重型国六排放标准中OBD主要变化及验证

于津涛 周 涛 张 凡

（1-中国汽车技术研究中心有限公司 北京 100176 2-潍柴动力股份有限公司）

引言

2018年7月国家生态环境部正式发布了GB17691-2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》标准（以下简称重型国六标准），与之前的重型国五标准相比，该标准不但在测试循环、排放限值、耐久要求等方面进行了变更和加严，同时在车载诊断系统OBD上也有了重大变化[1]。本文通过研究国六阶段OBD与国五阶段要求的区别，并采用试验验证，提出国六OBD试验对检测的新要求。

1 适用通讯协议

2008年6月，我国环境保护部发布了HJ437-2008《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》，规定了我国国四、国五阶段重型车OBD系统采用SAE J1939或ISO 15765的协议，而重型国六标准中规定可以采用如下标准[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。

对应于OSI七层模型，重型国五和国六标准允许的通讯标准如表1所示。

表1 重型国五和国六OBD标准与OSI 7层对应关系

ISO 27145标准全称为“道路车辆——实现全球范围内统一的车载诊断系统（WWH-OBD）通讯要求”，该标准涵盖了基于以太网的TCP/IP协议的车载到非车载的有线通讯的规定，TCP/IP协议为业界提供了更快的数据传输速度，也为将来的无线传输奠定了基础，这也与某些缔约方的道路传输的政策目标相符。我国作为《1998年协定书》缔约国积极将该法规转化为国内法规予以实施[4]。但由于车辆通讯平台复杂，因此在本全球性技术法规中采用步进式的方法来使用这个通用标准。即在底层协议上，接受ISO 27145-4（基于 CAN）和 ISO 13400（基于 TCP/IP）的使用，而在高端层面使用ISO 27145协议（如表1所示）。

上汽商用车朱正礼等人已对重型国五商用车OBD协议的各层进行简要的分析和比较[5]，补充说明的是重型国六的ISO 27145各层并不是单独的一个协议规定，而是在原有的协议基础上进行制定或直接等效引用，比如表示层（Layer 6），ISO 27145-2中就参照了SAE J1930-DA、SAE J 1939 （SPN）、SAE J 1939-73：2010 附录 A（FMI）、SAE J1979-DA 和 SAE J2012-DA，其余各层也是如此[6]。

2 OBD系统功能

国六重型标准的附录F对OBD系统的功能要求进行了规定。随着国内外相关技术的进步，本标准对OBD提出了更加严格的要求，在参考欧六法规（6C阶段）的OBD要求基础上，参考美国法规增加了永久故障代码要求，并比欧六法规增加了超OBD限值限速限扭的规定[7]。依据国六标准，OBD应具备下列功能：a）诊断影响发动机排放性能的故障；b）在故障发生时通过报警系统显示；c）通过存储在电控单元存储器中的信息确定可能的故障区域并提供信息离线通讯。本文将从以下几方面分析国六OBD的主要变化。

2.1 OBD阈值和监控项目

OBD 排放限值即 OTLs（OBD Threshold Limits），在国五阶段当排放超过OTLs但不超1.2倍OTLs时，OBD系统就要做出响应，点亮故障指示灯MI。而在国六阶段则根据排放是否超过排放限值以及是否超过OTLs划分为不同级别的故障，同时OBD系统响应方式（MI指示方式、DTC存储等）也根据级别不同而做出区分。不同阶段OTLs和排放限值如表2所示，国六阶段NOx、PM的OTLs分别是发动机台架WHTC限值的2.6倍和2.5倍。

表2 不同阶段OTLs和排放限值mg/（kW·h）

相比于国五阶段，国六OBD系统需要监测的系统或部件也有了大幅增加，且在标准附件FC中有了详细规定。从监测对象方面来看国六OBD监测类型分为排放限值监测、功能监测、严重功能性故障或部件监测。将其分类的目的在于试验时对于排放限值监测需要在发动机上验证获得与循环比排放的相关性，而其它3种类型检测则不要求获取实际排放相关性。

2.2 故障划分和MI点亮方式

国六标准按照故障的严重性，即与OTLs和排放限值相比，将故障分为A、B1、B2和C四个等级。其中A类是超过OTLs，B1是有超过OTLs的可能性，B2是影响排放，但没有超过OTLs的可能性，C是影响排放，但不超过排放限值。不同级别的故障发生时，系统的响应不同，最明显的就是故障指示灯MI显示策略不同，以提示司机故障的严重程度，而以往国四、五标准OBD故障没有采用差异化显示方式，只要诊断出故障MI就会常亮。

