CN112576344B - 浓度传感器有效性验证模块和方法、控制器和机器可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于验证测量车辆SCR***的储液罐中的尾气处理液浓度的浓度传感器的有效性的验证模块和方法。所述储液罐中设置有浓度传感器和液位传感器，所述验证模块包括处理器，其被配置用于：在实际液位水平处于默认液位水平的允许范围内、并且在实际浓度处于默认浓度的允许范围内时，判定所述浓度传感器是有效的；在实际液位水平大于默认液位水平的允许范围的最大值时，基于实际浓度并且基于默认浓度、默认变化因子、以及变化因子的适应性算法来计算实际变化因子，并且在计算得到的实际变化因子处于标准变化因子的允许范围时，判定所述浓度传感器是有效的。本申请还提供了存储有当被执行时能够执行上述方法的可执行指令的控制器和机器可读存储介质。

Description

浓度传感器有效性验证模块和方法、控制器和机器可读存储介质
技术领域
本申请涉及在车辆、尤其是柴油机车辆的SCR(选择性催化还原)***中使用的、用于测量尾气处理液浓度的浓度传感器的有效性的验证模块和相应的验证方法，还涉及存储有当被执行时能够执行上述方法的可执行指令的控制器和机器可读存储介质。
背景技术
为了降低车辆发动机尾气中的NOx含量，车辆一般装备有SCR***，其被配置用于将尾气处理液喷射到车辆尾气中，利用选择性催化还原技术将尾气中的NOx还原为无害的氮气、水、二氧化碳等成分。SCR***包括容纳着尾气处理液的储液罐，用于向排气管中喷射尾气处理液的计量喷射单元，和从储液罐抽取尾气处理液、将其加压到预定压力并供应到计量喷射单元的供给单元。SCR***还包括位于排气管中的SCR催化器。
在SCR催化器中尾气处理液中的尿素与尾气中的NOx发生上述选择性催化还原反应。尾气处理液中尿素的量或浓度直接决定着能够被还原的尾气中的NOx的量、因而决定着被排放到环境中的尾气质量。根据ISO22241-1，32.5％+/-0.7％的尿素浓度被认为是能够确保SCR***可靠且稳定操作的最佳浓度范围。车辆中尾气处理液的初始浓度或最低质量由车辆制造商保证，但在车辆的后续操作过程中需要持续监控并保持此质量。
通常利用设置在盛纳尾气处理液的储液罐中的浓度传感器来测量该浓度参数。需要确保浓度传感器测量的浓度数值的准确性，才能基于此参数获得为确保尾气排放达标而需要喷射到尾气中的尾气处理液的量。然而，当前的浓度传感器不存在自检功能，无法确保其有效性。
发明内容
本申请的目的是验证在车辆SCR***的储液罐中使用的浓度传感器的有效性，提供了用于此目的的验证模块和验证方法。
本申请的第一方面提供了一种用于验证测量车辆SCR***的储液罐中的尾气处理液浓度的浓度传感器的有效性的验证模块，所述储液罐中设置有所述浓度传感器和用于测量尾气处理液的液位水平的液位传感器，所述验证模块包括存储器和处理器，所述处理器被配置成与所述浓度传感器、所述液位传感器以及所述存储器通信连接，并且配置用于：
在所述液位传感器测得的实际液位水平处于从处理器获得的默认液位水平的允许范围内、并且在所述浓度传感器测得的实际浓度处于从处理器获得的默认浓度的允许范围内时，判定所述浓度传感器是有效的；
在所述液位传感器测得的实际液位水平大于从处理器获得的默认液位水平的允许范围的最大值时，基于所述浓度传感器获得的实际浓度并且基于从处理器获得的默认浓度、默认变化因子、以及变化因子的适应性算法来计算实际变化因子，并且在计算得到的实际变化因子处于从预存在所述存储器中的实际浓度-变化因子标准对应关系数据中获得的、与所述实际浓度对应的标准变化因子的允许范围内时，判定所述浓度传感器是有效的。
本申请的第二方面提供了一种验证测量车辆SCR***的储液罐中的尾气处理液浓度的浓度传感器的有效性的验证方法，所述储液罐中设置有所述浓度传感器和用于测量尾气处理液的液位水平的液位传感器，所述验证方法包括：
利用所述浓度传感器和所述液位传感器测量储液罐中尾气处理液的实际浓度和实际液位水平的测量步骤；
使所述实际液位水平与预存的默认液位水平的允许范围相比较的液位水平比较步骤；
