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引导式整车OBD自动核查系统的研究与应用论文

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  关键词:重型柴油发动机,引导式,OBD,自动核查系统

  0引言

引导式整车OBD自动核查系统的研究与应用论文

  车载诊断系统(Onboard Diagnostics,OBD)的发展可以追溯到20世纪80年代,当时主要用于监测汽车尾气排放。随着技术的进步,OBD系统逐渐发展成为一种全面的车辆诊断工具。目前,OBD系统已经发展到第二代(OBD-II),并在全球范围内得到广泛应用。OBD会对整车的主要零部件故障、劣化进行诊断和预测,从发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标,一旦超标,会马上发出警示。正确合理的控制策略能保证汽车满足较低的排放、良好的燃油经济性[1-2]。OBD排放控制原理:实时监测各个诊断功能的诊断状态,并且根据预先制定的故障处理策略在故障出现之后做出响应。(1)各个诊断功能的诊断状态。一旦某部件或功能出现故障,就为其建立历史记录,在未来对其进行跟踪处理;(2)预先制定的故障处理策略。每个故障部件或功能都已经制定了相应的故障处理策略。这些策略定义了采取何种方式处理这个故障,包括何时激活,或者熄灭MIL或者EPCL,是否把故障信息比如故障码和冻结帧输出给诊断仪等;(3)做出响应,即控制MIL、EPCL,把相应的信息输出,增加或者删除对故障的历史记录等[3-7]。发动机ECU进行OBD策略标定后需进行整车验证,验证预先制定的故障处理策略是否满足排放法规的要求[8-9]。现有的测试方法通常是人为操作,如手动断开连接传感器或者执行器,手动频繁地启车停车,同时利用INCA等标定工具进行相关的标定和读取,操作较为繁琐。

  本文在基本OBD诊断原理及相关排放标准分析的基础上,基于Auto-Box控制盒,对引导式自动化测试进行了研究和应用。

  1汽车OBD标准及国六排放标准分析

  OBD标准和相关协议是汽车OBD技术实现的基础,包括OBD-I、OBD-II、EOBD、JOBD等。OBD-I是汽车OBD技术的最早标准,它主要用于20世纪80年代至90年代早期的汽车,包括美国OBD-I、欧洲OBD-I和日本OBD-I等不同的协议标准;OBD-II是目前汽车OBD技术应用最普及和最成熟的标准,用于1996年后的汽车。OBD-II标准包括了车辆故障指示灯、通信协议、电子控制单元等要素,能够监测整个车辆系统,并传输故障码,为故障诊断提供了标准化的平台[10-11]。OBD-II协议包括了SAE J1850、ISO 9141-2、ISO 14230-4、ISO 15765-4四种不同的通信协议;EOBD(European On-Board Diag‐nosis,欧洲车载诊断系统)是欧盟制定的OBD标准,适用于欧洲市场的轻型汽车和轻型商用车。EOBD标准基于OBD-II标准,要求同样要监测一系列车辆的关键系统,也包括故障指示灯和故障码;JOBD(Japan On-Board Diagnosis,日本车载诊断系统)是日本制定的OBD标准,适用于日本市场的汽车,包括了JOBD-I和JOBD-II两个版本。JOBD标准是OBD-2标准的衍生产品,要求同样要监测车辆的关键系统,也容易进行故障诊断和维护。总之,不同的汽车市场会有不同的OBD标准和相关协议,但它们都有着相同的目标——实现对车辆系统的监测和故障诊断。

  随着重型柴油车国六排放标准的发布和实施,对OBD的试验检测提出了新的要求[12-13]。OBD应具备下列功能:(1)诊断影响发动机排放性能的故障;(2)在故障发生时通过报警系统显示;(3)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信[14-16]。重型国六标准与之前的重型国五标准相比,不但要求更加严格,过程更为复杂,而且需要对故障分类、故障计数器工作、MIL激活方式、报警系统激活、限扭和限速激活等多方面内容进行测试,增加了NOx报警系统,而且发动机部分试验周期更长[17-20]。

  2系统功能分析

  自动核查系统包括:OBD系统基本功能检查、故障灯检查、NOx控制系统检验、电器类故障模拟、功能类故障模拟、竞品分析6部分。

  2.1 OBD系统基本功能检查

  内容包括车辆类型、整车厂家、发动机订货号、发动机型号等基本信息的确认;检查整车驾驶室内的OBD端口附近是否有明确OBD标识,例如标签、文字、醒目标志等;检查整车驾驶室内的MIL灯颜色是否为黄色;整车就绪状态、整车实时数据流、车辆基本信息等基本诊断信息读取;确保无故障状态,整车上电,观察仪表盘MIL灯是否按照如图1模式点亮。

  2.2故障灯检查

  A类故障检测,相关标定操作后,确认整车MIL灯是否按照如图2(a)所示点亮。整车只上电不启动,首先持续点亮5 s,然后熄灭10 s,然后闪烁5次或持续点亮5 s,然后持续点亮;整车启动后,MIL灯持续点亮。

