李志锐 王青 郑义 邱鹏旭 窦金泉 石伟
(天津大学内燃机研究所天津3000722-国家摩托车质量监督检验中心(天津))
简述欧盟法规(EU)No 168/2013中摩托车OBD要求
李志锐1,2王青1,2郑义1,2邱鹏旭1,2窦金泉1,2石伟1,2
(天津大学内燃机研究所天津3000722-国家摩托车质量监督检验中心(天津))
简述欧美等主要国家地区标准法规对摩托车车载诊断系统(OBD)要求现状,并重点介绍了最新颁布的欧盟法规(EU)No 168/2013中对摩托车OBD的要求。该法规对我国摩托车行业研发OBD系统有着重要的指导意义。
欧盟L类车辆摩托车OBD
2013年1月15日欧洲议会和理事会发布了关于两轮或三轮车辆及四轮车批准和市场监督的法规(EU)No 168/2013。该法规主要涉及两轮或三轮车辆及四轮车批准和市场监督,规定了L类车辆功能安全、环保性能和车辆结构的通用条件,并且撤销了15项指令。在该法规中明确提出了L类车辆强制安装OBD的要求。
OBD(On-Board Diagnostics)是车载诊断系统的简称。在欧盟法规(EU)No 168/2013中定义为:“车载诊断系统”或“OBD系统”指能通过存储内存中的故障码识别可能的故障区域的系统。
(EU)No 168/2013是全世界首个明确强制要求摩托车安装OBD系统的法规。它的发布可以说是摩托车发展进程中的一个历史性事件。为了使企业应对OBD要求,本文将简单介绍一下欧美主要国家地区摩托车OBD要求的现状以及欧盟新法规中OBD的具体要求。
随着计算机控制技术的发展,在机动车产品中得到越来越多的应用,开始出现了可以自动检测汽车排放系统故障并通过车辆仪表上的指示灯提示驾驶员的先进电子系统,这就是通常所说的车载诊断系统,该系统有助于驾驶员和维修单位发现并修复车辆排放系统的故障,使车辆始终保持在最佳排放控制水平。
最先提出OBD概念的是美国通用汽车公司(GM),目的是监测排放控制系统。一旦发现故障,OBD系统就会点亮仪表板上的特定指示灯来通知驾驶员,同时在车载计算机(一般称为发动机控制单元或模块,即ECU或ECM)内记录一个代码,这个代码可通过特殊设备读取以便于排除故障。
目前车载诊断系统(OBD)现已广泛地应用于轻型车辆,正在开发中的新一代OBD系统即未来OBD-Ⅲ系统,它能够利用车载小型无线系统,通过移动网络、卫星通信等手段将重要信息自动通知车主和管理部门。
1.1 美国
美国环保署(EPA)要求自1991年起所有在美国销售的新车必须满足相关的车载诊断技术要求,这就是后来所说的OBDⅠ阶段。在OBDⅠ阶段,主要监控部分部件的工作情况、监督一些与排放相关的电路故障,其诊断功能很有限。在此阶段,对于车载诊断信息的数据通讯协议以及连接外部设备和ECU的诊断接口并未被标准化,给诊断和维修带来很多不便。
经过一段时间的发展,美国汽车工程师协会(SAE)在OBDⅠ的基础上对通讯协议、诊断接口等技术细节进行了标准化,车载诊断系统进入第二阶段,即OBDⅡ。美国环保署(EPA)从1996车型年开始在全美推行EPA-OBDⅡ。目前美国实施的是OBDⅡ的改进版。
与OBDⅠ相比,OBDⅡ作为整合于发动机电子控制系统的一部分,可以连续监测与排放有关的系统和元件的各种数据。OBDⅡ标准规范中规定,当重大故障或异常排放值发生时,OBDⅡ系统就点亮故障灯(MIL)报警以提醒驾驶者;故障信息储存在随机存储器(Random Access Memory(RAM))中的故障信息存储器中,必要时可自动修正。根据美国联邦测试要求,当汽车排放水平已达到新车排放标准限值的1.5倍时,点亮故障灯并存贮故障码。
与OBDⅠ相比,OBDⅡ在诊断功能和标准化方面都有较大的进步。故障指示器、诊断接口、外部设备和ECU之间的通讯协议以及故障代码都根据相应的标准进行了规范化。此外,OBDⅡ可以提供更多的数据让外部设备读取,这些数据包括故障代码、一些重要信号或指标的实时数据以及冻结帧信息等。
不过在美国,因为摩托车保有量相对较小,截至目前为止,管理机构尚未提出摩托车安装OBD的要求。
1.2 欧洲
1998年10月13日,欧共体通过指令70/220/ EEC(98/69/EC)附件Ⅺ。该指令适用于欧Ⅲ和欧Ⅳ排放法规,借鉴美国经验,要求自2000年1月1日起,所有在欧盟成员国内上市销售的新定型的汽油车必须满足欧洲车载诊断系统(EOBD),即European On Board Diagnosis的规定。EOBD的要求较为宽松,例如不对燃油箱泄漏蒸发排放物进行诊断。对于摩托车是推荐执行OBD要求,没有强制要求。在2013年1月15日发布的(EU)No 168/2013,提出在摩托车上强制安装OBD的要求,明确了在L类车辆上安装OBD系统的时间进度、阈值以及具体测试过程和要求等。
1.3 EOBD和美国OBDⅡ的差异
不论EOBD还是美版OBDⅡ,其实也是OBD系统发展中的的第二阶段。EOBD与美版OBDⅡ基本的功能要求和通讯协议、接口等基本一致,当然也存在一些差异:
1)EOBD使用MVEG_B试验循环结合固定的绝对排放限值,OBDⅡ采用FTP(Federal Test Procedure联邦试验程序)排放限值的1.5倍作为OBDⅡ排放限值;
2)EOBD中失火诊断区域只要求4500r/min以下,OBDⅡ则要求在发动机全工况下诊断;
3)EOBD不要求对燃油箱蒸发污染物泄露诊断,但整车系统设计必须确保油箱盖与车辆连接;
4)EOBD不要求节温器和PCV系统诊断,OBDⅡ则要求;
5)EOBD规定按照ECE+EUDC循环诊断任何导致污染物排放高于EOBD限值的故障。CARB要求在任何可能的行驶工况下,必须能够诊断任何导致排放高于FTP标准1.5倍限值的故障;
6)EOBD要求记录出现故障码后车辆行驶里程,OBDⅡ则不要求;
7)EOBD允许燃油位置低于20%时不进行失火诊断,OBDⅡ则要求为15%;
8)EOBD允许在失火诊断可能出现误诊断情况下提高失火诊断限值,而OBDⅡ则允许失火诊断在可能出现误诊断的情况下进行延迟;9)在进行演示试验时,EOBD和OBDⅡ都要求进行失火、前氧传感器、催化器故障诊断演示。但CARB特殊要求进行Fuel trim(供油修正)和EGR系统故障诊断演示,而EOBD则要求进行任何其他导致污染物排放超过EOBD限值的排放控制零部件或系统的故障诊断。
1.4 中国
GB 18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》首次提出在轻型汽车施行OBD强制性要求。GB 18352.3-2005是修改采用欧盟(EU)对70/220/EEC指令进行修订的98/69/EC指令以及随后截止至2003/76/EC的各项修订指令的有关技术内容产生的,OBD部分基本照搬了欧盟的标准。因为路况、油品以及售后维修保养等一系列问题,我国在具体实施中的尺度可能与欧盟有所不同。
目前中国、日本等国家正在就摩托车安装OBD系统的可行性、技术要求、测试要求进行研究论证,相信在不久的将来摩托车上安装OBD将会成为发展趋势。
表1 欧Ⅳ阶段,Ⅰ阶段OBD阈值
2.1 一般要求
欧盟(EU)No 168/2013中提出了OBD系统的一般要求:
1)L类车辆应装备有OBD系统,该系统应符合授权法案规定的功能要求和测试程序。授权法案依据(EU)No 168/2013第21条第5段内容规定,同时日期应符合本法规附录Ⅳ规定。
2)在欧IV阶段,L3e、L4e、L5e-A、L6e-A和L7e-A类(子类)的车辆应装置有Ⅰ阶段OBD系统,监控排放控制系统的任意电路和电子故障,并能在排放结果超过规定的排放阈值时报告该故障,具体阈值见表1。这一要求见法规附录Ⅳ的1.8.1条,相关车型实施的具体日期见表2。
3)在欧V阶段,L3e到L7e类车辆应装置Ⅰ阶段OBD系统,来监控排放控制系统的任意电路和电子故障并能在排放值超过表1确定的排放阈值时触发警报。对于这些类(子类)车辆Ⅰ阶段OBD系统,在显著降低发动机扭矩的任何操作模式被触发时也应报告。这一具体要求见法规附录Ⅳ的1.8.2条,相关车型实施的具体日期见表2。
4)依(EU)No168/2013附录Ⅳ的1.8.3条所确定的日期和法规中条款23(5)规定要求,在欧V阶段L3e、L5e-A、L6e-A和L7e-A在满足Ⅰ阶段OBD条件的基础上还要符合OBDⅡ阶段的要求。该系统可以监控和报告排放控制系统的故障和劣化,当故障和劣化导致排放结果超过附录Ⅵ(B2)确定的排放阈值时报告故障。
5)为了协调OBD系统的功能安全报告或排放控制系统失效,有效地改善车辆的维修,对于OBD具体技术要求欧盟委员会应依据(EU)No 168/2013中条款75加强对授权条例的实施。具体的内容包括(EU)No 168/2013中条款21中1至4段和附录II(C)第11段所列项目中的功能性OBD要求和测试程序以及附录Ⅴ的Ⅷ型试验。
在法规168/2013中也明确了在车辆型式认证上强制实施的时间表,见表2。
在(EU)No 168/2013中一般要求中提到了阈值,阈值就是临界值的意思。就污染物排放控制而言,当污染物排放超过一定限值就必须报告该故障。在(EU)No 168/2013中明确了污染排放限值,OBD阈值的型式批准和生产一致性要求,具体见表1和表3。
表2 OBD在车辆型式批准上强制实施的时间表
表3 欧Ⅴ阶段,Ⅰ阶段OBD和Ⅱ阶段OBD的阈值序号
2.2 其他要求
1)失效装置
在OBD系统中禁止使用失效装置。但如果满足以下条件的任何设计部分不应被认为是失效装置:装置的作用仅是保护发动机不受到破坏或发生意外事故,确保车辆的安全操作;在发动机启动后该装置不应工作;运行工况确实包含在验证试验过程中,验证车辆是否满足本法规和依据本法规的授权法案和实施法案。
2)修理和维护信息的获取
制造商应通过网站非限制性地向独立运营商提供车辆维修、维护保养信息的访问方式,而且在该网站中应使用实时的和容易理解的标准格式。这种非限制性的访问,无论是对于授权经销商和维修厂都应是无差别的,但如果车辆属于小批量的话,就不必承担这项义务。