在所述实际液位水平处于所述默认液位水平的允许范围内时使所述实际浓度与预存的默认浓度的允许范围相比较的浓度比较步骤；
在所述实际液位水平大于所述默认液位水平的允许范围的最大值时基于所述实际浓度、预存的默认浓度和默认变化因子以及变化因子的适应性算法来计算实际变化因子的计算步骤；
查询与所述实际浓度对应的标准变化因子并且使计算得到的变化因子与查询得到的标准变化因子的允许范围相比较的查询和比较步骤；以及
在所述浓度比较步骤中所述实际浓度处于所述默认浓度的允许范围内时、或者在所述查询和比较步骤中所述计算得到的实际变化因子处于所述查询得到的标准变化因子的允许范围内时判定浓度传感器有效性验证通过的结束步骤。
本申请的第三方面提供了一种控制器，包括：处理器；以及存储器，其上存储有可执行指令，所述可执行指令当被执行时使得所述处理器执行上述验证方法。
本申请的第四方面提供了一种机器可读存储介质，其上存储有可执行指令，所述可执行指令当被执行时使得机器执行上述验证方法。
利用本申请的验证模块和验证方法，能够确保所使用的浓度传感器的有效性，确保浓度传感器测得的尾气处理液的浓度值的准确性，根据此准确的尾气处理液浓度值能够得出需要经由计量喷射单元喷射到排气管中的尾气处理液的准确量，达到充分还原尾气中的NOx和确保车辆排放的尾气符合环保标准的目的。
附图说明
图1是根据本申请的可行实施方式的SCR***的示意图；
图2是解释根据本申请原理的、在SCR***的储液罐中使用的浓度传感器的有效性验证过程的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及图中示出的示例性实施方式对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明的原理，而不是用于限定本发明的保护范围。
图1示出了根据本申请的一种实施方式的用于车辆、尤其是柴油机车辆中的SCR***，其与车辆发动机的排气管10关联，用于向排气管10中喷射尾气处理液以降低尾气中的NOx含量。所述SCR***主要包括储液罐20、供给单元30和计量喷射单元40。SCR***的催化器(未示出)安装于排气管10中。
储液罐20用于盛纳尾气处理液，通常为尿素水溶液，并且通常集成有用于测量所盛纳的尾气处理液的至少一个参数的至少一个传感器，或者集成有测量尾气处理液的多个参数的集成式传感器。例如，在图1的实施例中，储液罐20集成有用于测量尾气处理液的浓度和液位水平的浓度传感器22和液位传感器24。可能地，储液罐20还集成有一个或多个另外的传感器，例如用于测量尾气处理液的温度和品质(清洁度)的温度传感器和品质传感器。
供给单元30用于从储液罐20抽取尾气处理液并将其加压至一定压力然后供应到计量喷射单元40。计量喷射单元40用于将尾气处理液以计量的方式喷射到排气管10中。压力管线50连接在供给单元30和计量喷射单元40之间。供给单元30包括主泵(未示出)。应供给单元30、特别是其主泵对尾气处理液中颗粒尺寸的要求，储液罐20的出口处设置过滤器26，例如粗滤器，以防止尾气处理液中过大尺寸的颗粒进入供给单元30。供给单元30的主泵在发动机启动后工作，从储液罐20抽取经过滤器26过滤的尾气处理液并将其供应至供给单元30，然后通过压力管线50将其供应到计量喷射单元40。其中，一部分尾气处理液可能经回流管线(未示出)从供给单元30返回到储液罐20中。
在SCR***控制器的控制下，计量喷射单元40以计量的方式将尾气处理液喷射到排气管10中。之后，尾气处理液在设置于排气管10中的催化器中与尾气中的NOx发生化学反应，将其NOx转化为对外界空气环境无害的氮气和水排放出来，达到降低污染的目的。
如前所述，为了确保始终有足够量的尾气处理液(具体为发生化学反应的尿素)被喷射到尾气中，以确保尾气中含有的NOx得到充分还原从而排放到外部环境中的NOx的量达到日益严苛的尾气排放达标，本申请的SCR***还提供了用于验证储液罐20中的浓度传感器22的有效性的验证模块80。此验证模块的提供使得所测得的尾气处理液的浓度能够很准确和精确，以便保证被喷射到排气管10内的尾气处理液的尿素的量足够。
