柴油機(jī)OBD實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率技術(shù)研究

李宗立，吳濤

（1.無(wú)錫偉博汽車(chē)科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000；2.云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司無(wú)錫分公司，江蘇 無(wú)錫 214000）

柴油機(jī)OBD實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率技術(shù)研究

李宗立1，吳濤2

（1.無(wú)錫偉博汽車(chē)科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000；2.云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司無(wú)錫分公司，江蘇 無(wú)錫 214000）

介紹了OBD實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率（IUPR）的定義、監(jiān)測(cè)對(duì)象、法規(guī)要求及認(rèn)證過(guò)程，并結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)對(duì)特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)的分子計(jì)數(shù)器和分母計(jì)數(shù)器、一般分母計(jì)數(shù)器的控制策略進(jìn)行概述。通過(guò)對(duì)循環(huán)工況進(jìn)行分解分析，并進(jìn)行簡(jiǎn)單修正滿足OBD實(shí)驗(yàn)認(rèn)證需求。分子計(jì)數(shù)器和分母計(jì)數(shù)器都是統(tǒng)計(jì)量，IUPR為二者的比值，由數(shù)理特性可以得出：經(jīng)過(guò)一定的行駛里程后，同一OBD系族的相同監(jiān)測(cè)項(xiàng)的IUPR率必將趨于某一穩(wěn)定值。

OBD；監(jiān)測(cè)頻率；柴油機(jī)

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.022

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-66-03

前言

隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)保有量的不斷增加，其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題已不容忽視，為此政府發(fā)布了更為嚴(yán)格的技術(shù)法規(guī)以應(yīng)對(duì)改善環(huán)境的需求。全國(guó)自2017年7月1日起，所有制造、進(jìn)口、銷(xiāo)售和注冊(cè)登記的重型柴油車(chē)，須符合國(guó)五要求；全國(guó)自2018年1月1日起，所有制造、進(jìn)口、銷(xiāo)售和注冊(cè)登記的輕型柴油車(chē)，須符合國(guó)五要求。目前發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)都具有自診斷功能，俗稱(chēng)車(chē)載診斷（On-Board Diagnosis ，簡(jiǎn)稱(chēng)OBD）系統(tǒng)，它對(duì)車(chē)輛維護(hù)、車(chē)輛狀態(tài)起到了重要的指示作用。在國(guó)五階段OBD系統(tǒng)將新增監(jiān)測(cè)內(nèi)容：實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率IUPR（In Use Performance Ratio），本文介紹了IUPR[1]的定義、法規(guī)要求、控制策略及驗(yàn)證過(guò)程。

1、IUPR概述

整車(chē)國(guó)五排放測(cè)試認(rèn)證采用的是NEDC循環(huán)工況，由于和實(shí)際運(yùn)行工況并不一致，某些監(jiān)測(cè)項(xiàng)可能在實(shí)際道路駕駛過(guò)程中無(wú)法完成監(jiān)測(cè)?；诖?，最新法規(guī)明確指出了某些非連續(xù)檢測(cè)項(xiàng)測(cè)試頻率的性能參數(shù)，確保車(chē)輛在實(shí)際使用過(guò)程中OBD功能的真實(shí)有效性。IUPR是指滿足電控系統(tǒng)設(shè)定的監(jiān)測(cè)條件的次數(shù)與車(chē)輛實(shí)際行駛事件的次數(shù)的比值，反映了隨車(chē)OBD系統(tǒng)對(duì)某一監(jiān)測(cè)項(xiàng)的實(shí)際監(jiān)測(cè)能力。

1.1 基本定義

法規(guī)定義OBD系統(tǒng)某一特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)M的實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率（IUPRM）為：

為確保所有的制造廠都能以相同的方式追溯IUPRM，法規(guī)明確給出了分子計(jì)數(shù)器、分母計(jì)數(shù)器、一般分母計(jì)數(shù)器及點(diǎn)火循環(huán)計(jì)數(shù)器的定義和要求。

1.1.1 分子計(jì)數(shù)器

分子計(jì)數(shù)器是測(cè)量汽車(chē)執(zhí)行某一特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)的次數(shù)。若制造廠沒(méi)有合理的技術(shù)性理由，每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)分子計(jì)數(shù)器增加應(yīng)不超過(guò)1次。

1.1.2 分母計(jì)數(shù)器

分母計(jì)數(shù)器是測(cè)量汽車(chē)實(shí)際行駛事件的次數(shù)，并考慮特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)的特定使能條件。在一次運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)期間，若無(wú)功能禁用事件發(fā)生，則在該運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)中分母計(jì)數(shù)器應(yīng)至少增加1次。

1.1.3 一般分母計(jì)數(shù)器

一般分母計(jì)數(shù)器是測(cè)量汽車(chē)運(yùn)行的次數(shù)。在單個(gè)運(yùn)行循環(huán)中，當(dāng)且僅當(dāng)滿足下列所有條件時(shí)，計(jì)數(shù)器將加1次。

1）在海拔低于2440m 并且環(huán)境溫度大于或等于-7°C時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間大于或等于600s ；

