新型天然气发动机OBD准备就绪代码试验研究

王 龙，冒晓建，王俊席，唐航波，祝轲卿，王 都

（1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240；2.广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉 林 537000）

随着我国经济发展水平和居民生活水平的提高，人们越来越注重环境的保护，尤其是大气质量。汽车尾气排放作为大气污染物主要的污染源之一，越来越受到人们的诟病。目前，我国自主研发的气体发动机采用稀薄燃烧方式，可达到国Ⅴ排放要求，在很大程度上降低了汽车尾气的排放。OBD系统的应用加强了汽车排放的监测和汽车零部件尤其是电子元器件的老化、劣化的检测。准备就绪代码作为OBD核心管理系统的重要一环，用来表征汽车发动机排放测试是否通过，为车主和维修技师便捷地提供了维修信息，也在技术上对在用车的监管提供了可能［1－3］。

1 准备就绪代码概述

准备就绪代码（Readiness Code）是4个字节的二进制数字，用来反映OBD系统的3种连续诊断、8种非连续诊断功能是否已经完成。这个字节从右到左的各位依次为第0位到第7位。在对车辆的排放控制系统的有效性进行评价时，首先读取就绪状态代码，如果全为0且OBD系统显示为无故障，那么表示车辆通过测试。如果就绪状态代码不为0，那么即使没有任何故障码通过扫描工具输出，也不能判断此车的排放控制系统工作正常。在这种情况下车辆检验机构一般会提出额外的要求。美国的在用车检测制度要求车辆在一定时间内返回重新检测，而欧洲的做法是加测其他项目。

为了避免用户通过一些手段删除故障码来掩盖故障、逃脱惩罚，OBD系统的设计在功能上会在进行故障删除操作的同时复位诊断就绪代码，即令激活的诊断功能显示为未完成诊断的状态。如果系统支持的某项诊断功能显示为没有完成，那么即使没有相应的故障码，也不能判断故障的确不存在。

为获取自上次清除故障码之后的准备就绪代码，可根据J1939定义向OBD系统发送Mode 01，PID 0x01请求，通过诊断连接线把扫描工具或者安装了诊断软件的计算机与车身上的诊断数据接口相连，读取模式1中的PID 0x01即可得到准备就绪代码。

2 试验设备和发动机主要参数

本试验使用达到国Ⅴ排放要求的气体发动机。燃气来自管道气，气源充足、稳定。发动机试验台架见图1。发动机通过自主研发的电控系统控制，其中包括OBD核心管理系统。通过标定工具可实现对每条故障信息的标定，包括故障种类、触发条件和准备就绪代码。发动机的主要参数见表1。

表1 YC6MK375N气体发动机主要技术参数

3 模型建立和仿真

3.1 行驶循环状态机的设计

OBD车载诊断系统和以前使用的传统故障诊断系统有很大不同。对于普通的故障诊断，故障发生时立即点亮故障灯，并进行可能的失效处理；故障消失时立即熄灭故障灯，并清除失效状态。而OBD系统加入了行驶循环的概念，行驶循环是指自发动机起动、运行、停机到再次起动的这段时间。故障在连续的多个行驶循环持续出现，故障才能够得到OBD确定，点亮 MIL灯，同时进行可能的失效处理；同理，OBD的清除也需要多个行驶循环才能完成［4－5］。具体原理见图2。

针对J1939法规［6］要求，为满足OBD确认和清除需要的行驶循环，本研究设计了行驶循环状态机。行驶循环状态机中包括两个故障计数器，分别是确认计数器（Validation Counter）和消除计数器（Heal Counter）。前者用于OBD的确认，后者用于OBD的清除。

行驶循环状态机见图3。故障在行驶循环中出现一次，称为未决故障。在连续多个行驶循环中（可标定为3个）出现，确认计数器累计计数，达到确认计数器最大值时，OBD故障确认，故障记录为永久故障；若未达到确认计数器最大值前故障消失，清除未决故障码。OBD故障确认后，需要连续多个行驶循环故障持续不出现，消除计数器累计计数，达到消除计数器最大值时，OBD故障清除；如果在没有达到消除计数器最大值之前，故障再次发生，消除计数器重新开始计数。

3.2 准备就绪代码模块设计

SAE J1979定义的准备就绪代码是自清除故障码之后的监测状态。准备就绪代码由4个字节组成，分别用A，B，C，D 4个字母表示：

1）字节A反映了排放相关故障码的数目及MIL状态；

2）字节B反映了所支持的连续测试功能以及它们自清除故障码之后的状态（完成过与否），这些连续测试功能包括失火监测、燃气系统监测和综合部件监测3种；

3）字节C反映了各非连续监测功能是否被系统支持；

4）字节D反映了各个非连续诊断功能自清除故障码后的状态。

对于天然气发动机系统而言，由于与汽油机系统结构存在差异，因此部分故障分类的定义不同于汽油机，参见表2。其中，第12类故障是非OBD故障，不参与OBD系统的故障统计。

