（1）论文的目的：

近年来，由于空气污染较为严重各种温室气体、PM以及有害气体排放超标，再加上一次性能源的逐渐减少，我国目前紧迫需要的解决方法是各种节能减排的项目的研究还我一个绿水蓝天。2013年GB18352.5—2013 《轻型车污染物排放限值及测量方法》(第五阶段)发布,到2017年1月起,全国各地第五阶段排放法规的全面实施,从2016年12月GB18352.6—2016《轻型车污染物排放限值及测量方法》(第六阶段)发布,到2020年7月起,全国各地第六阶段排放法规的全面实施,法规规定PM的排放限值3.0mg/km,NOx排放限值为45mg/km,乘用车油耗限值5L/100km,将会推动我国大气污染治理和企业技术的全面升级。为了满足国Ⅴ及以上严格的排放法规,柴油机SCR技术势在必行。众多汽车企业将会采用“EGR DOC DPF SCR”技术路线。与EGR路线相比SCR路线具有一定的油耗优势，而且对于燃料的含硫量要求较低，抗硫能力强。其中Urea-SCR系统主要由三个部分组成：尿素供给系统（尿素箱、尿素泵、尿素喷嘴）、尿素喷射控制系统（DCU）和SCR催化器。其原理主要是通过尿素喷嘴将尿素喷射在SCR催化器上游，在高温废气中分解成氨气和水，进入SCR催化器将NOx反应生成氮气和水，生成物对环境没有一点污染。因此,SCR控制系统的研发将会成为重点,与此同时,确保SCR系统正常运行的故障诊断(OBD)技术研发和容错控制方法的研究也尤为重要。

（2）论文的意义：

开发研究自主产权的SCR系统和满足国家排放法规的故障诊断(OBD)技术也是众多企业要攻克的技术难题。根据《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断系统(OBD)技术要求》,对SCR系统故障诊断(OBD)功能进行了设计。主要是对SCR系统基本功能的故障诊断,如传感器的故障诊断、尿素量消耗故障诊断以及NOx传感器故障诊断做了相应的研究。基于国Ⅴ柴油机的SCR系统为研究对象,旨在通过对SCR系统基本功能的故障研究,设计了柴油机SCR系统部分零部件的故障诊断控制策略。其意义主要在于实现SCR系统广泛应用于国内柴油车上，并对其故障诊断，其后为了防止故障出现时排放超标，也要对其进行容错控制以保证SCR下游的排放尽可能处于法规限定的值以内。

