重型國六排放標(biāo)準(zhǔn)中OBD主要變化及驗證

于津濤 周 濤 張 凡

（1-中國汽車技術(shù)研究中心有限公司 北京 100176 2-濰柴動力股份有限公司）

引言

2018年7月國家生態(tài)環(huán)境部正式發(fā)布了GB17691-2018《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱重型國六標(biāo)準(zhǔn)），與之前的重型國五標(biāo)準(zhǔn)相比，該標(biāo)準(zhǔn)不但在測試循環(huán)、排放限值、耐久要求等方面進(jìn)行了變更和加嚴(yán)，同時在車載診斷系統(tǒng)OBD上也有了重大變化[1]。本文通過研究國六階段OBD與國五階段要求的區(qū)別，并采用試驗驗證，提出國六OBD試驗對檢測的新要求。

1 適用通訊協(xié)議

2008年6月，我國環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了HJ437-2008《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)與汽車車載診斷（OBD）系統(tǒng)技術(shù)要求》，規(guī)定了我國國四、國五階段重型車OBD系統(tǒng)采用SAE J1939或ISO 15765的協(xié)議，而重型國六標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定可以采用如下標(biāo)準(zhǔn)[2-3]：

a）基于 ISO15765-4 的 ISO 27145（基于 CAN）；

b）基于 ISO13400 的 ISO27145（基于 TCP/IP）；

c）SAE J1939-73。

對應(yīng)于OSI七層模型，重型國五和國六標(biāo)準(zhǔn)允許的通訊標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 重型國五和國六OBD標(biāo)準(zhǔn)與OSI 7層對應(yīng)關(guān)系

ISO 27145標(biāo)準(zhǔn)全稱為“道路車輛——實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)統(tǒng)一的車載診斷系統(tǒng)（WWH-OBD）通訊要求”，該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了基于以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議的車載到非車載的有線通訊的規(guī)定，TCP/IP協(xié)議為業(yè)界提供了更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，也為將來的無線傳輸?shù)於嘶A(chǔ)，這也與某些締約方的道路傳輸?shù)恼吣繕?biāo)相符。我國作為《1998年協(xié)定書》締約國積極將該法規(guī)轉(zhuǎn)化為國內(nèi)法規(guī)予以實(shí)施[4]。但由于車輛通訊平臺復(fù)雜，因此在本全球性技術(shù)法規(guī)中采用步進(jìn)式的方法來使用這個通用標(biāo)準(zhǔn)。即在底層協(xié)議上，接受ISO 27145-4（基于 CAN）和 ISO 13400（基于 TCP/IP）的使用，而在高端層面使用ISO 27145協(xié)議（如表1所示）。

上汽商用車朱正禮等人已對重型國五商用車OBD協(xié)議的各層進(jìn)行簡要的分析和比較[5]，補(bǔ)充說明的是重型國六的ISO 27145各層并不是單獨(dú)的一個協(xié)議規(guī)定，而是在原有的協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行制定或直接等效引用，比如表示層（Layer 6），ISO 27145-2中就參照了SAE J1930-DA、SAE J 1939 （SPN）、SAE J 1939-73：2010 附錄 A（FMI）、SAE J1979-DA 和 SAE J2012-DA，其余各層也是如此[6]。

2 OBD系統(tǒng)功能

國六重型標(biāo)準(zhǔn)的附錄F對OBD系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行了規(guī)定。隨著國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，本標(biāo)準(zhǔn)對OBD提出了更加嚴(yán)格的要求，在參考?xì)W六法規(guī)（6C階段）的OBD要求基礎(chǔ)上，參考美國法規(guī)增加了永久故障代碼要求，并比歐六法規(guī)增加了超OBD限值限速限扭的規(guī)定[7]。依據(jù)國六標(biāo)準(zhǔn)，OBD應(yīng)具備下列功能：a）診斷影響發(fā)動機(jī)排放性能的故障；b）在故障發(fā)生時通過報警系統(tǒng)顯示；c）通過存儲在電控單元存儲器中的信息確定可能的故障區(qū)域并提供信息離線通訊。本文將從以下幾方面分析國六OBD的主要變化。

