輕型車國六IUPR符合性驗證方法研究

關(guān)鍵詞：國六法規(guī)；OBD；IUPR；實際道路0引言汽車是當(dāng)今社會需求量最高的交通工具，然而伴隨著汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，造成的環(huán)境問題已經(jīng)愈發(fā)不容小覷[1]。隨著汽車保有量的日益增大，我國的汽車尾氣排放法規(guī)也日趨嚴格和完善。OBD是排放控制系統(tǒng)中的重要一環(huán)，它通過車內(nèi)發(fā)動機電子控制單元（ECU，ElectronicControlUnit）監(jiān)測車輛在實際使用時排放系統(tǒng)的工作狀況，并能監(jiān)測排放系統(tǒng)的故障，確保有效控制在用機動車的排放[2]。GB18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[3]（即常說的國六排放法規(guī)）對OBD系統(tǒng)的要求，較GB18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》[4]（即國五排放法規(guī)）有了較大的不同。主要體現(xiàn)在：增加了要求監(jiān)控的部件，如冷卻系統(tǒng)、燃油蒸發(fā)系統(tǒng)、GPF（汽油機顆粒物捕集器）、冷起動減排等；降低了故障排放閾值，需要更早地監(jiān)測出故障；在用車監(jiān)控頻率（即IUPR率）方面要求更高，基本從國五的0.100提高到了0.336。實際測試中，IUPR率受到影響因素較多，如駕駛工況、駕駛習(xí)慣和行駛里程等，都會影響各監(jiān)測項診斷完成所需達到的條件。在確認各監(jiān)測項的IUPR分子、分母均能在全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)（WLTC循環(huán)）中增長后，應(yīng)對車輛實際道路的診斷完成和對IUPR表現(xiàn)進行驗證。本文針對為滿足國六法規(guī)開發(fā)的某款全新車型，制定出了一套IUPR實際道路驗證方案，根據(jù)該方法完成了該車型的IUPR符合性驗證。1IUPR功能介紹1.1IUPR簡介IUPR是用于監(jiān)測非連續(xù)性O(shè)BD診斷的計數(shù)器，代表了車輛運行過程中診斷發(fā)生的真實頻率（滿足基本駕駛工況條件下的診斷完成次數(shù)）[5]，一定程度上反映了OBD系統(tǒng)的設(shè)計水平。IUPR率體現(xiàn)了車輛運行期間各環(huán)保關(guān)鍵零部件的診斷頻率，頻率越高說明診斷完成率越高，排放相關(guān)部件老化時可以更快監(jiān)測出故障，快速指示駕駛員及時修復(fù)故障，對降低車輛的污染物排放有非常重要的作用。根據(jù)國六法規(guī)要求，對于裝配點燃式發(fā)動機的汽車，IUPR監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：催化器（每組分別報告）；氧傳感器，包括次級氧傳感器（每個傳感器分別報告）；廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)；可變氣門正時（VVT）系統(tǒng)；二次空氣系統(tǒng)；蒸發(fā)系統(tǒng)；顆粒物捕集器（GPF）；綜合零部件；冷起動減排；曲軸箱強制通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)等。其中前7項都是法規(guī)要求跟蹤并報告的監(jiān)測項。1.2國六法規(guī)要求對比國六法規(guī)與國五法規(guī)關(guān)于IUPR的主要要求對比如表1所示，主要體現(xiàn)在：要求跟蹤報告和輸出IUPR率的監(jiān)測項增加了二次空氣系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏和GPF等；國五法規(guī)要求的最小IUPR率為0.100，國而六法規(guī)按照不同監(jiān)測項對IUPR率作不同的要求，總體要求更加嚴苛。1.3IUPR率的計算和輸出IUPR率的基礎(chǔ)計算公式如下：IUPR率=分子計數(shù)器/分母計數(shù)器（1）式中：分子計數(shù)是經(jīng)歷某一特定監(jiān)測出故障所必須的全部條件都滿足的車輛運行次數(shù)，除特殊技術(shù)需求外，每個運轉(zhuǎn)循環(huán)分子最多只能增加一次；分母計數(shù)器是在一個駕駛循環(huán)中，當(dāng)滿足了一定的環(huán)境條件以及車輛運行條件后，每個監(jiān)測的分母計數(shù)都應(yīng)在10s內(nèi)增加。每個駕駛循環(huán)IUPR率計算功能框圖如圖1所示。1.4IUPR率監(jiān)管要求國六法規(guī)規(guī)定了IUPR率的監(jiān)管方式。