CN109164249B - 一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法，首先通过车载诊断系统，获取车辆运行过程中若干不同时期所对应车辆运行参数，并采集对应时刻发动机润滑油油样；然后对采集的发动机润滑油油样进行润滑油理化性能、氧化安定性及润滑油成分变化检测得到润滑油性能参数；接着对获得的车辆运行参数与对应润滑油性能参数进行数据处理，求取车辆运行参数综合变化量与润滑油性能参数综合变化量，并建立理论模型；最后通过监测车辆运行参数并计算运行参数综合变化量，带入所建立的理论模型中，计算该时刻润滑油性能参数综合变化量，实现润滑油性能评估。本发明可为制造商开发发动机油寿命评价系统及汽车用户评估换油周期提供参考。

Description

一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法

技术领域

本发明属于发动机润滑油监测领域，涉及一种汽油发动机润滑油性能评估方法，具体涉及一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法。

背景技术

发动机油起着减少摩擦、防止磨损、带走热量、清洁发动机等重要作用，是燃油车辆发动机正常工作不可或缺的组成部分。发动机油长期在高温、有氧条件下工作，不可避免发生氧化降解、性能下降，故在润滑油完全失效前需进行更换。润滑油更换过早造成车辆维护成本增加，且废润滑油处理不当会对环境产生极大污染。而润滑油更换不及时会导致发动机零部件过度磨损，造成巨大损失，甚至产生灾难性后果，因此，发动机油的合理更换对于节省车辆维护成本、节约石油资源及减少环境污染均有十分重要的意义。

目前，确定发动机润滑油换油周期的方法主要有两种，一种是对发动机润滑油进行实验室性能检测分析，确定润滑油衰变程度以判定是否失效，该方法能准确测定润滑油各性能指标的衰变程度，但高昂的检测费用、长的检测时间制约其在普通用户中的应用。另一种确定换油周期的方法是根据汽车制造商或4S店所推荐的运行里程进行更换。制造商所推荐的换油里程和换油时间，一般是针对发动机在极端条件下运行而确定的，往往偏于保守，这种极端工况普通用户难以遇到，导致许多车辆发动机油更换过于频繁，且车辆运行状态如怠速、频繁启停等均对发动机油的衰变产生较大影响，仅通过车辆运行里程无法全面反映润滑油性能衰变程度。

一些汽车制造商及学者试图利用热学、光学、电学等传感器技术监测发动机油的状态，但由于受到传感器价格昂贵、功能单一、设计安装复杂等限制，使得传感器监测发动机油状态的方法未得到广泛应用。

车载诊断系统(OBD)作为监控尾气排放的重要手段，现已成为新上市车辆必备系统，随着环境保护意识的进一步加强，车载诊断系统的应用会进一步推广。车载诊断系统中嵌入的传感器除监测尾气排放外，还能获取车辆实时运行信息，对车辆运行状态进行诊断。国外有学者尝试利用车载诊断系统监测发动机冷却液升温速率的变化判定润滑油衰变程度，遗憾的是在车辆实际行驶过程中，该方法还需要进一步考虑车辆载荷、与外界环境热交换及车辆运行状态等因素的影响，虽然该方法还未能完全用于判定发动机油状态，但其开创性的利用了车载诊断系统对润滑油换油周期进行了探索，为车用润滑油换油周期研究提供了一种新的思路。目前，国际上尚无一种统一的确定换油周期的方法，开发一种准确可靠，可行性高的发动机润滑油性能评估方法对于促进润滑油按质更换有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于实现一种实时、高效便捷的方法来评估发动机润滑油性能，结合车载诊断系统所监控的车辆发动机运行时间、发动机怠速时间、发动机启动次数、车辆运行里程、润滑油服役时间等实时运行参数以表征车辆的运行工况，同时进行润滑油实验室理化性能、氧化安定性能及润滑油成分变化分析，结合数据处理方法，建立车辆运行参数综合变化量与润滑油性能参数综合变化量之间的关系模型，以实现通过实时车辆运行参数评估润滑油性能衰变程度的目的。

本发明所采用的技术方案是：一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过车载诊断系统，获取车辆运行过程中若干不同时期所对应车辆运行参数，并采集对应时刻发动机润滑油油样；所述车辆运行参数包括润滑油服役时间、车辆运行里程、发动机运行时间、发动机怠速时间及发动机启动次数；

步骤2：对步骤1中采集的发动机润滑油油样进行润滑油理化性能、氧化安定性及润滑油成分变化检测得到润滑油性能参数；所述润滑油性能参数包括润滑油总酸值、起始氧化温度、氧化值、硝化值、硫化值及ZDTP值；