根据本申请，验证模块80可以集成在整车控制器、或用于控制SCR***的操作的SCR***控制器、或发动机***控制器中，作为上述相应控制器的一部分提供；或者，其可以被单独地构成，并且连接到整车控制器、或SCR***控制器、或发动机***控制器。
具体地，如图1所示，该验证模块80至少包括存储器82和处理器84，并且通过线路90与包括浓度传感器22、液位传感器24、供给单元30和计量喷射单元40等的相关电气元件通信连接。
存储器82被配置用于存储浓度传感器22的有效性验证过程所需的各参数和算法，包括储液罐20中尾气处理液的默认浓度Z0和默认液位水平L0，浓度传感器22所测量的浓度的允许公差ΔZ，液位传感器24所测量的液位水平的允许公差ΔL，变化因子K0，变化因子的允许公差ΔK，以及当从储液罐20供应的尾气处理液浓度不同于ISO认证的名义浓度、例如32.5％时用来适应性地调整变化因子K的算法或公式。由此，尾气处理液的默认浓度Z0的允许范围为Z0-ΔZ～Z0+ΔZ，尾气处理液的默认液位水平L0的允许范围为L0-ΔL～L0+ΔL。存储器82可以是任何可用形式的可擦写存储器，其可以是被提供于整车控制器、或SCR***控制器、或发动机***控制器中的共用式存储器，也可以是为本验证模块80单独设置的存储器。
处理器84被配置用来执行浓度传感器22的有效性验证循环中的比较、计算、判断等步骤。
具体地，在浓度传感器22的验证循环期间，处理器84首先接收液位传感器24测得的实际液位水平L。在实际液位水平L处于默认液位水平L0的允许范围L0-ΔL～L0+ΔL内的情况下，处理器84认定在浓度传感器22的上一次有效性验证循环之后、本次有效性验证循环之前的间隔中，储液罐20未填充新的尾气处理液。随后，处理器84从浓度传感器22获取所测得的实际浓度Z，并且比较此实际浓度Z与默认浓度Z0的允许范围Z0-ΔZ～Z0+ΔZ。如果此实际浓度Z处于所述默认浓度的允许范围Z0-ΔZ～Z0+ΔZ内，则认定浓度传感器22是有效的，并用此新测得的实际液位水平L和实际浓度Z更新存储器82中的默认液位水平L0和默认浓度Z0，此验证循环结束。反之，在实际液位水平L处于默认液位水平L0的允许范围L0-ΔL～L0+ΔL内的情况下，如果实际浓度Z超出了默认浓度Z0的允许范围Z0-ΔZ～Z0+ΔZ，则***将出具错误报告，指示浓度传感器22有效验证失败。
如果处理器84从液位传感器24接收的实际液位水平L大于或超过了默认液位水平L0允许范围的最大值L0+ΔL，则指示在浓度传感器22的上一次有效性验证循环之后、本次有效性验证循环之前的间隔中，储液罐20被填充了新的尾气处理液。此时，处理器84从浓度传感器22接收尾气处理液的实际浓度Z，并且从存储器82中提取默认浓度Z0和默认变化因子K0以及变化因子的适应性算法
Figure BDA0002222616060000061
来计算新的适应因子K。接着，处理器84从存储器82中预存的实际浓度-变化因子标准查询表(在下文中简称“查询表”或“对应关系数据”)中查询与实际浓度Z对应的浓度Zi的标准变化因子Ki，并且比较针对此实际浓度Z计算得到的适应因子K和与实际浓度Z对应的标准变化因子Ki。如果适应因子K位于标准变化因子Ki的允许范围Ki-ΔK～Ki+ΔK内，则认定浓度传感器22是有效的，同时用实际液位水平L、实际浓度Z和计算得到的适应因子K更新存储器82中的默认液位水平L0、默认浓度Z0和默认变化因子K0。否则，验证模块80、具体为处理器84给出浓度传感器22的有效性验证未通过的结论，并且出具错误报告。
下表给出了预存在存储器82中的查询表的示例。举例来说，浓度传感器22测得的实际浓度值为Z，当此实际浓度值Z位于Zi-ΔZ～Zi+ΔZ的范围内时，所对应的标准变化因子为Ki，处理器84即判断计算得到的适应因子K是否在Ki-ΔK～Ki+ΔK的范围内。适应因子K在Ki-ΔK～Ki+ΔK的范围内指示浓度传感器22是有效的。
浓度值或范围 Z1 Z2 … Zi … Zn
标准变化因子 K1 K1 … Ki … Kn
图2示出了利用上述验证模块80对浓度传感器22进行有效性验证的过程的流程图。