  B类故障检测,相关标定操作后,确认整车MIL灯是否按照如图2(b)所示点亮。整车只上电不启动,首先持续点亮5 s,然后熄灭10 s,然后闪烁5次或持续点亮5 s,然后间隔5 s每次闪烁3次;整车启动后,持续点亮15 s后,MIL灯熄灭。

  C类故障检测,相关标定操作后,确认整车MIL灯是否按照如图2(c)点亮。整车只上电不启动,首先持续点亮5 s,然后熄灭10 s,然后闪烁5次或持续点亮5 s,然后间隔5 s每次闪烁2次;整车启动后,MIL灯熄灭。

  2.3 NOx控制系统检验

  尿素品质功能测试,保持整车熄火状态,将车用尿素与纯水按照3∶1的比例混合后,加注到尿素箱中,尿素加注量无要求,整车仪表能显示出有液位即可。加注完成后,整车钥匙上电,按照相关指令操作。

  尿素液位功能测试,保持整车熄火下电状态,分别放空尿素使尿素液位到8%~10%之间、3%~5%之间、0%,整车上电,或者启车后,检查驾驶员报警灯、限扭、限速情况。

  2.4电器类故障模拟

  模拟执行器或者传感器开路故障,检测故障是否正确报出,修复故障后能否正常治愈。包括环境温度传感器、机油压力传感器、DPM上游温度传感器等,共20多个部件循环依次测试。

  2.5功能类故障模拟

  功能类故障模拟包括SCR上游NOx传感器可信性验证和SCR下游NOx传感器可信性验证。

  (1)整车载荷10%~100%,将传感器检测探头拆下并放置于空气中,T15上电并连接设备,设备连接成功后,进行路谱采集,整车循环运行,试验循环结束后,完成路谱采集,根据报出的故障码是否符合要求,输出显示故障码报出成功或者不成功。

  车辆载荷:选择最大载荷的10%~100%;

  试验路线:按照市区-市郊-高速行驶顺序进行,其中市区路的车辆行驶速度<50 km/h(平均车速15~30 km/h);市郊路的车辆行驶速度<75 km/h(平均车速45~70 km/h);高速路的车辆平均行驶速度>70 km/h。总计试验时间2 h。时间分配上,20%为市区路,25%为市郊路,其他55%为高速路。

  (2)故障报出正常后,整车下电,恢复传感器的连接。T15上电并连接设备,进行故障的治愈循环。

       2.6竞品分析

  竞品分析内容包括:整车就绪状态、整车实时数据流、车辆基本信息等基本诊断信息读取。整车就绪状态是确保车辆能够正常运行的重要前提,它可以通过整车OBD检测手段来实现。在整车OBD检测中,会通过读取车辆的故障码和数据流信息来判断车辆是否处于就绪状态,若车辆不处于就绪状态,则会提示相关的故障信息和处理方法,以便及时修复和调整车辆的排放系统。基本参数检测包括读取车速、发动机转速、水温、燃油消耗等基本参数;实时数据流监测包括车辆传感器和控制单元的数据,如氧传感器、空气流量计、进气压力等参数的数值状态;车辆基本信息包括车辆类型,整车厂家,整车VIN等信息。

  3系统设计及应用

  OBD自动核查系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统负责接收发动机真实传感器信号和输出执行器的实际驱动信号。软件系统负责给出具体测试以及控制指令,提供操作步骤指导;与ECU进行通信,传输测试数据,生成测试结果;形成测试路谱数据。

  3.1硬件系统

  Auto-Box控制盒处于ECU与发动机中间,ECU与发动机的连接被工具箱断开,三者构成一个回路。控制盒可以解析ECU输出的控制信号,也可以原样输出ECU的控制信号,也可篡改后输出。可以读取真实传感器信号,也可给出篡改后的信号。系统构成如图3所示。

  (1)Auto-Box控制。上位机软件发送指令,通过Auto-Box内置控制模块控制继电器的吸合或者释放,来实现整车启、停车,传感器或者执行器的通断。

  (2)诊断功能实现。4路CAN通信适配器:第1路实现上位机与ECU的通信,主要通过ISO 27145协议读取排放相关故障;第2路实现上位机与ECU的诊断,通过XCP协议获取ECU中MIL灯状态、限扭状态、故障是否可清除等状态信息;第3路实现上位机与Auto-Box的控制模块通信,实现整车开关,传感器或者执行器的通断;第4路备用。3路CAN通信有机结合,实现对整车启动,传感器及执行器,发动机ECU的整体控制,大大提高测试效率。

       3.2软件系统设计及测试结果分析
       软件界面分为:工具栏、功能栏、主显示区、副显示区,如图4所示。工具栏功能包括适配器连接、一键测试、读清故障码、结果导出等;功能栏包括OBD系统基本功能检查等6个模块;主显示区给出引导式测试流程显示;副显示区给出测试过程提示信息显示。