步骤3：对步骤1与步骤2中获得的车辆运行参数与对应润滑油性能参数进行数据处理，求取车辆运行参数综合变化量与润滑油性能参数综合变化量，并建立理论模型；

步骤4：通过监测车辆运行参数并计算运行参数综合变化量，带入所建立的理论模型中，计算该时刻润滑油性能参数综合变化量，实现润滑油性能评估。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法仅需测定4～6个时刻车辆运行参数及对应润滑油性能参数即可建立车辆运行参数与润滑油性能参数之间的关系模型，模型精度高，实现通过车辆运行参数进行润滑油性能评估。

(2)本发明的一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法利用车载诊断系统所嵌入的传感器，无需加装或改装传感器及发动机结构，即可结合智能移动终端获取车辆实时运行参数，可为汽车制造商开发发动机油寿命评价系统提供参考。

(3)本发明的一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法结合低成本的车载诊断系统盒子与智能移动终端，可为广大车联网用户确定换油周期提供指导。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例1中建立的建立运行参数综合变化量ω_{i-driving parameters}与γ_{i-oil properties}润滑油性能参数综合变化量的关系模型；

图3为本发明实施例2中建立的建立运行参数综合变化量ω_{i-driving parameters}与γ_{i-oil properties}润滑油性能参数综合变化量的关系模型；

图4为本发明实施例3中建立的建立运行参数综合变化量ω_{i-driving parameters}与γ_{i-oil properties}润滑油性能参数综合变化量的关系模型.

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法，包括以下步骤：

步骤1：采用智能移动终端结合车载诊断系统，获取车辆运行过程中若干不同时期(本实施例采用4～6个不同时期)所对应车辆运行参数，并采集对应时刻发动机润滑油油样；车辆运行参数包括润滑油服役时间、车辆运行里程、发动机运行时间、发动机怠速时间及发动机启动次数；

步骤2：对步骤1中采集的发动机润滑油油样进行润滑油理化性能、氧化安定性及润滑油成分变化检测得到润滑油性能参数；润滑油性能参数包括润滑油总酸值、起始氧化温度、氧化值、硝化值、硫化值及ZDTP值；

步骤3：对步骤1与步骤2中获得的车辆运行参数与对应润滑油性能参数进行数据处理，求取车辆运行参数综合变化量与润滑油性能参数综合变化量，并建立理论模型；

具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：对获取车辆运行过程中若干不同时期所对应车辆运行参数进行预处理；

通过对各车辆运行参数分别除以该车辆运行参数的初值进行数据预处理，以消除各参数单位与数量级的差异；得到预处理后车辆运行参数x_i(k)，其中i＝0,1,2,……,n为不同时期车辆运行参数值，x_i(1)～x_i(5)分别为润滑油服役时间、车辆运行里程、发动机运行时间、发动机怠速时间及发动机启动次数；

步骤3.2：定义初次监测所得车辆运行参数为参照因子x₀(k)，其他时刻数据作为比较因子xi(k)，通过公式Δ_i(k)＝|x_i(k)-x₀(k)|求取不同时期各参数相对初次监测参数的变化量，并利用公式

求出不同时刻车辆运行参数综合变化量值ω_i；

步骤3.3：对不同时刻的润滑油性能参数进行数据预处理；

通过对各润滑油性能参数分别除以该性能参数的初值进行数据预处理，以消除各参数单位与数量级的差异；得到预处理后润滑油性能参数为y_i(k)，其中i＝0,1,2,……,n为不同时期润滑油性能参数值，y_i(1)～y_i(6)分别为润滑油总酸值、起始氧化温度、氧化值、硝化值、硫化值及ZDTP值；

步骤3.4：定义初次测得的润滑油性能参数为参照因子y₀(k)，其他时刻数据作为比较因子y_i(k)，通过公式Δ'_i(k)＝|y_i(k)-y₀(k)|求取不同时期各参数相对初次监测参数的变化量，并利用公式

求出不同时刻润滑油性能参数综合变化量值γ_i；

步骤3.5：对步骤3.2和步骤3.4中获得的车辆运行参数与润滑油性能参数综合变化量ω_i及γ_i建立理论模型；

步骤4：通过监测车辆运行参数并计算运行参数综合变化量，带入所建立的理论模型(线性模型)中，计算该时刻润滑油性能参数综合变化量，实现润滑油性能评估。

以下结合附图及应用实例，对本发明的工作原理做进一步详细说明。

实施例1：

对一市售矿物油-1进行城市工况行车试验，利用车载诊断系统监测得到6个不同时期车辆运行参数及实验室分析得到对应润滑油性能参数如表1所示，车辆运行参数包括润滑油服役时间(ST)、车辆运行里程(MIL)、发动机运行时间(EOT)、发动机怠速时间(ITE)及车辆启动次数(NBS)。检测对应润滑油性能包总酸值(TAN)、起始氧化温度(OOT)、氧化值(Oxidation)、硝化值(Nitration)、硫化值(Sulfation)及ZDTP添加剂相对消耗量。