2）在海拔低于2440m 并且環(huán)境溫度大于或等于-7°C時(shí)，汽車(chē)以40km/h或以上的速度累計(jì)運(yùn)行的時(shí)間大于或等于300s ；

3）在海拔低于2440m 并且環(huán)境溫度大于或等于-7°C時(shí)，汽車(chē)連續(xù)怠速運(yùn)行（空擋怠速）時(shí)間大于或等于30s。

1.1.4 點(diǎn)火循環(huán)計(jì)數(shù)器

點(diǎn)火循環(huán)計(jì)數(shù)器記錄汽車(chē)經(jīng)歷的點(diǎn)火循環(huán)的次數(shù)。在每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)中，點(diǎn)火循環(huán)計(jì)數(shù)器的增加將不會(huì)超過(guò)1次。

1.2 監(jiān)測(cè)對(duì)象

對(duì)于裝有壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)，監(jiān)測(cè)對(duì)象包括NMHC催化器（每組被分別報(bào)告）、NOX催化器（如NOX吸附器、NOX反應(yīng)劑/催化劑系統(tǒng)，每組分別報(bào)告）、SCR后處理系統(tǒng)、顆粒捕集器、排氣傳感器、EGR系統(tǒng)、VVT系統(tǒng)、增壓控制系統(tǒng)等。

1.3 法規(guī)要求

在國(guó)五階段，對(duì)應(yīng)某一特定檢測(cè)項(xiàng)M，若某一年度制造的且屬于某一OBD系族的所有汽車(chē)同時(shí)滿足下列2個(gè)要求：

1）IUPRM的平均值≥0.1；

2）超過(guò)50% 的汽車(chē)的IUPRM的值≥0.1；

則認(rèn)為隨車(chē)OBD系統(tǒng)符合對(duì)IUPRM的要求。

實(shí)驗(yàn)車(chē)輛汽車(chē)應(yīng)至少已經(jīng)使用15000km，且不超過(guò)100000km。

在某一OBD系族的首個(gè)帶 IUPR 的車(chē)型開(kāi)始銷(xiāo)售后的18 個(gè)月內(nèi)，且以后每隔 18 個(gè)月，制造廠應(yīng)向認(rèn)證機(jī)構(gòu)證明OBD認(rèn)證報(bào)告中的所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)均滿足以上統(tǒng)計(jì)要求。

2、IUPR的控制策略

當(dāng)監(jiān)測(cè)到某一故障后，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)停止與之相關(guān)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)的分子計(jì)數(shù)器、分母計(jì)數(shù)器的進(jìn)一步增加；當(dāng)故障消除后，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)恢復(fù)與之相關(guān)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)的功能。

當(dāng)特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)分母計(jì)數(shù)器定義的使能條件（即車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、冷卻液溫度、油門(mén)開(kāi)度等）不滿足設(shè)定要求時(shí)，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)停止該監(jiān)測(cè)項(xiàng)的分母計(jì)數(shù)器的進(jìn)一步增加；當(dāng)使能條件滿足時(shí)，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)恢復(fù)該監(jiān)測(cè)項(xiàng)的功能。

當(dāng)動(dòng)力輸出裝置（PTO）運(yùn)行后，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)停止與之相關(guān)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)的分子計(jì)數(shù)器、分母計(jì)數(shù)器的進(jìn)一步增加；當(dāng)動(dòng)力輸出裝置（PTO）停止運(yùn)行后，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)恢復(fù)先前停止的相關(guān)監(jiān)測(cè)。

當(dāng)監(jiān)測(cè)到一般分母計(jì)數(shù)器定義的使能條件（即環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、車(chē)速、連續(xù)怠速時(shí)長(zhǎng)、累積運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等）不滿足設(shè)定要求時(shí)，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)停止一般分母計(jì)數(shù)器的進(jìn)一步增加；當(dāng)使能條件滿足時(shí)，OBD系統(tǒng)應(yīng)在10s內(nèi)恢復(fù)該監(jiān)測(cè)的功能。

依據(jù)特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)的信號(hào)特點(diǎn)，進(jìn)行使能條件和監(jiān)測(cè)工況配置，某一特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)只能配置一個(gè)相關(guān)的物理使能條件并進(jìn)行使能工況（有4種）設(shè)置；目前監(jiān)測(cè)工況包括一般狀態(tài)、冷啟動(dòng)狀態(tài)、800公里路程、常溫狀態(tài)，通過(guò)狀態(tài)位進(jìn)行配置，可以設(shè)置一種或多種，通過(guò)定義的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行唯一監(jiān)測(cè)工況選擇。

液體（機(jī)油、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液、燃油）溫度傳感器、氣體（環(huán)境溫度、進(jìn)氣溫度、增壓空氣、進(jìn)氣歧管、EGR冷卻后、廢氣渦輪前、DOC前后）溫度傳感器僅在冷起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

對(duì)于特定監(jiān)測(cè)部件OBD系統(tǒng)僅報(bào)告所有相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)的最低比值，同時(shí)報(bào)告相應(yīng)的分子計(jì)數(shù)器和分母計(jì)數(shù)器，若同一部件有兩個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)具有相同的比值，則應(yīng)報(bào)告分母計(jì)數(shù)器最高的那組分子計(jì)數(shù)器、分母計(jì)數(shù)器。