首先，在步骤S1中，预设下述参数并存储于验证模块80的存储器82中：储液罐20中的尾气处理液的默认浓度Z0和默认液位水平L0，浓度的允许公差ΔZ和液位水平的允许公差ΔL，默认变化因子K0，以及根据实际浓度调整变化因子的变化因子适应性算法。例如，在此步骤中，可以将初始的默认浓度Z0和/或默认液位水平L0设置为对于目标车辆的SCR***的最佳性能来说最佳的浓度值或范围。例如，默认浓度Z0为31.8％～33.2％的范围而默认浓度的允许范围为31.8％-ΔZ～33.2％+ΔZ，或者默认浓度Z0为32.5％而默认浓度的允许范围为32.5％-ΔZ～32.5+ΔZ。例如，默认变化因子K0可以为0。变化因子适应性算法可以用公式
Figure BDA0002222616060000062
表示。此外，将查询表存储于存储器82中。
接着，执行测量步骤S2，包括：利用液位传感器24测量储液罐20中尾气处理液的实际液位水平L，并且利用浓度传感器22测量储液罐20中尾气处理液的实际浓度Z。
接着，执行尾气处理液的液位水平的比较步骤S3。具体地，处理器84从液位传感器24获得实际液位水平L，从存储器82获得默认液位水平L0并且判定实际液位水平L是否处于默认液位水平L0的允许范围L0-ΔL～L0+ΔL内。如果实际液位水平L处于默认液位水平L0的允许范围L0-ΔL～L0+ΔL内则执行步骤S4；如果实际液位水平L大于或超过了默认液位水平L0的允许范围的最大值L0+ΔL则执行步骤S5；如果实际液位水平L小于默认液位水平L0的允许范围的最小值L0-ΔL则执行步骤S7。
在步骤S4中，处理器84从浓度传感器22获得实际浓度Z，从存储器82获得默认浓度Z0，并且判定实际浓度Z是否处于默认浓度Z0的允许范围Z0-ΔZ～Z0+ΔZ内，若实际浓度Z处于在Z0-ΔZ～Z0+ΔZ的范围内，则执行指示浓度传感器22的有效性验证成功通过的结束步骤S8，否则执行步骤S7。
在步骤S5中，处理器84从浓度传感器22获得实际浓度Z，从存储器82获得默认浓度Z0和变化因子K0以及变化因子的适应性算法，并且按照该算法计算新的变化因子K，然后继续步骤S6。
在步骤S6中，处理器84从查询表中查询与对应于实际浓度Z的浓度Zi对应的标准变化因子Ki，并且比较计算得到的变化因子K是否在标准变化因子Ki的允许范围Ki-ΔK～Ki+ΔK内，若变化因子K处于该范围内，则执行步骤S8，否则执行步骤S7。
步骤S7为指示浓度传感器有效性验证失败的错误报告生成步骤。浓度传感器有效性验证失败表示此浓度传感器不能精确、准确地反映尾气处理液的浓度，需要维修或更换。
步骤S8为指示浓度传感器有效性验证成功的结束步骤。
可选地，可以反复执行步骤S2至步骤S7或S8的循环。
利用本申请的验证模块和验证方法，能够确保所使用的浓度传感器的有效性，确保浓度传感器测得的尾气处理液的浓度值的准确性，根据此准确的尾气处理液浓度值能够得出需要经由计量喷射单元喷射到排气管中的尾气处理液的准确量，达到充分还原尾气中的NOx和确保车辆排放的尾气符合环保标准的目的。这避免了由于浓度传感器给出的尾气处理液浓度值不精确时导致经由计量喷射单元喷射到排气管中的尾气处理液的量不准确、尾气中的NOx还原不充分进而车辆排气超标的问题，也避免了喷射的尾气处理液的量过多造成浪费的问题。
本申请还涉及一种包括存储器和处理器的控制器。存储器上存储有可执行指令，所述可执行指令当被执行时使得处理器执行上述实施例所述的验证浓度传感器的有效性的方法。
本发明的实施例还可提供一种机器可读存储介质，其上存储有可执行指令，所述可执行指令当被执行时使得机器执行上述实施例所述的验证浓度传感器的有效性的方法。
以上参考图中给出的具体实施方式描述了本申请。本领域内的技术人员应理解本申请并不限制于在上面描述的以及附图中示出的具体细节。在不偏离本申请的基本原理和权利要求限定的保护范围的情况下，本领域内的技术人员可以对各细节进行多种修改或替换。

Claims (11)

1.一种用于验证测量车辆SCR***的储液罐中的尾气处理液浓度的浓度传感器的有效性的验证模块，所述储液罐中设置有所述浓度传感器和用于测量尾气处理液的液位水平的液位传感器，所述验证模块包括存储器和处理器，所述处理器被配置成与所述浓度传感器、所述液位传感器以及所述存储器通信连接，并且配置用于：