表1矿物油-1车辆运行参数及润滑油性能参数建模数据表

对得到的车辆运行参数及润滑油性能参数数据列分别除以47天所对应的数据值，消除不同参数之间的单位及数量级差异，得到预处理后数据值如表2所示。

表2经预处理运行参数及润滑油性能参数值

定义初始值数据为参照因子x₀(试验进行47天所对应的车辆运行参数值)，其他时期数据作为比较因子x_i(试验中进行76～200天所对应的车辆运行参数值)，通过公式Δ_i(k)＝|x_i(k)-x₀(k)|求解运行参数相对初始值的变化量，再结合公式

求出不同时刻车辆运行参数综合变化量值ω_i，如x₀(k)＝[x₀(1),x₀(2),x₀(3),x₀(4),x₀(5)]＝[1.0000,1.0000,1.0000,1.0000,1.0000]，x₁(k)＝[x₁(1),x₁(2),x₁(3),x₁(4),x₁(5)]＝[1.6170,1.8075,1.6943,1.6285,1.6463]，利用所给出的公式Δ_i(k)＝|x_i(k)-x₀(k)|可得Δ1＝[0.6170,0.8075,0.6943,0.6285,0.6463]，结合公式

可得ω₁＝1.4875。利用相同的方法，可计算得到运行参数综合变化量ω_{i-driving parameters}＝[1.4875,0.6967,0.5103,0.3969,0.3207]。用同样的方法，可得到润滑油性能参数综合变化量γ_{i-oil properties}＝[10.1925,4.8481,3.7639,3.1109,2.8722]，建立运行参数综合变化量ω_{i-driving parameters}与γ_{i-oil properties}润滑油性能参数综合变化量的关系模型如图2所示，理论模型为y＝6.4220x+0.5887，其中x为车辆运行参数综合变化量，y为润滑油性能参数综合变化量，模型R²＝0.999，表明模型精度高。

以230～410天行车试验过程所得到的车辆运行参数及润滑油性能参数(表3)为验证数据，验证所建立模型的准确性，得到模量理论计算值与实验室检测分析值误差如表4所示，理论计算与实验室检查误差范围为-0.2470～-0.1147，表明该方法预测精度高。

表3车辆运行参数及润滑油性能参数验证数据表

表4润滑油性能参数综合变化量理论计算值与实验检测值

实施例2：

对另一市售矿物油-2进行城市工况行车试验，车辆运行参数及润滑油性能参数如表5所示，以润滑油服役19天、48天、79天、108天及137天的车辆运行数据及润滑油性能参数为建模数据，建立理论模型如图3所示。理论模型为y＝7.1277x+1.6753，其中x为车辆运行参数综合变化量，y为润滑油性能参数综合变化量，模型R²＝0.950，表明模型精度高。以润滑油服役156天的数据验证模型预测准确性，润滑油服役156天后，车辆运行参数综合变化量为0.1843，实验室检测润滑油性能参数综合变化量为2.8907，理论计算润滑油性能参数综合变化量为2.9889，理论计算值与实验室检测值误差为0.0982，模型预测精度高。

表5矿物油-2行车试验车辆运行参数与润滑油性能参数表

实施例3：

对两种市售全合成润滑油分别进行城市工况及城市、高速混合工况行车试验，车辆运行参数及润滑油性能参数如表6所示。全合成油-1在城市工况条件下运行，以润滑油服役23天、54天、83天及114天的车辆运行数据及润滑油性能参数为建模数据，建立理论模型如图4所示。理论模型为y＝12.6790x+0.1610，其中x为车辆运行参数综合变化量，y为润滑油性能参数综合变化量，模型R²＝0.996，表明模型拟合精度高。以润滑油服役143天及147天数据为验证数据验证理论模型准确性，滑油服役143天及147天车辆运行参数综合变化量分别为0.2096与0.2038，实验室检测润滑油性能参数综合变化量分别为3.0110与2.8164，理论计算润滑油性能参数综合变化量分别为2.8185与2.7450，理论计算值与实验室检测值误差分别为-0.1925与-0.0714，模型预测精度高。