若某一特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)的分子或分母計(jì)數(shù)器達(dá)到了它的最大值，則相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)計(jì)數(shù)器在再次增加之前都應(yīng)除以2；若點(diǎn)火循環(huán)計(jì)數(shù)器或一般分母計(jì)數(shù)器達(dá)到了它的最大值，則相應(yīng)的計(jì)數(shù)器應(yīng)在再次增加的時(shí)候變?yōu)?。

3、IUPR功能的循環(huán)驗(yàn)證

在型式檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行OBD認(rèn)證實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要記錄特定監(jiān)測(cè)項(xiàng)的分子數(shù)和分母數(shù)。我國(guó)采用NEDC循環(huán)作為OBD型式認(rèn)證實(shí)驗(yàn)循環(huán)。該循環(huán)[1]由1部和2部?jī)蓚€(gè)部分組成。

1部包括4個(gè)相同的市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。每個(gè)市區(qū)循環(huán)的理論行駛距離是1.013Km，有效行駛時(shí)間為195s，平均車(chē)速19 Km/h，最高車(chē)速50 Km/h，包含15個(gè)工況，具體操作見(jiàn)表1所示。

表1 NEDC循環(huán)1部（市區(qū)循環(huán)）

2部為1個(gè)市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。該循環(huán)的理論行駛距離是6.955Km，有效行駛時(shí)間為400s，平均車(chē)速62.6 Km/h，最高車(chē)速120 Km/h，包含13個(gè)工況，具體操作見(jiàn)表2所示。

根據(jù)表1和表2的循環(huán)工況狀態(tài)，可以看出：循環(huán)1部中車(chē)輛最長(zhǎng)的連續(xù)怠時(shí)間為21s，2部中車(chē)輛最長(zhǎng)的持續(xù)怠速時(shí)間為20s，循環(huán)1部和2部結(jié)合時(shí)最長(zhǎng)的連續(xù)怠速時(shí)間是27s；在整個(gè)循環(huán)中車(chē)速≥40 Km/h的累積時(shí)間約為370s，車(chē)輛累積起動(dòng)時(shí)間為1180s。NEDC循環(huán)工況不滿足法規(guī)對(duì)一般分母計(jì)數(shù)器的增長(zhǎng)要求（車(chē)輛連續(xù)怠速時(shí)間≥30s），針對(duì)這一問(wèn)題，需要在循環(huán)工況跑完后人為增加10～20s的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，修正后的NEDC循環(huán)使沒(méi)有禁用監(jiān)測(cè)項(xiàng)的分母計(jì)數(shù)器、一般分母計(jì)數(shù)器都能夠加1 次。

表2 NEDC循環(huán)2部（市郊循環(huán)）

5、結(jié)束語(yǔ)

1）IUPR是對(duì)OBD系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善，它能夠有效地監(jiān)督電控系統(tǒng)設(shè)定的系統(tǒng)診斷的合理有效性，促使整車(chē)廠采用符合實(shí)際行駛工況的OBD技術(shù)方案，對(duì)與排放有關(guān)的關(guān)鍵零部件的狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控。

2）除某些特殊條件下（冷啟動(dòng)、800公里路程等）的監(jiān)測(cè)項(xiàng)，在修正后的OBD型式認(rèn)證循環(huán)內(nèi)，分子計(jì)數(shù)器、分母計(jì)數(shù)器、一般分母計(jì)數(shù)器、點(diǎn)火循環(huán)計(jì)數(shù)器都能夠加1次。

3）IUPR是統(tǒng)計(jì)量的比值，經(jīng)過(guò)一定的行駛里程后，同一OBD系族相同監(jiān)測(cè)項(xiàng)的IUPR率必將趨于某一穩(wěn)定值。

[1] GB 18352.5-2013,輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第五階段)[s].

Technical Research on OBD actual monitoring frequency of diesel engine

Li Zongli1, Wu Tao2
（Wuxi Wei Bo Auto Technology Company Limited, Jiangsu Wuxi 214000; Yunnei Power Company Limited Wuxi Branch, Jiangsu Wuxi 214000）

This article introduces the definition, monitoring objects, regulation requirements and certification process of OBD monitoring frequency (IUPR), and combined with my own project experience to introduce the control strategy of the specific monitoring item’s numerator counter and denominator counter, general denominator counter. Through the analysis of the cycle conditions, have made a simple correction to meet the requirements of the OBD experimental certification. For the numerator counter and general denominator are statistics, and IUPR is the ratio of the two factors, the conclusion can be drawn from the mathematical characteristics that after a certain mileage, the same monitoring item’s IUPR of the same OBD family goes to a similar value stably.

OBD; Monitoring frequency; Diesel engine

U467.3

A

1671-7988(2016)10-66-03

李宗立（1983-），男，研究生，就職于無(wú)錫偉博汽車(chē)科技有限公司。主要從事柴油機(jī)標(biāo)定工作。