車載終端覆蓋車輛燃油消耗量實時監測的可行性研究

肖舒穎 姚炎炎 楊博 宋桂曉 蔡正雷 管煒

（武漢菱電汽車電控系統股份有限公司，武漢 430048）

縮略語

OBFCM On-Board Fuel and/or Energy Consumption Monitoring

WLTP World Light Vehicle Test Procedure

NEDC New European Driving Cycle

OBD On Board Diagnostics

ECU Electronic Control Unit

UDS Unified Diagnostic Services

CD Charge Depleting

PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle

HEV Hybrid Electric Vehicle

TSP Telematics Service Provider

SCR Selective Catalytic Reduction

DPF Diesel Particulate Filter

MIL Malfunction Indicator Light

IUPR In Use(Monitor)Performance Ratio

0 引言

“雙碳”目標推動著我國生產和經營方式綠色轉型，而控制汽車排放作為降低碳排放的主戰場之一，是實現“碳達峰”的重要方向。二氧化碳排放達峰時間越早，峰值排放量越低，越有利于實現長期“碳中和”目標[1]。

同樣，歐盟委員會（EC）從2009 年開始也制定了有約束力的目標來減少輕型車CO2排放。然而，原輕型汽車測試循環采用的新歐洲駕駛循環（New Europe?an Driving Cycle，NEDC）為穩態工況，相比之下，實際道路行駛中影響油耗和排放的因素很多，這導致輕型汽車CO2排放量監測值和實際值存在顯著差異，這種差異被稱為油耗差距。油耗差距逐年增加，從2006年的6%增長到了2017 年的40%[2]，為此，歐盟發布了全球輕型車測試規程（World Light Vehicle Test Proce?dure,WLTP），以更真實地捕獲輕型車輛的能源、燃料消耗和CO2排放。基于以上情況，歐盟委員會（EC）規定使用車載燃料和能源消耗監測（On-Board Fuel and/or Energy Consumption Monitoring, OBFCM）設備收集道路上車輛的燃料和能源消耗數據[3]。

國內對于OBFCM的研究仍處于探索采集數據和計算油耗值的階段，本文中車載終端可以實現精確計算，遠程服務提供商（Telematics Service Provider，TSP）平臺可以支撐大數據平臺建設，車載終端覆蓋OBFCM的研究填補了研究OBFCM 領域實際應用上的空白。引入OBFCM 裝置對我國汽車減少碳排放有重要意義，但OBFCM相關法規和指導政策的缺失，無疑為一些汽車企業的產品出口帶來了負擔和壓力。

1 法規分析

1.1 OBFCM

歐盟近年來出臺了一系列法規對于OBFCM進行規范要求（圖1）。COMMISSION REGULATION（EU）2017/1151 提出，對于法規4a 條規定的車輛上配備的OBFCM 裝置，應能夠記錄由發動機控制單元測量和計算得到的參數最精確值，并按照相關標準修約后儲存于車輛上。COMMISSION REGULATION（EU）2018/1832 中明確了車載燃料或能源消耗監測裝置（OBFCM）的概念，即“任何一個這樣的軟件/硬件設計：可檢測并利用車輛、發動機以及燃油/電能參數，以確定和提供不少于表中所列信息，并把使用壽命期累積值（Lifetime value）存儲在車輛上”[4]，要求采集的數據精度小于等于±5%，且燃料消耗量數據流應能滿足現行的車機通訊標準。COMMISSION REGULATION（EU）2021/392 中，要求制造商自2021 年1 月1 日起，收集新登記車輛的真實油耗數據。從2023年5月起，當車輛接受定期技術檢查時，成員國也應收集真實世界的燃料和能源消耗數據，并應每一日歷年向歐盟報告[5]。在OBFCM方面，歐盟的現有法規體系對于我國建設相關標準體系具有重要的參考意義。

圖1 OBFCM發展關鍵點

1.2 車載終端

車載終端，即“安裝在電動汽車上，采集和保存整車及系統部件的關鍵狀態參數并發送到平臺的裝置或系統”。我國車載終端的標準框架已逐步搭建并在日益完善中，2016年發布的GB/T 32960—2016[6]系列標準搭建了電動汽車遠程服務與管理系統的標準框架，規定了車載終端的功能要求、性能要求和數據包結構、數據單元格式，并提出了對應的合規性測試方法。隨后發布的GB 17691—2018《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[7]中也新增了關于車載終端的技術要求和通信數據格式的規范性附錄。GB/T 40855—2021《電動汽車遠程服務與管理系統信息安全技術要求及試驗方法》[8]中，對車載終端和平臺提出明確的信息安全要求，并給出對應的試驗方法。在2022年7月1日起實施的HJ 1239—2021《重型車排放遠程監控技術規范》[9]中，則對車載終端新增了信息安全和整車測試相關的要求。從最初對產品定義、功能要求及測試方法的規范到如今對信息安全和數據合規提出了更高要求。車載終端法規內容的充實，標志著車載終端標準框架的發展和完善，為產業提供了日趨成熟的標準體系。

