城市道路耐久試驗(yàn)技術(shù)研究
——基于汽車中國第五階段排放汽車故障診斷系統(tǒng)項(xiàng)目

文/王貝貝

【機(jī)動(dòng)車專欄】

城市道路耐久試驗(yàn)技術(shù)研究
——基于汽車中國第五階段排放汽車故障診斷系統(tǒng)項(xiàng)目

文/王貝貝

環(huán)保、節(jié)能與安全是當(dāng)今世界汽車技術(shù)發(fā)展的三大主題，也是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之所在。本文將對某品牌汽車的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》（以下簡稱“國五”）—汽車故障診斷系統(tǒng)（OBD）道路耐久試驗(yàn)進(jìn)行說明，并以試驗(yàn)技術(shù)角度對道路耐久試驗(yàn)進(jìn)行闡述。以汽車城市道路耐久試驗(yàn)作為對象進(jìn)行技術(shù)研究，建立一套與之對應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范，真實(shí)地反映汽車在道路耐久行駛過程中汽車排放控制的程度和能力。

國五 城市道路耐久試驗(yàn) 技術(shù)規(guī)范

近日，富含有毒、有害物質(zhì)的PM2.5霧霾天氣已影響我國大部分地區(qū)，給我們生活帶來極為不利的影響，汽車尾氣排放是重要起因之一，汽車尾氣污染物排放控制已迫在眉睫。正在制定的國五中已明確了環(huán)保和節(jié)能的必要性和重要性，其中耐久排放性能是影響汽車排放的關(guān)鍵因素。目前，國內(nèi)排放耐久試驗(yàn)以底盤測功機(jī)試驗(yàn)為主，開展160 000 km循環(huán)耐久試驗(yàn)規(guī)范性、試驗(yàn)重復(fù)性好，周期也較短，易于分析管理。但，由于存在與實(shí)際運(yùn)行和使用環(huán)境有較大差異的問題，該試驗(yàn)不能真實(shí)地反映汽車污染物排放的情況。本文以道路耐久試驗(yàn)為主體進(jìn)行研究，分析和闡述其相應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)和方法，旨在為進(jìn)一步規(guī)范城市道路耐久性試驗(yàn)方法提供借鑒。

一、國內(nèi)排放耐久試驗(yàn)現(xiàn)狀

為達(dá)到國五要求，在我國的綜合使用環(huán)境下，包括駕駛習(xí)慣和特點(diǎn)、各種道路和路況、氣候環(huán)境及燃油品質(zhì)的影響，綜合評價(jià)OBD的綜合技術(shù)性能。為此，以某款轎車的數(shù)十輛樣車為基礎(chǔ)，進(jìn)行國五-OBD整車道路耐久試驗(yàn)技術(shù)研究。根據(jù)國五中整車耐久性試驗(yàn)要求，每輛試驗(yàn)樣車需完成160 000 km的道路行駛試驗(yàn)。包括首次3 000 km磨合后的排放試驗(yàn)，以后每隔10 000 km，以固定的間隔檢測汽車污染物排放量直到累計(jì)行駛里程達(dá)160 000 km，總計(jì)17次里程間隔的常溫下冷啟動(dòng)后排放污染物排放試驗(yàn)（以下簡稱“I型試驗(yàn)”）。完成整個(gè)車輛的試驗(yàn)周期目標(biāo)時(shí)間為64周。

根據(jù)國五G.5.1.1中I型試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)要求，由市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)和市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)組成。其中，市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)由4個(gè)重復(fù)單元組成、每個(gè)單元由15個(gè)工況組成，總計(jì)有效試驗(yàn)時(shí)間為780 s，平均車速達(dá)19 km/h；市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)由21個(gè)工況組成，總計(jì)有效試驗(yàn)時(shí)間為400 s，平均車速達(dá)62.6 km/h，最大車速120 km/h，最大加速度0.833 m/s2。

目前為止，污染控制裝置耐久性試驗(yàn)（以下簡稱“V型試驗(yàn)”）有3種方法：

方法一：汽車底盤耐久試驗(yàn)轉(zhuǎn)股試驗(yàn)。其循環(huán)運(yùn)行過程都應(yīng)符合圖1運(yùn)行規(guī)范。耐久試驗(yàn)由自動(dòng)駕駛儀操作，11個(gè)循環(huán)組成，每個(gè)循環(huán)6 km。前9個(gè)循環(huán)按照運(yùn)行規(guī)范正常加速減速，第10個(gè)循環(huán)以89 km/h勻速運(yùn)行，第11個(gè)循環(huán)以最大加速度加速到113 km/h行駛3 km，然后正常制動(dòng)減速至車輛停止，怠速15 s后第二次最大加速度運(yùn)行。

