重型國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)中OBD主要變化及驗(yàn)證

于津濤 周 濤 張 凡

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

引言

2018年7月國(guó)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(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱重型國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)），與之前的重型國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)相比，該標(biāo)準(zhǔn)不但在測(cè)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(shí)在車載診斷系統(tǒng)OBD上也有了重大變化[1]。本文通過(guò)研究國(guó)六階段OBD與國(guó)五階段要求的區(qū)別，并采用試驗(yàn)驗(yàn)證，提出國(guó)六OBD試驗(yàn)對(duì)檢測(cè)的新要求。

1 適用通訊協(xié)議

2008年6月，我國(guó)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(dòng)機(jī)與汽車車載診斷（OBD）系統(tǒng)技術(shù)要求》，規(guī)定了我國(guó)國(guó)四、國(guó)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(guó)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(duì)應(yīng)于OSI七層模型，重型國(guó)五和國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)允許的通訊標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 重型國(guó)五和國(guó)六OBD標(biāo)準(zhǔn)與OSI 7層對(duì)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(lái)的無(wú)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(guó)作為《1998年協(xié)定書》締約國(guó)積極將該法規(guī)轉(zhuǎn)化為國(guó)內(nèi)法規(guī)予以實(shí)施[4]。但由于車輛通訊平臺(tái)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(lái)使用這個(gè)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(duì)重型國(guó)五商用車OBD協(xié)議的各層進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和比較[5]，補(bǔ)充說(shuō)明的是重型國(guó)六的ISO 27145各層并不是單獨(dú)的一個(gè)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(guó)六重型標(biāo)準(zhǔn)的附錄F對(duì)OBD系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行了規(guī)定。隨著國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(guó)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(guó)六標(biāo)準(zhǔn)，OBD應(yīng)具備下列功能：a）診斷影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能的故障；b）在故障發(fā)生時(shí)通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)顯示；c）通過(guò)存儲(chǔ)在電控單元存儲(chǔ)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(guó)六OBD的主要變化。

2.1 OBD閾值和監(jiān)控項(xiàng)目

OBD 排放限值即 OTLs（OBD Threshold Limits），在國(guó)五階段當(dāng)排放超過(guò)OTLs但不超1.2倍OTLs時(shí)，OBD系統(tǒng)就要做出響應(yīng)，點(diǎn)亮故障指示燈MI。而在國(guó)六階段則根據(jù)排放是否超過(guò)排放限值以及是否超過(guò)OTLs劃分為不同級(jí)別的故障，同時(shí)OBD系統(tǒng)響應(yīng)方式（MI指示方式、DTC存儲(chǔ)等）也根據(jù)級(jí)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(guó)六階段NOx、PM的OTLs分別是發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)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(guó)五階段，國(guó)六OBD系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)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(cè)對(duì)象方面來(lái)看國(guó)六OBD監(jiān)測(cè)類型分為排放限值監(jiān)測(cè)、功能監(jiān)測(cè)、嚴(yán)重功能性故障或部件監(jiān)測(cè)。將其分類的目的在于試驗(yàn)時(shí)對(duì)于排放限值監(jiān)測(cè)需要在發(fā)動(dòng)機(jī)上驗(yàn)證獲得與循環(huán)比排放的相關(guān)性，而其它3種類型檢測(cè)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(guó)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(gè)等級(jí)。其中A類是超過(guò)OTLs，B1是有超過(guò)OTLs的可能性，B2是影響排放，但沒(méi)有超過(guò)OTLs的可能性，C是影響排放，但不超過(guò)排放限值。不同級(jí)別的故障發(fā)生時(shí)，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(guó)四、五標(biāo)準(zhǔn)OBD故障沒(méi)有采用差異化顯示方式，只要診斷出故障MI就會(huì)常亮。

OBD故障指示燈MI在國(guó)六以前的點(diǎn)亮方式比較簡(jiǎn)單，只有常亮和常滅兩種狀態(tài)，而國(guó)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(wú)故障四種模式，同時(shí)在車輛啟動(dòng)前通過(guò)故障燈的頻率還能反應(yīng)就緒代碼狀態(tài)、故障等級(jí)等信息，確保駕駛?cè)藛T在第一時(shí)間了解車輛狀態(tài)。表格中最后一列則對(duì)應(yīng)了圖1中顯示數(shù)字區(qū)域。