2.1 OBD閾值和監(jiān)控項目

OBD 排放限值即 OTLs（OBD Threshold Limits），在國五階段當(dāng)排放超過OTLs但不超1.2倍OTLs時，OBD系統(tǒng)就要做出響應(yīng)，點(diǎn)亮故障指示燈MI。而在國六階段則根據(jù)排放是否超過排放限值以及是否超過OTLs劃分為不同級別的故障，同時OBD系統(tǒng)響應(yīng)方式（MI指示方式、DTC存儲等）也根據(jù)級別不同而做出區(qū)分。不同階段OTLs和排放限值如表2所示，國六階段NOx、PM的OTLs分別是發(fā)動機(jī)臺架WHTC限值的2.6倍和2.5倍。

表2 不同階段OTLs和排放限值mg/（kW·h）

相比于國五階段，國六OBD系統(tǒng)需要監(jiān)測的系統(tǒng)或部件也有了大幅增加，且在標(biāo)準(zhǔn)附件FC中有了詳細(xì)規(guī)定。從監(jiān)測對象方面來看國六OBD監(jiān)測類型分為排放限值監(jiān)測、功能監(jiān)測、嚴(yán)重功能性故障或部件監(jiān)測。將其分類的目的在于試驗時對于排放限值監(jiān)測需要在發(fā)動機(jī)上驗證獲得與循環(huán)比排放的相關(guān)性，而其它3種類型檢測則不要求獲取實(shí)際排放相關(guān)性。

2.2 故障劃分和MI點(diǎn)亮方式

國六標(biāo)準(zhǔn)按照故障的嚴(yán)重性，即與OTLs和排放限值相比，將故障分為A、B1、B2和C四個等級。其中A類是超過OTLs，B1是有超過OTLs的可能性，B2是影響排放，但沒有超過OTLs的可能性，C是影響排放，但不超過排放限值。不同級別的故障發(fā)生時，系統(tǒng)的響應(yīng)不同，最明顯的就是故障指示燈MI顯示策略不同，以提示司機(jī)故障的嚴(yán)重程度，而以往國四、五標(biāo)準(zhǔn)OBD故障沒有采用差異化顯示方式，只要診斷出故障MI就會常亮。

OBD故障指示燈MI在國六以前的點(diǎn)亮方式比較簡單，只有常亮和常滅兩種狀態(tài)，而國六MI燈的點(diǎn)亮方式與以前相比有了很大變化，如表3所示不但用連續(xù)閃爍次數(shù)區(qū)分出連續(xù)、短暫、按需和無故障四種模式，同時在車輛啟動前通過故障燈的頻率還能反應(yīng)就緒代碼狀態(tài)、故障等級等信息，確保駕駛?cè)藛T在第一時間了解車輛狀態(tài)。表格中最后一列則對應(yīng)了圖1中顯示數(shù)字區(qū)域。

表3 國五國六標(biāo)準(zhǔn)對MI規(guī)定的比較

圖1 國六MI指示燈點(diǎn)亮方式

2.3 其它

輕型車在國五階段已經(jīng)采用在用車監(jiān)測頻率指標(biāo)IUPR來衡量EOBD系統(tǒng)工作狀況，它反映了隨車輛運(yùn)行的EOBD系統(tǒng)對某一監(jiān)測項的監(jiān)測頻率[8]。國六重型標(biāo)準(zhǔn)中對整車IUPR進(jìn)行了規(guī)定，所有監(jiān)測項的最低實(shí)際監(jiān)測頻率為0.1，且OBD系族所有檢測的車輛IUPR平均值和50%車輛的IUPR都大于0.1。

國六OBD標(biāo)準(zhǔn)還參考美國法規(guī)提出了永久故障代碼的要求，即不能通過外部診斷工具（診斷儀）清除的故障代碼。在目前的歐六法規(guī)當(dāng)中，OBD系統(tǒng)中所有的故障代碼和相關(guān)信息都可以被診斷儀人為清除，這樣不利于機(jī)動車的排放監(jiān)管。而本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的永久故障代碼，是指一些較為嚴(yán)重的故障，比如超過OBD限值或可能超過限值但長時間未得到修復(fù)的故障，作為“永久故障碼”存儲。當(dāng)OBD系統(tǒng)確認(rèn)該故障不存在時，OBD系統(tǒng)則自動清除該故障代碼。永久故障代碼對于在用機(jī)動車的排放監(jiān)管具有重要作用，通過檢查若發(fā)現(xiàn)車輛存在永久故障代碼，督促車主及時地維修排放方面的故障，確保車輛在實(shí)際使用中排放達(dá)標(biāo)；而不是在故障未修復(fù)前，人為地擦除故障代碼，以通過檢查。與國五中不可擦除的故障代碼區(qū)別如表4所示。