OBD故障指示灯MI在国六以前的点亮方式比较简单，只有常亮和常灭两种状态，而国六MI灯的点亮方式与以前相比有了很大变化，如表3所示不但用连续闪烁次数区分出连续、短暂、按需和无故障四种模式，同时在车辆启动前通过故障灯的频率还能反应就绪代码状态、故障等级等信息，确保驾驶人员在第一时间了解车辆状态。表格中最后一列则对应了图1中显示数字区域。

表3 国五国六标准对MI规定的比较

图1 国六MI指示灯点亮方式

2.3 其它

轻型车在国五阶段已经采用在用车监测频率指标IUPR来衡量EOBD系统工作状况，它反映了随车辆运行的EOBD系统对某一监测项的监测频率[8]。国六重型标准中对整车IUPR进行了规定，所有监测项的最低实际监测频率为0.1，且OBD系族所有检测的车辆IUPR平均值和50%车辆的IUPR都大于0.1。

国六OBD标准还参考美国法规提出了永久故障代码的要求，即不能通过外部诊断工具（诊断仪）清除的故障代码。在目前的欧六法规当中，OBD系统中所有的故障代码和相关信息都可以被诊断仪人为清除，这样不利于机动车的排放监管。而本标准规定的永久故障代码，是指一些较为严重的故障，比如超过OBD限值或可能超过限值但长时间未得到修复的故障，作为“永久故障码”存储。当OBD系统确认该故障不存在时，OBD系统则自动清除该故障代码。永久故障代码对于在用机动车的排放监管具有重要作用，通过检查若发现车辆存在永久故障代码，督促车主及时地维修排放方面的故障，确保车辆在实际使用中排放达标；而不是在故障未修复前，人为地擦除故障代码，以通过检查。与国五中不可擦除的故障代码区别如表4所示。

表4 不可擦除故障代码和永久故障代码区别

3 NOx控制系统功能验证

NOx控制系统要求，在国四、国五标准中已有相关规定，OBD是对生产厂家的要求，而NOx控制的目的是约束用户，督促其及时添加合格的尿素，确保SCR正常工作以削减NOx排放。当检测到反应剂液位低、反应剂质量异常、反应剂消耗量低或存在故障时，如果不及时纠正会激活驾驶性能限制系统。驾驶性能限制系统分2级，取决于该故障多长时间内没有被修复。初级限制，会导致在整个转速范围内转矩降低25%；严重限制，车辆将只能以最高20 km/h的速度行驶。相比较国五标准，国六OBD标准对NOx控制规定得更加详细，比如对尿素报警和限制的最低液位、反应剂最低浓度（CDmin）、反应剂低温运行都有了具体的量化指标，而且对于NOx控制应设置单独的驾驶员报警系统，而不能和OBD的故障指示器MI混用。

4 验证

本文针对某企业生产的国六开发样机依据GB17691-2018进行OBD及NOx控制检验，以验证其是否符合要求。样品及试验设备基本参数如表5所示。

表5 用于试验的发动机和设备基本参数

4.1 OBD功能验证

OBD功能验证主要进行故障分类的验证和OBD系统性能验证，可以分别进行也可以用同一测试验证。本文分别选取了12个故障进行分类验证和性能验证，首先设置故障并根据情况进行排放测试，通过OBD设备读取故障代码及厂家分类（如图2所示），并结合排放结果判定分类是否正确；第二步根据厂家提供劣化件或设置故障类型，通过热态WHTC循环验证OBD响应即MI点亮方式是否正确，以及WHTC循环是否不超过1.2倍的OTLs限值，结果如表6所示。

图2 通过OBD设备读取的故障代码及分类

表6 OBD故障分类和功能验证

从表中可以看出：

1）对于所设置的故障或劣化件，从OBD读取到的ECU内部分类和通过排放测试得到的分类方式相符（A类故障无需验证），该机型OBD分类验证通过；

2）按照法规选择不同检测类型的劣化件或故障设置，在3个WHTC循环内均可使MI按不同分类激活，同时劣化件并没有使排放超过OTLs的1.2倍（功能监测、严重功能性故障或部件监测类无需验证排放），该机型OBD功能性验证符合法规要求。

4.2 NOx功能验证

按照法规要求选择4次报警系统激活测试、2次限扭激活和2次限速激活测试，并验证1次限扭比例实测和1次限速实测，其中对于反应剂不足的项目对报警、限扭、限速测试可连续进行，结果如表7所示。

表7 NOx控制实际测试结果

5 结论

1）国六OBD标准无论与之前国五还是欧6 OBD标准相比，都有了很大变化，要求更加严格细致。

2）国六OBD标准的试验过程更为复杂，需要对故障分类、MI激活方式、故障计数器工作、报警系统激活、限扭激活和限速激活等多方面内容进行测试。

3）国六OBD发动机部分试验周期更长，需要企业提供的材料、劣化件也更多，国六OBD相比国五增加NOx报警系统，需要发动机及整车厂同步升级。