表3 國(guó)五國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)對(duì)MI規(guī)定的比較

圖1 國(guó)六MI指示燈點(diǎn)亮方式

2.3 其它

輕型車在國(guó)五階段已經(jīng)采用在用車監(jiān)測(cè)頻率指標(biāo)IUPR來(lái)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(duì)某一監(jiān)測(cè)項(xiàng)的監(jiān)測(cè)頻率[8]。國(guó)六重型標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)整車IUPR進(jìn)行了規(guī)定，所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)的最低實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率為0.1，且OBD系族所有檢測(cè)的車輛IUPR平均值和50%車輛的IUPR都大于0.1。

國(guó)六OBD標(biāo)準(zhǔn)還參考美國(guó)法規(guī)提出了永久故障代碼的要求，即不能通過(guò)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(dòng)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(guò)OBD限值或可能超過(guò)限值但長(zhǎng)時(shí)間未得到修復(fù)的故障，作為“永久故障碼”存儲(chǔ)。當(dāng)OBD系統(tǒng)確認(rèn)該故障不存在時(shí)，OBD系統(tǒng)則自動(dòng)清除該故障代碼。永久故障代碼對(duì)于在用機(jī)動(dòng)車的排放監(jiān)管具有重要作用，通過(guò)檢查若發(fā)現(xiàn)車輛存在永久故障代碼，督促車主及時(shí)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(guò)檢查。與國(guó)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(yàn)證

NOx控制系統(tǒng)要求，在國(guó)四、國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)中已有相關(guān)規(guī)定，OBD是對(duì)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(shí)添加合格的尿素，確保SCR正常工作以削減NOx排放。當(dāng)檢測(cè)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(shí)，如果不及時(shí)糾正會(huì)激活駕駛性能限制系統(tǒng)。駕駛性能限制系統(tǒng)分2級(jí)，取決于該故障多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有被修復(fù)。初級(jí)限制，會(huì)導(dǎo)致在整個(gè)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(guó)五標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)六OBD標(biāo)準(zhǔn)對(duì)NOx控制規(guī)定得更加詳細(xì)，比如對(duì)尿素報(bào)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(duì)于NOx控制應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的駕駛員報(bào)警系統(tǒng)，而不能和OBD的故障指示器MI混用。

4 驗(yàn)證

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

表5 用于試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和設(shè)備基本參數(shù)

4.1 OBD功能驗(yàn)證

OBD功能驗(yàn)證主要進(jìn)行故障分類的驗(yàn)證和OBD系統(tǒng)性能驗(yàn)證，可以分別進(jìn)行也可以用同一測(cè)試驗(yàn)證。本文分別選取了12個(gè)故障進(jìn)行分類驗(yàn)證和性能驗(yàn)證，首先設(shè)置故障并根據(jù)情況進(jìn)行排放測(cè)試，通過(guò)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(guò)熱態(tài)WHTC循環(huán)驗(yàn)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(guò)1.2倍的OTLs限值，結(jié)果如表6所示。

圖2 通過(guò)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(yàn)證

從表中可以看出：

1）對(duì)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(guò)排放測(cè)試得到的分類方式相符（A類故障無(wú)需驗(yàn)證），該機(jī)型OBD分類驗(yàn)證通過(guò)；

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

4.2 NOx功能驗(yàn)證

按照法規(guī)要求選擇4次報(bào)警系統(tǒng)激活測(cè)試、2次限扭激活和2次限速激活測(cè)試，并驗(yàn)證1次限扭比例實(shí)測(cè)和1次限速實(shí)測(cè)，其中對(duì)于反應(yīng)劑不足的項(xiàng)目對(duì)報(bào)警、限扭、限速測(cè)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(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

1）國(guó)六OBD標(biāo)準(zhǔn)無(wú)論與之前國(guó)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(guó)六OBD標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)過(guò)程更為復(fù)雜，需要對(duì)故障分類、MI激活方式、故障計(jì)數(shù)器工作、報(bào)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(cè)試。

3）國(guó)六OBD發(fā)動(dòng)機(jī)部分試驗(yàn)周期更長(zhǎng)，需要企業(yè)提供的材料、劣化件也更多，國(guó)六OBD相比國(guó)五增加NOx報(bào)警系統(tǒng)，需要發(fā)動(dòng)機(jī)及整車廠同步升級(jí)。