示的储氧信息处理方法，包括第一工况判别与确认步骤100、第二样本采集与存储步骤200、第三信息综合与评估步骤300；其第一工况判别与确认步骤100获取内燃机工况信息，该工况信息包括油门踏板位置信息；若油门踏板处于释放状态或内燃机停止喷油，则进入第二样本采集与存储步骤200，并实时监测第一前氧传感器967的第一氧浓度，记录第一氧浓度开始小于第一浓度阈值的第一时刻t1；同时，监测第二后氧传感器965的第二氧浓度，记录第二氧浓度小于第二浓度阈值的第二时刻t2；进而获得储氧量OSC信息。

其中，储氧量OSC为第一时刻t1与第二时刻t2时间段内的氧流量积分；连续N次获取储氧量OSC信息并分别存储，即可获得样本容量为N的检测数据；进而可通过第三信息综合与评估步骤300来进一步分析连续N次获取的储氧量OSC特征，用样本的数量来改善前述氧流量积分在“深度”上的缺陷，评估催化器实时性能；这里的“深度”可以理解为：由于尾气中的含氧量信息由于未主动施加燃油喷射扰动，导致催化器的耗氧过程不如“主动”改变混合气的浓度时那么剧烈。

具体地，其第三信息综合与评估步骤300还可获取第一时刻t1与第二时刻t2的差值和/或统计特征并用于催化器实时性能的评估，这也是从时间维度来挖掘储氧信息的一种备选方案；由于，不同活性水平的催化器会在响应时间上有所区别，因此也会在响应时间上给出相应的特征；其中，浓稀变化通过催化器前后的两个氧浓度信号传感器即第一前氧传感器967与第二后氧传感器965确定：前后氧信号可信后，前氧信号低于1就是浓，后氧信号高于中央电压带即为浓；例如，LSF 4.2型号的后氧中央电压带是0.45V，LSF X4是0.55V。

进一步地，该实施例还包括第四特征提取与优化步骤400；根据连续N次获取的储氧量OSC信息，得到储氧量OSC的预设统计量；该预设统计量包括最小值、最大值、平均值、移动加权平均值。

具体地，其第三信息综合与评估步骤300根据第四特征提取与优化步骤400得到的预设统计量的特征评估催化器实时性能；该催化器实时性能包括储氧能力的定量描述。

其中，若油门踏板被踩下或喷油装置喷油动作被执行，则终止第二样本采集与存储步骤200、第三信息综合与评估步骤300和/或第四特征提取与优化步骤400的执行过程。

此外，由于获得了储氧量OSC全生命周期的估值，因此可将该估值用于约束排气系统混合气闭环控制，调节排气系统混合气闭环控制的输入信息。

如图4所示，还公开了信息处理装置500，包括第一工况判别与确认单元510、第二样本采集与存储单元520、第三信息综合与评估单元530；其第一工况判别与确认单元510获取内燃机工况信息，该工况信息包括油门踏板位置信息；若油门踏板处于释放状态或内燃机停止喷油，则启动第二样本采集与存储单元520执行过程，并实时监测第一前氧传感器967的第一氧浓度，记录第一氧浓度开始小于第一浓度阈值的第一时刻t1；同时，监测第二后氧传感器965的第二氧浓度，记录第二氧浓度小于第二浓度阈值的第二时刻t2；进而获得储氧量OSC信息，其储氧量OSC为第一时刻t1与第二时刻t2时间段内的氧流量积分；连续N次获取储氧量OSC信息并分别存储，N为样本容量阈值，N为正整数；第三信息综合与评估单元530根据连续N次获取的储氧量OSC特征，评估催化器实时性能。

其中：第三信息综合与评估单元530还获取第一时刻t1与第二时刻t2的差值和/或统计特征并用于催化器实时性能的评估；类似地，其浓稀变化通过催化器前后的两个氧浓度信号传感器即第一前氧传感器967与第二后氧传感器965确定：前后氧信号可信后，前氧信号低于1就是浓，后氧信号高于中央电压带即为浓；例如，LSF 4.2型号的后氧中央电压带是0.45V，LSF X4是0.55V。

如图2、图4所示，该装置500还包括第四特征提取与优化单元540；根据连续N次获取的储氧量OSC信息，得到储氧量OSC的预设统计量；该预设统计量包括最小值、最大值、平均值、移动加权平均值；其第三信息综合与评估单元530根据第四特征提取与优化单元540得到的预设统计量的特征评估催化器实时性能；该催化器实时性能包括储氧能力的定量描述。

其中：若油门踏板被踩下或喷油装置喷油动作被执行，则终止第二样本采集与存储单元520、第三信息综合与评估单元530和/或第四特征提取与优化单元540的执行过程。

类似地，其中的储氧量OSC亦可用于约束排气系统混合气闭环控制，调节排气系统混合气闭环控制的输入信息。

此外，如图5、图6、图7所示的计算机存储介质903，包括用于存储计算机程序的存储介质本体；计算机程序在被微处理器执行时，实现如上的任一催化器信息处理方法。

类似地，如图5所示的诊断设备555或如图5至图7所示的控制器901，均包括如上的任一信息处理装置500；和/或任一的计算机存储介质903；其中的信息处理装置500和/或计算机存储介质903集成于车辆900的尾气处置单元或尾气催化部件。

需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本发明的技术方案，本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本发明技术方案涵盖的范围；在不脱离本发明构思的情况下，其它实施方式也将落入本发明的范围。