根据法规要求，将表2描述的故障类分为连续和不连续两个诊断等级：

1）连续 每秒至少检测2次，主要包括综合部件、燃气系统和失火诊断；

2）不连续 每个行驶循环检测1次，包括氧传感器加热、氧传感器、空调系统、进气系统、催化器加热、催化器；

3）以上两种以外的故障检测可以通过通信标定工具设置成“不使用”。

表2 气体机故障分类

使用Simulink建立的准备就绪代码仿真模型见图4。

从Simulink框图可以看出，对“自从上次DTC清除后的准备就绪代码”而言，针对一类故障的准备就绪代码标志的树立，以下两组条件中1组成立即可：

1）发动机经过多个行驶循环，至少一个此类故障被OBD确认；

2）连续多个行驶循环中，同一类的故障都已经经过检测。

模型中涉及到的几个计数器信息如下：

1）OBD＿Read＿Class［X］.TtlCnt表示该类故障的总个数，0～11共12类。

2）OBD＿Read＿Class［X］.TstcCnt表示该类故障经过检测的个数，主程序运行一遍需要一定的时间，所以这个值的监测需要等待一定的时间。如果程序运行良好，某类故障总数等于该类故障经过测试的总数。

3）OBD＿Read＿Class［X］.XCnfdCnt，当前 DC故障发生个数，故障发生1次，该计数器累计。

4）OBD＿Read＿Class［X］.CnfdCnt，故障确认个数，故障得到OBD确认1次，该计数器累计。

5）OBD＿Class＿DCCnt＿X，该类故障在DC完成统计，行驶循环个数累计。

6）Read＿Class＿NoCnfd，如果该类故障全部被检测过且没有发生，则树立该标志。

7）Read＿Class＿Tstd，如果该类故障全部经过检测，并且检测的总数不为0，树立该标志。这是为了避免没有定义该类故障而造成准备就绪代码不就绪。

4 试验验证及结果

在气体机试验台架上进行试验验证。首先将设计的200条故障进行分类。标定故障分类见表3。

OBD＿Read＿Class［X］.TtlCnt表示该类故障的总个数，统计的是READ值，0～11共12类，现标定总数为188。

表3 200条故障统计

4.1 准备就绪代码涉及到的各计数器逻辑验证

第1个行驶循环，标定故障001油门位置传感器1电压超低限故障的确认计数器最大值MAXV＝1，故障类别READ＝1，故障在第1个行驶循环内发生，在表4中记录各计数器数值。

在第2个行驶循环时，标定故障030冷却水温传感器电压超低限故障的确认计数器最大值MAXV＝1，故障类别READ＝2，触发故障001和030，在表4中记录各计数器数值。

在第3个行驶循环时，标定故障020增压压力传感器电压超低限故障的确认计数器最大值MAXV＝1，故障类别READ＝2，触发故障020，在表4中记录各计数器数值。

第1个行驶循环，分类数组记录当前故障，当前循环故障数＝1。此时的当前行驶循环准备就绪代码ReadB41＝7，ReadD41＝0。这表示当前行驶循环的准备就绪代码树立。

第2个行驶循环，当前行驶循环故障发生计数器符合控制逻辑。

第3个行驶循环，OBD确认计数器和当前循环故障计数器累计计数，逻辑正确。

表4 就绪状态码故障计数

4.2 200条定义的故障均未发生故障

连续监测3个行驶循环，所有的行驶循环均未发生故障，得到的试验结果见表5。

表5 就绪状态码所有故障计数

综合3个行驶循环的故障统计，得到准备就绪代码Read B，Read C和Read D的值（见表6）。

将表6中数值转化成2进制后，结果见表7。可以看出，标定200条故障均未发生，在第1个行驶循环，当前DC的准备就绪代码全是0，这说明在当前循环所有的故障都已经完成检测；在第3个行驶循环时，自清除故障码之后的准备就绪代码全是0，这说明所有的故障都已经检测完毕，其OBD状态已经确定，发动机测试状态已准备就绪。

表6 准备就绪代码的试验值

表7 各类故障就绪状态信息统计表

4.3 人为删除故障码

标定故障油温位置传感器1电压超低限故障的确认计数器最大值＝1，故障类别Read＝1，并触发该故障。在第3个行驶循环时，标定清除单挑故障码＝1，可清除油门位置传感器1电压超低限的故障码。此时监测到的Read B＝79，转化成2进制并代入表6，得到ReadB6＝1。可以看出，第一类诊断功能的测试状态显示为未完成。

5 结束语

经过试验验证，所设计的行驶循环状态机逻辑正确，准备就绪代码涉及到的各计数器逻辑正确，进而推理出的准备就绪代码状态正确，能够正常显示车辆的测试状态，同时能够防止一些人通过人为删除故障码来逃避测试，可以为未来的年检提供一种简便易行的测试方法。

［1］ 邓成林，张 伟，卜建国，等.采用SCR技术的国Ⅳ柴油机 OBD系统的故障管理［J］.汽车工程，2011，33（5）：82－86.

［2］ 张华玉，蔡永祥，金华标，等.国Ⅳ阶段天然气发动机车载诊断系统的设计［J］.车用发动机，2011（3）：12－16.

［3］ 张海波，于津涛.就绪代码在维修OBD车辆中的应用［J］.汽车维修与保养，2010（4）：46－47.

［4］ 中国汽车技术研究中心，中国环境科学研究院，济南汽车检测中心.HJ 437—2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求［S］.北京：中国环境科学出版社，2008.

［5］ CARB.Title 13，California Code Regulations，Section 1968.2，Malfunction and Diagnostic system Requirements for 2004and Subsequent Model－Year Passenger Cars，Light－Duty Trucks，and Medium－Duty Vehicles and Engines（OBDⅡ）［S］.［S.l.］：CARB，2004.

［6］ SAE international.SAE J1939—73 Surface Vehicle Recommended Practice，Application Layer－Diagnostics［S］.［S.l.］：SAE international，2004.