圖1 循環(huán)運(yùn)行過程規(guī)范圖

方法二：汽車試驗(yàn)場跑道運(yùn)行，人工駕駛，循環(huán)規(guī)范同上。

方法三：城市道路運(yùn)行，人工駕駛，試驗(yàn)規(guī)范應(yīng)與跑道上或底盤測功機(jī)上所進(jìn)行的運(yùn)行規(guī)范圖1的內(nèi)容具有實(shí)際上相同的平均車速、車速分布、每千米的停車次數(shù)和每千米的加速次數(shù)。

目前為止，大多數(shù)認(rèn)證試驗(yàn)都以前兩者方法為主。筆者結(jié)合汽車實(shí)際運(yùn)行情況，研究實(shí)施了被忽略的、很少采用的第三種方法，城市典型道路耐久試驗(yàn)方法。結(jié)合我國及上海的道路情況，選擇典型路線，制定出相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)范。

二、OBD和試驗(yàn)規(guī)范的含義

OBD系統(tǒng)將從發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況隨時(shí)監(jiān)控汽車是否尾氣超標(biāo)，一旦超標(biāo)，會(huì)馬上發(fā)出警示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障燈或檢查發(fā)動(dòng)機(jī)警告燈亮，同時(shí)動(dòng)力總成控制模塊（PCM）將故障信息存入存儲(chǔ)器，通過一定的程序可以將故障碼從PCM中讀出。根據(jù)故障碼的提示，維修人員能迅速準(zhǔn)確地確定故障的性質(zhì)和部位。

試驗(yàn)規(guī)范是試驗(yàn)過程中遵循的標(biāo)準(zhǔn)，它是為試驗(yàn)達(dá)到良好重復(fù)性而制定的準(zhǔn)則。在整個(gè)試驗(yàn)過程中必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)范運(yùn)行，否則試驗(yàn)結(jié)果則沒有意義。

三、技術(shù)策劃

圖2 技術(shù)策劃流程方框圖

對試驗(yàn)汽車運(yùn)行路線以及單位循環(huán)進(jìn)行確定，按照試驗(yàn)要求實(shí)地檢查試驗(yàn)路線及各道路情況；確定汽車道路試驗(yàn)線路。合理分配各種路況（包括城市道路、郊區(qū)道路和高速公路）的比重和分配。根據(jù)每輛試驗(yàn)樣車綜合情況，結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)度要求，對每輛試驗(yàn)車制定相應(yīng)的試驗(yàn)組織和管理，確保整個(gè)試驗(yàn)安全、規(guī)范、可控、合理。

根據(jù)對上海市道路的調(diào)查和研究，結(jié)合上海道路特點(diǎn)選擇了典型道路進(jìn)行試驗(yàn)，制定出了相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范。試驗(yàn)道路循環(huán)中21%為高速路段，36%為城市、城區(qū)道路，43%為郊區(qū)道路。與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的道路分配基本一致，較好地做到了一致性。

選取具有典型代表性的車型樣車，為每輛樣車安裝行駛記錄儀和GPS監(jiān)控終端，并將操作指示張貼在汽車內(nèi)顯著位置。以車型、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為行駛記錄儀配置數(shù)據(jù)采集配置文件。安裝GPS來監(jiān)控汽車行駛路線、車速等情況是否符合試驗(yàn)要求。

四、試驗(yàn)實(shí)施

根據(jù)項(xiàng)目及汽車實(shí)際情況對下一周汽車的運(yùn)行、排放和保養(yǎng)等內(nèi)容進(jìn)行短周期的試驗(yàn)規(guī)劃調(diào)整。將行駛記錄儀采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器。OBD診斷數(shù)據(jù)采集需要與汽車診斷口連接，數(shù)據(jù)采集后將結(jié)果文件在服務(wù)器上進(jìn)行存檔。根據(jù)自學(xué)習(xí)值等內(nèi)容對OBD診斷測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估，并評價(jià)潛在故障。對汽車的運(yùn)行工況和故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并做好定點(diǎn)加油的記錄和統(tǒng)計(jì)、每批次燃油進(jìn)行采樣分析。