在所述液位传感器测得的实际液位水平处于从处理器获得的默认液位水平的允许范围内、并且在所述浓度传感器测得的实际浓度处于从处理器获得的默认浓度的允许范围内时，判定所述浓度传感器是有效的；并且
在所述液位传感器测得的实际液位水平大于从处理器获得的默认液位水平的允许范围的最大值时，基于所述浓度传感器获得的实际浓度并且基于从处理器获得的默认浓度、默认变化因子和变化因子的允许公差来计算实际变化因子，并且在计算得到的实际变化因子处于从预存在所述存储器中的实际浓度-标准变化因子对应关系数据中获得的、与所述实际浓度对应的标准变化因子的允许范围内时，判定所述浓度传感器是有效的。
2.根据权利要求1所述的验证模块，其中，所述处理器还被配置用于在下述任一情况下判定所述浓度传感器未通过有效性验证：
所述液位传感器测得的实际液位水平处于从处理器获得的默认液位水平的允许范围内、同时所述浓度传感器测得的实际浓度超出所述默认浓度的允许范围；
所述液位传感器测得的实际液位水平小于从处理器获得的默认液位水平的允许范围的最小值；
所述液位传感器测得的实际液位水平大于从处理器获得的默认液位水平的允许范围的最大值，同时所计算得到的变化因子超出了从对应关系数据中获得的所述标准变化因子的允许范围。
3.根据权利要求2所述的验证模块，其中，所述处理器还被配置用于在所述浓度传感器未通过有效性验证的情况下出具错误报告。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的验证模块，其中，所述验证模块被集成在整车控制器、或用于控制SCR***的操作的SCR***控制器、或发动机***控制器中，作为上述相应控制器的一部分提供；或者所述验证模块被单独提供。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的验证模块，其中，所述处理器被配置成在判定所述浓度传感器是有效的情况下，用所述实际液位水平、所述实际浓度和计算得到的变化因子更新存储器中的所述默认液位水平、所述默认浓度和所述默认变化因子。
6.一种验证测量车辆SCR***的储液罐中的尾气处理液浓度的浓度传感器的有效性的验证方法，所述储液罐中设置有所述浓度传感器和用于测量尾气处理液的液位水平的液位传感器，所述验证方法包括：
利用所述浓度传感器和所述液位传感器测量储液罐中尾气处理液的实际浓度和实际液位水平的测量步骤；
使所述实际液位水平与预存的默认液位水平的允许范围相比较的液位水平比较步骤；
在所述实际液位水平处于所述默认液位水平的允许范围内时使所述实际浓度与预存的默认浓度的允许范围相比较的浓度比较步骤；
在所述实际液位水平大于所述默认液位水平的允许范围的最大值时基于所述实际浓度、预存的默认浓度、默认变化因子和变化因子的允许公差来计算实际变化因子的计算步骤；
查询与所述实际浓度对应的标准变化因子并且使计算得到的变化因子与查询得到的标准变化因子的允许范围相比较的查询和比较步骤；以及
在所述浓度比较步骤中所述实际浓度处于所述默认浓度的允许范围内时、或者在所述查询和比较步骤中所述计算得到的实际变化因子处于所述查询得到的标准变化因子的允许范围内时判定浓度传感器有效性验证通过的结束步骤。
7.根据权利要求6所述的验证方法，其中，所述结束步骤包括用所述实际液位水平、实际浓度和实际变化因子更新默认液位水平、默认浓度和默认变化因子。
8.根据权利要求6或7所述的验证方法，还包括在不满足所述结束步骤的条件时的错误生成步骤，所述错误生成步骤指示浓度传感器的有效性验证失败。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的验证方法，其中，反复执行由测量步骤、液位水平比较步骤、浓度比较步骤、计算步骤、查询和比较步骤以及结束步骤的循环。
10.一种控制器，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行指令，所述可执行指令当被执行时使得所述处理器执行权利要求6-9中任一项所述的验证方法。
11.一种机器可读存储介质，其上存储有可执行指令，所述可执行指令当被执行时使得机器执行权利要求6-9中任一项所述的验证方法。
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