量產(chǎn)車輛評估測試（ProductionVehicleEvaluation，簡稱PVE）作為生產(chǎn)車輛OBD系統(tǒng)生產(chǎn)一致性（COP）自我檢查的重要組成部分，車輛正式量產(chǎn)之后，企業(yè)需提交PVE測試計劃和報告，并接受監(jiān)督檢查。PVE測試由標(biāo)準化驗證、監(jiān)測要求驗證以及在用監(jiān)測性能的驗證和報告三部分組成，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)以O(shè)BD系統(tǒng)為基礎(chǔ)編制PVE測試計劃，并在OBD系族內(nèi)分別劃分標(biāo)準化驗證（J1）、監(jiān)測要求驗證（J2）以及在用監(jiān)測性能測試分組（J3），根據(jù)分組情況選擇代表性車輛測試和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，定期向監(jiān)管部門提交計劃報告。IUPR率的監(jiān)管主要通過J3測試完成，生產(chǎn)企業(yè)需根據(jù)不同的OBD系統(tǒng)選取滿足要求的車型，在售后端挑選合適的在用車輛，并統(tǒng)計相關(guān)在用車輛的IUPR率。對于測試中發(fā)現(xiàn)的問題，企業(yè)應(yīng)及時向主管部門報告，并按要求及時修正。對于已銷售車輛，應(yīng)在規(guī)定的期限內(nèi)修正。2IUPR實車路試驗證某車型已完成OBD標(biāo)定工作，WLTC循環(huán)可以完成所有監(jiān)測項的OBD診斷且IUPR分子、分母正常增長?，F(xiàn)需對其進行IUPR路試驗證，確認其是否滿足法規(guī)要求。2.1資源準備考慮到試驗結(jié)果的一致性以及數(shù)據(jù)的說服性，參與試驗的車輛和人員需要盡可能多。因試驗資源有限，試驗周期短，本次試驗準備了2輛接近批量生產(chǎn)狀態(tài)的車輛以及2名有經(jīng)驗的駕駛員。每輛車都裝上行駛記錄儀或者電腦記錄相關(guān)參數(shù)，便于分析試驗過程的數(shù)據(jù)。試驗前對駕駛員進行培訓(xùn)，要求他們按照日常駕駛習(xí)慣進行試驗；試驗過程中有任何問題均需向上反饋，保證實驗數(shù)據(jù)的完整性。2.2試驗路線規(guī)劃試驗路線需要選取貼近不同客戶正式用車場景，比如城市工況、城郊工況、早晚高峰、鄉(xiāng)村道路、城市快速路機高速路等，還要考慮每條試驗路線需要盡可能滿足通用分母增加的條件。經(jīng)過多次實際道路勘察，挑選出了7條試驗路線，分別定義成A～G路線（表2）。在實驗進行的時候，2輛車每條路線均需至少完成4次，每天可隨機選取路線交叉進行路試。需要注意的是，蒸發(fā)泄漏檢測要在冷機起動工況，故進行試驗計劃時需考慮保證每天至少1次冷機起動循環(huán)次數(shù)，覆蓋冷機高峰、熱機非高峰、冷機非高峰和熱機高峰等4種情況。2.3路試結(jié)果分析2輛試驗車IUPR路試結(jié)果以及不同路況下IUPR率數(shù)據(jù)分別如表3、表4和表5所示。從2輛車的測試結(jié)果來看，所有法規(guī)要求的IUPR輸出項都高于法規(guī)的要求并有一定的安全余量。因駕駛員不同，駕駛風(fēng)格也影響到了最終各監(jiān)測項的的IUPR率。另外，實際路況并非一成不變，某些駕駛工況如高峰期擁堵，因駕駛車速較低、紅綠燈等待時間短等因素使得怠速時間不夠，造成了通用分母增長條件未達到，導(dǎo)致出現(xiàn)了部分監(jiān)測項IUPR率大于1的情況，說明部分監(jiān)測在通用分母增長條件達成前就已經(jīng)完成。不同駕駛工況對各監(jiān)測項的診斷完成有不同的影響（表5）。因為蒸發(fā)泄漏監(jiān)測要求車輛冷機起動，故其分子、分母增長基數(shù)較少。但是IUPR率是法規(guī)要求的3倍以上，試驗數(shù)據(jù)可以采用。前氧傳感器診斷需要在較為穩(wěn)態(tài)的工況進行診斷，在城市擁堵路況診斷完成率較低；VVT診斷需要通過加減速控制加速踏板變化完成診斷，故而在城市快速或者高速駕駛這種穩(wěn)態(tài)工況下的診斷完成率偏低。由于EGR和VVT的IUPR率使用同一個輸出通道，輸出兩者中IUPR率較低的那項。可以看到實際測試結(jié)果中，該項IUPR率滿足法規(guī)要求，但仍有提升空間。后續(xù)除了通過繼續(xù)優(yōu)化相關(guān)標(biāo)定參數(shù)提升IUPR率外，也需要密切關(guān)注PVE測試計劃中J3的驗證結(jié)果是否滿足在用車抽查的要求。此外，通過路試時記錄的測量數(shù)據(jù)也可以看到，一些監(jiān)測項如綜合零部件、冷卻系統(tǒng)、PCV、合理性診斷和冷起動減排等，國六法規(guī)并沒有要求報告輸出。這是因為這些監(jiān)測項的診斷完成條件比較容易達到，因此它們的IUPR率也能滿足國六法規(guī)的要求。3結(jié)束語國六法規(guī)嚴苛的要求是各個車企面臨的巨大挑戰(zhàn)。通過路試可以看到，該車型的IUPR率滿足國