按照定義好的保養(yǎng)間隔要求進(jìn)行保養(yǎng)、檢查、維修。保存好更換的各類零部件，并進(jìn)行記錄和分析。做到后續(xù)可追溯可分析。OBD相關(guān)故障的處理，在每日OBD診斷記錄過程中可能會(huì)出現(xiàn)故障碼，OBD診斷操作者會(huì)同項(xiàng)目負(fù)責(zé)人安排合理的處置方式。一般性汽車故障，根據(jù)實(shí)際情況對汽車進(jìn)行零部件的更換或維修。汽車故障內(nèi)容及解決方法需要列入例行報(bào)告中。OBD功能檢查，確認(rèn)OBD系統(tǒng)功能正常，以確保OBD試驗(yàn)的目的得到實(shí)現(xiàn)。

五、試驗(yàn)結(jié)果分析

前文所提到V型試驗(yàn)有3種方法，每種方法都有其特點(diǎn)。

方法一具有運(yùn)行工況規(guī)范，試驗(yàn)時(shí)間較短，安全和可控等優(yōu)點(diǎn)，與實(shí)際相比真實(shí)性較差，試驗(yàn)成本高。

方法二的駕駛規(guī)范性、安全性、時(shí)間和試驗(yàn)組織管控均較差，且試驗(yàn)成本相對較高，安全性和重復(fù)性差，但是此方法比較接近真實(shí)車輛駕駛運(yùn)行狀況。

方法三的特點(diǎn)是能真實(shí)反映車輛運(yùn)行和排放污染物控制等產(chǎn)品質(zhì)量狀況，包括道路和環(huán)境、駕駛員習(xí)慣、實(shí)際交通等影響和評價(jià)，試驗(yàn)成本較低，但同樣存在時(shí)間進(jìn)度可控性、行駛安全性差的問題。

由于本次試驗(yàn)采用道路試驗(yàn)方法，相比用底盤測功機(jī)試驗(yàn)歷時(shí)較長，而且存在一些不確定因素（天氣、事故、路況等）影響試驗(yàn)進(jìn)度。以下以其中一輛試驗(yàn)車為例分析一下該車160 000 km的歷程。

圖3 時(shí)間-試驗(yàn)里程直方圖

如圖3所示為試驗(yàn)樣本中某汽車的試驗(yàn)歷程，試驗(yàn)歷時(shí)15個(gè)月。從圖表中可看出道路試驗(yàn)的不穩(wěn)定性，由于車況、天氣和事故等影響而造成試驗(yàn)進(jìn)度的延誤。如圖3中5月、9月試驗(yàn)里程相對明顯較少。道路試驗(yàn)相比底盤測功機(jī)試驗(yàn)在穩(wěn)定性和試驗(yàn)進(jìn)度方面存在一定劣勢。

隨機(jī)抽取一輛一天單個(gè)循環(huán)路線的試驗(yàn)樣車，對該車單個(gè)循環(huán)進(jìn)行分析。得出的車輛行駛數(shù)據(jù)與V型試驗(yàn)運(yùn)行規(guī)范內(nèi)算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比：

表1 160 000 km總行駛里程行駛數(shù)據(jù)對比

由表1可以看出兩種試驗(yàn)方法行駛數(shù)據(jù)的異同，此次試驗(yàn)具有實(shí)際上和V型試驗(yàn)相同平均車速、最高車速。在停車次數(shù)方面，由于社會(huì)道路紅綠燈、事故等不確定性，停車次數(shù)與V型試驗(yàn)運(yùn)行規(guī)范有所差異，統(tǒng)計(jì)了超過10 s的停車次數(shù)，全程總計(jì)112次，與運(yùn)行規(guī)范相當(dāng)。但在每千米的停車次數(shù)和加速次數(shù)上很難做到與V型試驗(yàn)運(yùn)行規(guī)范一致。此次道路耐久試驗(yàn)所指定的道路試驗(yàn)規(guī)范比較良好，但城市道路其實(shí)無法嚴(yán)格滿足規(guī)范要求，作為企業(yè)自身研發(fā)或摸底的試驗(yàn)手段尚可，無法完全替代V型試驗(yàn)的運(yùn)行規(guī)范。

本節(jié)主要以環(huán)保和節(jié)能為主對此次道路耐久試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和研究。排放污染物以總碳?xì)淞浚═HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）、非甲烷烴（NMHC）和顆粒物質(zhì)量為主，在此選擇其一進(jìn)行分析，以及對排放試驗(yàn)理論油耗和實(shí)際道路耐久油耗進(jìn)行對比。