  (1)软件测试流程

  控制器连接成功后,加载对应数据版本的流程配置文件;测试前读取是否存在故障,排除故障后,依次进行OBD系统基本功能检查、故障灯确认、NOx控制系统检验、电气类部件故障模拟、功能类部件故障模拟、竞品信息读取6个模块的测试;每个模块按照预先加载的流程配置文件,按步骤依次进行引导式测试,软件自动实现发动机相关部件控制及测试结果分析判断,并记录;测试完成,导出测试报告。测试流程如图5所示。

  (2)测试报告导出

  测试结果包括OBD部件故障模拟查核报告、OBD系统基本功能检查报告、故障分类和报警灯报告、NOx控制系统的检验报告、竞品分析输出报告。如图6所示。

  (3)测试结果分析

  按照测试流程如图5,借助Auto-Box控制盒,通过引导式自动核查方式代替人工操作,实现精确控制,提高了准确性和稳定性,将整车OBD核查工作缩短至2 h内(除功能类故障模拟),极大地提高了工作效率;同时,测试报告自动生成,测试过程数据和路谱采集数据回传云端,有助于进行大数据分析。

  4结束语

  本文研究了重型国六标准下OBD核查试验,开发了一套引导式整车OBD自动核查的方法和系统,软件交互引导与硬件控制相结合,实现对整车启动控制、传感器与执行器的通断控制,自动导出和上传测试数据和分析结果。自动测试替代了复杂的手动操作过程,极大地提高了测试效率,降低了时间成本及人力成本。随着汽车技术的不断发展,OBD自动核查系统将面临更多的挑战和机遇,未来的OBD系统可能会具备以下特点:更加智能化,通过引入人工智能和大数据技术,实现更精确的故障诊断和预测;更强的互联性,通过车联网技术,实现远程诊断和实时数据传输;更广泛的应用领域,随着新能源汽车和自动驾驶技术的发展,OBD系统将在更多领域发挥重要作用。

  参考文献:

  [1]贾继德.汽车故障诊断中的信号处理方法[M].北京:化学工业出版社,2015:45-66.

  [2]张霞,张博琦,夏鸿文.柴油机后处理技术发展现状[J].交通节能与环保,2014,10(5):28-32.

  [3]戴金池,庞海龙,俞妍,等.柴油车DPF系统的OBD故障诊断策略研究[J].车用发动机,2020(1):80-85.

  [4]刘栋,任烁今,刘麟,等.重型柴油车整车OBD和NOx控制系统验证方法研究[C]//中国汽车工程学会.2021中国汽车工程学会年会论文集(4).北京:机械工业出版社,2021.

  [5]PYSCHOW C,GEISSELMANN A,BEIDL C.Minimizing real driving emissions of heavy-duty vehicles–exhaust systems and legislation[J].Chemie-Ingenieur-Technik:Verfahrenstechnik Technische Chemie Apparatewesen Biotechnologie,2018,90(6):132-138.

  [6]MC CULLOUGH G.Fault diagnostics for internal combustion en‐gines-current and future techniques[J].SAE Technical Papers,2007,116:553-564.

  [7]JOHNSON T V.Exhaust emission control considerations for die‐sel engines[M]//Encyclopedia of Automotive Engineering.Amer‐ican Cancer Society,2014.

  [8]侯方.电控共轨柴油机OBD控制策略研究及标定优化[D].大连:大连理工大学,2015.

  [9]刘浩业,张潇文,任烁今,等.重型柴油车远程OBD系统数据分析研究进展综述[J].能源环境保护,2023,37(1):58-64.

  [10]李文杰.在用柴油车OBD远程监控排放平台设计[D].合肥:合肥工业大学,2021.

  [11]谭肖.国六发动机新技术与新特点[J].石油知识,2020(4):18-19.

  [12]WALTER K.KS-1:Development trends of heavy duty diesel engines in view of future european legislative requirements[J].The International Symposium on Diagnostics and Modeling of Combustion in Internal Combustion Engines,2008,7.

  [13]景晓军,任烁今,汪晓伟,等.重型车下阶段排放法规基本思路与发展趋势[J].汽车安全与节能学报,2023,14(2):133-156.

  [14]原新涛.浅谈重型柴油发动机的排放标准与后处理技术[J].内燃机与配件,2019(24):70-71.

  [15]王昕.中外重型车排放标准研究[J].机械工业标准化与质量,2014(5):22-25,33.

  [16]蓝祖龙.重型车柴油机国六排放后处理技术分析[J].技术与市场,2020,27(03):78-80.

  [17]周大权,李吉爽,林树军,等.柴油机国六排放控制技术[J].汽车零部件,2020(6):106-109.

  [18]帅石金,刘世宇,马骁,等.重型柴油车满足近零排放法规的技术分析[J].汽车安全与节能学报,2019,10(1):16-31.

  [19]Anon.Evolution and comparison of medium and heavy commer‐cial vehicle emission regulation in domestic and abroad[J].Transpo World,2010.

  [20]唐李.商用车国六车型排放系统匹配研究[D].重庆:重庆理工大学,2021.

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