表6合成油-1与合成油-2行车试验车辆运行参数与润滑油性能参数表

全合成油-2为城市工况与高速工况混合运行车况，以润滑油服役25天、59天、93天及123天的车辆运行数据及润滑油性能参数为建模数据，建立理论模型如图4所示。理论模型为y＝21.4551x-0.2418，其中x为车辆运行参数综合变化量，y为润滑油性能参数综合变化量，模型R²＝0.998，表明模型拟合精度高。以润滑油服役154天数据为验证数据验证理论模型准确性，滑油服役154天车辆运行参数综合变化量为0.1579，实验室检测润滑油性能参数综合变化量为4.0351，理论计算润滑油性能参数综合变化量为3.1460，理论计算值与实验室检测值误差为0.8891，模型预测精度高。

本发明在行车试验基础上，以试验车辆运行参数综合变化量与试验润滑油性能综合变化量建立理论模型，表征试验过程中车辆运行参数与润滑油性能衰变之间的关系。所提出的建模方法可用于结合车载诊断系统获取的车辆运行参数预测发动机油性能下降程度，为润滑油换油周期的合理更换提供参考。采用车载诊断系统监测发动机油状态的方法，不需要改装车辆或增加传感器，为该方法的推广打下良好基础。车载诊断系统结合手机应用程序可实现车主随时随地获取车辆实时运行信息，并通过所给出的方法计算出润滑油的运行状态，有潜力实现润滑油状态的实时监控。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过车载诊断系统，获取车辆运行过程中若干不同时期所对应车辆运行参数，并采集对应时刻发动机润滑油油样；所述车辆运行参数包括润滑油服役时间、车辆运行里程、发动机运行时间、发动机怠速时间及发动机启动次数；

步骤2：对步骤1中采集的发动机润滑油油样进行润滑油理化性能、氧化安定性及润滑油成分变化检测得到润滑油性能参数；所述润滑油性能参数包括润滑油总酸值、起始氧化温度、氧化值、硝化值、硫化值及ZDTP值；

步骤3：对步骤1与步骤2中获得的车辆运行参数与对应润滑油性能参数进行数据处理，求取车辆运行参数综合变化量与润滑油性能参数综合变化量，并建立理论模型；

步骤4：通过监测车辆运行参数并计算运行参数综合变化量，带入所建立的理论模型中，计算该时刻润滑油性能参数综合变化量，实现润滑油性能评估。

2.根据权利要求1所述的基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法，其特征在于：步骤1中，采用智能移动终端结合车载诊断系统获取车辆运行参数。

3.根据权利要求1所述的基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法，其特征在于：步骤3的具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：对获取车辆运行过程中若干不同时期所对应车辆运行参数进行预处理；

通过对各车辆运行参数分别除以该车辆运行参数的初值进行数据预处理，以消除各参数单位与数量级的差异；得到预处理后车辆运行参数x_i(k)，其中i＝0,1,2,……,n为不同时期车辆运行参数值，x_i(1)～x_i(5)分别为润滑油服役时间、车辆运行里程、发动机运行时间、发动机怠速时间及发动机启动次数；

步骤3.2：定义初次监测所得车辆运行参数为参照因子x₀(k)，其他时刻数据作为比较因子x_i(k)，通过公式Δ_i(k)＝|x_i(k)-x₀(k)|求取不同时期各参数相对初次监测参数的变化量，并利用公式

求出不同时刻车辆运行参数综合变化量值ω_i；

步骤3.3：对不同时刻的润滑油性能参数进行数据预处理；

通过对各润滑油性能参数分别除以该性能参数的初值进行数据预处理，以消除各参数单位与数量级的差异；得到预处理后润滑油性能参数为y_i(k)，其中i＝0,1,2,……,K为不同时期润滑油性能参数值，y_i(1)～y_i(6)分别为润滑油总酸值、起始氧化温度、氧化值、硝化值、硫化值及ZDTP值；

步骤3.4：定义初次测得的润滑油性能参数为参照因子y₀(k)，其他时刻数据作为比较因子y_i(k)，通过公式Δ'_i(k)＝|y_i(k)-y₀(k)|求取不同时期各参数相对初次监测参数的变化量，并利用公式

求出不同时刻润滑油性能参数综合变化量值γ_i；

步骤3.5：对步骤3.2和步骤3.4中获得的车辆运行参数与润滑油性能参数综合变化量ω_i及γ_i建立理论模型。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于车载诊断系统的汽油发动机润滑油性能评估方法，其特征在于：步骤3中所述建立理论模型，为一个线性模型。

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