根據(jù)國五排放標(biāo)準(zhǔn)，該樣車主要排放污染物均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而且160 000 km內(nèi)污染物排放比較平穩(wěn)。如圖4所示為主要排放物之一NOx的試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)值變化曲線比對圖，兩組不同耐久試驗(yàn)的曲線變化都趨于平穩(wěn)，而且在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。傳統(tǒng)底盤測功機(jī)耐久試驗(yàn)的NOx數(shù)值更為良好，為典型的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，接近理論數(shù)值，而道路耐久測數(shù)值曲線變化更為陡峭，更加真實(shí)反映實(shí)際車輛行駛狀況下的車輛污染物排放。

圖4 排放污染物NOx-里程比對圖

此次道路耐久性試驗(yàn)在排放污染物測試試驗(yàn)中也取得了良好結(jié)果。從另外一方面也對此次全新道路耐久性試驗(yàn)方法進(jìn)行了肯定，而且無論在認(rèn)證或者產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域應(yīng)該更加重視道路耐久試驗(yàn)，該試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)更加接近實(shí)際使用狀況。

根據(jù)圖5所示，該試驗(yàn)樣車I型試驗(yàn)測得油耗值為7 L/100 km左右，而實(shí)際道路試驗(yàn)反映的油耗值在9 L/100 km左右。兩者數(shù)值相差2；兩組數(shù)據(jù)反映了兩種完全不同的駕駛油耗，前者為普通駕駛模式，油耗相對偏低，接近理論油耗；后者則是由于社會(huì)道路比較復(fù)雜的駕駛模式，油耗相對偏高，能真實(shí)反映實(shí)際道路駕駛的油耗值。

圖5 油耗-里程對比圖

所有試驗(yàn)樣車通過前期技術(shù)改進(jìn)，主要包括增加三元催化和貴金屬涂層、更改氧傳感器和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)匹配控制硬件等，通過試驗(yàn)順利完成排放污染耐久試驗(yàn)驗(yàn)證。在節(jié)能減排上有大幅度提高，但是在試驗(yàn)過程中還是出現(xiàn)排放污染物偏高和不穩(wěn)定情況。另外，從故障情況分析，整車可靠性方面有進(jìn)一步提高的可能。

試驗(yàn)結(jié)束，通過對樣車整個(gè)試驗(yàn)過程的詳細(xì)故障記錄，為汽車企業(yè)提供車輛故障分析和研究報(bào)告，有利于汽車企業(yè)整改和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

六、結(jié)語

筆者在對國五的I型試驗(yàn)和V型試驗(yàn)的研究基礎(chǔ)上，針對V型試驗(yàn)的3種方法進(jìn)行分析。在V型試驗(yàn)上創(chuàng)新研究了汽車污染控制裝置耐久性試驗(yàn)道路試驗(yàn)法，通過對一批轎車樣車進(jìn)行綜合道路耐久試驗(yàn)，得到大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，而且按照V型試驗(yàn)領(lǐng)域的要求，建立了符合我國特點(diǎn)的典型道路的耐久試驗(yàn)規(guī)范，真實(shí)地反映了被試車輛污染物控制的情況。此次試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累有助于耐久性試驗(yàn)的進(jìn)一步發(fā)展，筆者將利用本次試驗(yàn)的成果繼續(xù)研究，完善該領(lǐng)域的試驗(yàn)規(guī)范，使得城市道路耐久性試驗(yàn)在V型試驗(yàn)中得到更多運(yùn)用。

[1] 張建國.解讀國五[J].中國經(jīng)濟(jì)信息,2012(11): 54-56.

[2] 錢人一.點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)車載診斷系統(tǒng)(OBD)概述[J].汽車與配件,2012(21):48-51.

[3] 張興龍,孫汯,彭劍.汽車道路耐久性試驗(yàn)中的質(zhì)量體系研究[J].上海汽車,2012(3):35-38.

Environmental protection,energy saving and safety are three major topics in current automobile technology developments.They will also play key roles in the future development of the auto industry.This article illustrated the OBD road endurance test of certain brand cars, and provided explanation of road endurance test from technical aspects.Based on the technology research which using vehicle urban road endurance test as study subject,the article established a set of corresponding technical specifications for the test which truly reflects the level and capability of vehicle’s emission control during long lasting driving on the road.

Limits and measurement methods for emissions from light-duty vehicles(V);Endurance test of city road;Technical specification

（作者單位：國家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心（上海））