表4 不可擦除故障代碼和永久故障代碼區(qū)別

3 NOx控制系統(tǒng)功能驗證

NOx控制系統(tǒng)要求，在國四、國五標(biāo)準(zhǔn)中已有相關(guān)規(guī)定，OBD是對生產(chǎn)廠家的要求，而NOx控制的目的是約束用戶，督促其及時添加合格的尿素，確保SCR正常工作以削減NOx排放。當(dāng)檢測到反應(yīng)劑液位低、反應(yīng)劑質(zhì)量異常、反應(yīng)劑消耗量低或存在故障時，如果不及時糾正會激活駕駛性能限制系統(tǒng)。駕駛性能限制系統(tǒng)分2級，取決于該故障多長時間內(nèi)沒有被修復(fù)。初級限制，會導(dǎo)致在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩降低25%；嚴(yán)重限制，車輛將只能以最高20 km/h的速度行駛。相比較國五標(biāo)準(zhǔn)，國六OBD標(biāo)準(zhǔn)對NOx控制規(guī)定得更加詳細(xì)，比如對尿素報警和限制的最低液位、反應(yīng)劑最低濃度（CDmin）、反應(yīng)劑低溫運(yùn)行都有了具體的量化指標(biāo)，而且對于NOx控制應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的駕駛員報警系統(tǒng)，而不能和OBD的故障指示器MI混用。

4 驗證

本文針對某企業(yè)生產(chǎn)的國六開發(fā)樣機(jī)依據(jù)GB17691-2018進(jìn)行OBD及NOx控制檢驗，以驗證其是否符合要求。樣品及試驗設(shè)備基本參數(shù)如表5所示。

表5 用于試驗的發(fā)動機(jī)和設(shè)備基本參數(shù)

4.1 OBD功能驗證

OBD功能驗證主要進(jìn)行故障分類的驗證和OBD系統(tǒng)性能驗證，可以分別進(jìn)行也可以用同一測試驗證。本文分別選取了12個故障進(jìn)行分類驗證和性能驗證，首先設(shè)置故障并根據(jù)情況進(jìn)行排放測試，通過OBD設(shè)備讀取故障代碼及廠家分類（如圖2所示），并結(jié)合排放結(jié)果判定分類是否正確；第二步根據(jù)廠家提供劣化件或設(shè)置故障類型，通過熱態(tài)WHTC循環(huán)驗證OBD響應(yīng)即MI點(diǎn)亮方式是否正確，以及WHTC循環(huán)是否不超過1.2倍的OTLs限值，結(jié)果如表6所示。

圖2 通過OBD設(shè)備讀取的故障代碼及分類

表6 OBD故障分類和功能驗證

從表中可以看出：

1）對于所設(shè)置的故障或劣化件，從OBD讀取到的ECU內(nèi)部分類和通過排放測試得到的分類方式相符（A類故障無需驗證），該機(jī)型OBD分類驗證通過；

2）按照法規(guī)選擇不同檢測類型的劣化件或故障設(shè)置，在3個WHTC循環(huán)內(nèi)均可使MI按不同分類激活，同時劣化件并沒有使排放超過OTLs的1.2倍（功能監(jiān)測、嚴(yán)重功能性故障或部件監(jiān)測類無需驗證排放），該機(jī)型OBD功能性驗證符合法規(guī)要求。

4.2 NOx功能驗證

按照法規(guī)要求選擇4次報警系統(tǒng)激活測試、2次限扭激活和2次限速激活測試，并驗證1次限扭比例實(shí)測和1次限速實(shí)測，其中對于反應(yīng)劑不足的項目對報警、限扭、限速測試可連續(xù)進(jìn)行，結(jié)果如表7所示。

表7 NOx控制實(shí)際測試結(jié)果

5 結(jié)論

1）國六OBD標(biāo)準(zhǔn)無論與之前國五還是歐6 OBD標(biāo)準(zhǔn)相比，都有了很大變化，要求更加嚴(yán)格細(xì)致。

2）國六OBD標(biāo)準(zhǔn)的試驗過程更為復(fù)雜，需要對故障分類、MI激活方式、故障計數(shù)器工作、報警系統(tǒng)激活、限扭激活和限速激活等多方面內(nèi)容進(jìn)行測試。

3）國六OBD發(fā)動機(jī)部分試驗周期更長，需要企業(yè)提供的材料、劣化件也更多，國六OBD相比國五增加NOx報警系統(tǒng)，需要發(fā)動機(jī)及整車廠同步升級。