对OBD兼容替代件或者修理用零件、诊断工具和测试设备的制造和维修,制造商应无差别地提供相应车辆(含替代燃料车辆)OBD维修和保养信息给任何感兴趣的制造商或相关部件、诊断工具或测试设备的维修人员。
对于OBD和车辆维修及保养信息的故意或非故意的滥用现象,相关机构应通告委员会采取措施阻止信息的滥用。
自2016年1月1日以后新申请型式认证的L类(L3e、L4e、L5e-A、L6e-A、L7e-A)车辆,是否必须强制安装OBDⅠ系统。笔者认为在(EU)No 168/2013没有强制性要求OBDⅠ阶段生产商必须改变燃料系统的硬件,即没有要求化油器车型全部电喷化。就这个问题也与欧盟相关部门进行沟通,确认如果车辆符合(EU)No 168/2013法规和它的授权法案的相关要求,从2016年1月1日开始新申报车型,也不强迫安装电子化油器或电子燃油喷射。但是如果供油、点火分配、进气或节气门等的控制策略是电子的,相应的输入/输出电路就应进行监控,就要装备Ⅰ阶段OBD系统。同样地,这类车型就需要在2017年1月1日前完成现有(老)车型的变更。
另外,虽然在法规168/2013的OBDⅠ阶段提出了排放的阈值,但阈值的设定与电路的连续性,电路短路、断路以及电路合理性的检测要求并没有相关性。在与欧盟相关部门进行沟通,确认在OBDⅠ阶段设定阈值仅为参考值,可以暂不考虑。
1)OBD在车辆上应用是电子技术发展的必然,也必然随着电子技术的进一步发展而不断发展变化。主要目的是控制,欧盟现在提出摩托车强制安装OBD,对于法规制定者和企业来讲都在探索与研究。目前关于OBDII阶段测试要求等还在研究中。
2)对于我国摩托车排放控制标准来讲,也有必要借鉴研究(EU)No 168/2013。但笔者建议限于国内摩托车行业技术水平、车辆使用条件、油品问题和维修保养等一系列客观情况,我国摩托车行业主管机构应适度放宽执行尺度。
3)(EU)No 168/2013中OBD的要求对于出口企业来讲是全新的要求,对于已有OBD基础的企业来讲也需要适应调整。建议企业针对法规168/2013/EC以及后续的2个即将发布授权法案进行认真研究,及早应对。
1徐建平.美国第2代及欧洲汽车微机故障诊断系统[J].汽车电器,2003(6):45~48
2吴正权.现代摩托车用OBD的结构原理分析(1)[J].摩托车技术,2011(11):56~58
3吴正权.现代摩托车用OBD的结构原理分析(2)[J].摩托车技术,2011(12):58~63
4吴正权.现代摩托车用OBD的结构原理分析(3)[J].摩托车技术,2012(1):66~68
52013年1月15日的欧洲议会和理事会关于两轮或三轮车辆及四轮车批准和市场监督的法规(EU)No 168/ 2013
6贾权利.欧盟摩托车认证框架法规168/2013解读[J].摩托车标准化,2013(2):13~20
Resume the OBD Requirement of the Motorcycle in Regulation(EU)No 168/2013
Li Zhirui1,2,Wang Qing1,2,Zheng Yi1,2,Qiu Pengxu1,2,Dou Jinquan1,2,Shi Wei1,2
1-Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute,Tianjin University(Tianjin,300072,China)2-National Motorcycle Quality Supervision and Inspection Center(Tianjin)
This paper tries to describe the OBD(On-Board Diagnostics)standards and regulations requirement of motorcycle in the Europe and America and other countries and regions,and chiefly introduce OBD requirement in the new Regulation(EU)No 168/2013.This regulation can give an important guiding significance for the development of OBD system of our country's motorcycle industry.
EU(European Union),Category L,Motorcycle,OBD
U483
A
2095-8234(2014)05-0092-05
2013-12-24)
李志锐(1978-),男,工程师,主要研究方向为摩托车排放测试技术以及相关标准法规。