（3）国内外研究现状分析：

通过看一些文献里面，柳志伟[1]的一般诊断的思路先是观察系统外观，如尿素溶液存量是否正常、有无明显泄露或管路脱落等现象，再调取发动机ECU和SCR系统故障码和数据流，根据指引进一步检测；陆超[2]对于常见的故障现象包括：SCR系统断开故障，传感器故障，排气温度传感器故障，计量泵故障，尿素液位高度没有变化故障，尿素罐温度传感器故障，提出了故障诊断流程和排除方法；李捷辉，袁利娜，王名传，余青[3]以Visual C 6.0可视化集成开发环境为平台，设计了一套柴油机SCR系统机外故障诊断软件。诊断软件采用模块化结构和CAN总线技术，其中数据库分析模块解析了J1939报文到CAN扩展帧的映射机制；数据库模块由MFC ODBC技术实现对Access数据库的管理，对故障诊断软件进行了实机调试并设置了故障处理验证软件；董志辉[4]基于MATLAB/Simulink软件平台,根据模块化的设计思维,搭建了传感器超限故障诊断模型(以尿素温度传感器为例)、尿素罐液位传感器合理性检测模型、尿素消耗量故障诊断模型、下游NOx传感器合理性检测模型,并对主要的控制模块进行详细的阐述；何伟[5]针对SCR系统开发了尿素喷射控制策略,通过查询NOx排放脉谱和目标NOx转化效率脉谱计算基础尿素喷射量,使用NOx传感器计算实际NOx转化效率,采用增量式PID控制方法对尿素喷射量进行闭环修正,通过油门变化率进行瞬态工况的判定,建立了温度延迟和氨存储量修正策略；刘波[6]的监控模块采用故障范围和合理性等检测方法判断故障的类型,通过时间状态机方式确定故障属性；故障管理模块采用降低扭矩(喷油量限制),其它传感器代替,标定缺省值代替等方式处理各类故障,并在故障恢复过程中采取斜坡函数的方式使故障缺省值以一定斜率达到当前信号值；刘甲伟[7]利用MAX6675芯片，实现了对K型热电偶SCR催化器前后温度传感器及发动机水温传感器信号的采集，通过MSCAN模块实现对SCR催化器前、后NOX传感器数据的采集传输，利用ATD模块实现了对于其他模拟电信号的采集，并利用与飞思卡尔单片机相配套的CodeWarrior软件开发工具，完成了所制定诊断控制策略C代码的编写；张鑫峰[8]设计了后处理系统OBD的主要检测单元,详细阐述了具体故障的监控方法,诊断策略,故障的确认以及故障的储存。采用飞思卡尔S12X系列芯片,Code Warrior开发环境实现了SCR系统OBD的基本功能；金军平[9]介绍了SCR处理系统维修方法，处理的故障分别有：CAN通讯故障、传感器故障、不喷添蓝故障、NOx排放超标故障；冯川[10]针对SCR 系统常见的故障制定了诊断策略：尿素温度传感器诊断策略、尿素泵压力传感器诊断策略、尿素喷嘴诊断策略，在此基础上完成了故障管理系统：故障确认及修复、故障储存、故障处理的设计，并基于 VB开发了 SCR诊断通信软件；苏宇航[11]针对SCR后处理系统可控参数数量多且行为复杂多变的特点，提出了基于传感器信号特征的故障诊断方法。此种方法需要事先掌握正常工作状态下各类信号所遵循的固有特征，利用有限状态机的原理在诊断逻辑中对参数时序进行处理，将解析、归纳后的特征和经验常识相结合，进而对部件或系统故障做出正确诊断；张人选[12]对NO_x控制和还原剂添蓝（Adblue）控制，进行了相应的研究和探索；在故障应对措施部分，实现了报警灯（MIL）的状态控制、故障信息的存储以及转矩限制信号的输出；参照SAE J1939诊断通讯协议，设计了基本的故障通讯的功能，实现了故障信息的通讯；倪燕丽[13]在喷射过程，采用基于泵转速与喷嘴流量的真实性检测方法，根据正常工作时喷嘴占空比与泵转速之间的对应关系，建立了故障诊断模型，对喷射过程中的喷嘴故障进行故障诊断；孙越[14]设计了支持向量机故障诊断技术方案,通过遗传算法动态的从训练集中学习方差参数g和惩罚权重C,大幅度的提高了支持向量机故障诊断的准确度和可信度,采用主元分析算法进行降维处理,加快学习和训练的速度；芮鹏飞[15]主要包括主控电路的设计、电源模块的设计、CAN通信模块设计和故障指示灯（MIL）驱动电路设计、SCR催化器存在性诊断、NOx传感器信号真实性诊断、SCR催化器效率诊断和SCR系统附件诊断、上位机和下位机的程序开发等；Gordon J. Bartley，Theodore Kostek等人[16]研究了包括V / W / TiO 2配方，Cu-沸石配方和Fe-沸石配方。这项工作描述了作为热老化时间和温度的函数的氨（NH 3）瞬态的NO x定时响应。已经提出了NO x的响应时间由柴油排放液（DEF）注入速率的变化影响的NH 3瞬变排放可用作车载诊断（OBD）度量。本研究的目的是评估这种OBD方法的可行性和实用性。虽然这些实验显示出老化的明显趋势，但也有观察和考虑因素表明这种方法作为催化剂老化评估测试方法可能是合理的，但对于OBD目的而言是不切实际的；Mina Mehregan[17]对纳米添加剂对配备有尿素SCR系统的混合生物柴油燃料柴油发动机的性能和排放特性的影响进行调查。 本研究中使用的基础燃料是B20混合生物柴油，其含有20％废油炸生物柴油和80％柴油燃料。 在该研究中，氧化锰和氧化钴纳米颗粒用作纳米燃料添加剂，质量分数为25和50ppm。 基于实验结果，纳米粒子混合燃料的制动比燃料消耗和制动热效率显着提高，而NOx和CO排放与基础燃料相比明显降低。

2. 研究的基本内容与方案

1. 基本内容：

（1） SCR控制系统建模，基于MATLAB软件建立SCR闭环控制策略模型，同时根据适量守恒定律和阿伦尼乌斯定律，建立SCR催化器模型。

（2） 根据质量守恒定律通过SCR上游的排气参数，对SCR下游的尾气温度进行估计，建立SCR温度传感器模型，基于模型参数进行辨识和验证。

（3） 根据NOx传感器的结构和工作原理，建立NOx传感器模型，并进行参数辨识，很据ETC工况下的实验数据对模型的准确性进行验证。