汽車正在朝著智能化、網聯化快速發展。在日趨完備的法規標準框架下，車載終端具有成為車輛信息核心模塊的趨勢[10]。以往車輛搭載車載診斷系統、行車記錄儀設備的成功先例，為搭載OBFCM 提供了經驗。同時，車載終端市場已發展成為較成熟的市場，對于OBFCM來說是一個很好的平臺。

2 可行性分析

2.1 功能對比

功能上，OBFCM 應提供發動機控制單元的測量和計算系統最精確的數據。OBFCM 應能確認不少于表1的數據，并將生命周期累計值儲存在車輛上。

表1 OBFCM數據參數[11]

插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Ve?hicle，PHEV）車輛至少需要提供以上所有參數，傳統動力車輛和混合動力車輛（Hybrid Electric Vehicle,HEV）至少提供燃油總消耗量、總里程、發動機燃油消耗率、整車燃油消耗率和車速數據參數。

車載終端T-Box 是智能網聯汽車的關鍵零部件，具有連接車主、TSP平臺和政府平臺的功能，是車內信號和車外信號的匯聚中心[12]。涉及車載終端功能的現行法規（GB/T 32960, GB 17691, HJ 1014, HJ 1239）均要求車載終端具有數據采集功能，且要求采集的數據中均包含車輛的車載自動診斷系統（On Board Diagnostics,OBD）信息。以HJ 1239.1—2021 和GB/T 32960.2—2016為例，標準中功能要求見表2。

表2 功能要求

以HJ 1239.1—2021《重型車排放遠程監控 技術規范》為例，該標準要求車載終端采集的數據包括發動機排放相關數據和整車數據。具體數據要求如表3。

表3 HJ 1239.1—2021采集數據要求

對比發現，OBFCM 只采集發動機控制單元中能耗相關的數據和對應的使用壽命累計值，而車載終端采集的數據信息覆蓋面更廣，且部分涵蓋OBFCM 中記錄數據。歐盟推行OBFCM強制在車上搭載的要求主要是加強對汽車燃料消耗量或電能消耗量的監測，旨在消除排放差異以期達到更好管控能源與排放，盡快實現“碳中和”的目的。而車載終端搭載更多的功能，其中不同的端口發揮著不同的作用。因此，車載終端覆蓋OBFCM 的研究對于車輛自身狀態監控、汽車主機廠遠程操控和政府監管數據收集以及交通系統完善工作意義重大。

2.2 技術關鍵點

根據我國現行的GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，輕型乘用車應兼容ISO 15765-4:2016《道路車輛—對控制器區域網（CAN）的診斷第4 部分：與排放有關系統的要求》規范[13-14]。

COMMISSION REGULATION（EU）2018/1832 要求，OBFCM系統收集的數據應符合UN/ECE R83中附錄1、附件11 的相關規定，即滿足ISO 15031-5:2015《道路車輛—車輛與排放有關診斷用的外部試驗裝置之間的通訊第5部分：排放有關的診斷服務》[15]或滿足基于統一診斷服務（Unified Diagnostic Services，UDS）協議的OBD 診斷服務和測試模式標準SAE J1979-2 APR2021[16]版相關要求，這意味著OBFCM收集的數據格式規范與對OBD 的數據要求一致。其中ISO15031-5: 2015 排放有關診斷服務規定了診斷數據的輸出格式和單位。此外，SAE J1979-2 APR2021也定義了輸出標準，功能與ISO 15031-5:2015 一致。ISO 15031-5:2015和SAE J1979-2 APR2021的標準兼容CAN和K_line通訊，國五和國四階段的乘用車大部分使用的是K 線，國六階段全部統一使用CAN 總線。依照ISO 15031-5:2015規定的數據格式和數據類型，可以實現車輛數據應答和雙向控制信息交互。

OBFCM集成于車載終端技術關鍵在于以下2點：（1）UDS 服務；（2）平臺協議。通過UDS 服務采集表1中的信息并上報；開發分2 部分：（1）UDS 讀取；（2）上傳平臺，即平臺協議開發。UDS 診斷服務[17]基于ISO14229-1:2020[18]，對于OBFCM通信開發，可以參考OBD 診斷通信[19]：定義網絡層協議要求參照ISO 15765-4:2016；硬件實現方式為訪問CAN 控制器。OBFCM需提供的數據（表1）被相應傳感器測出后，由車載終端通過CAN 線采集并儲存，以支持CAN 接口導出和主動上報。

對于表1中含Lifetime標識的參數，應當永久保存在車載終端內，計數器不應復位。以下情況為特例：

（1）只有電子控制單元（Electronic Control Unit,ECU）因設備斷電導致數據丟失的情況發生時，才可以在蓄電池與車輛斷開時給Lifetime value 計數器作復位（Reset，電控單元復位-$11服務）。

（2）更換ECU，或Lifetime計數器出現故障。

（3）UN/ECE R83 法規Annex I-Appendix I 中另有規定。

2.3 風險與可行性

目前，已有國產品牌將OBFCM 功能集成于車載終端上的先例。某國產品牌為滿足海外版車輛出口認證需求，對其T-Box 供應商提出開發具有OBFCM功能車載終端的要求。實際開發中，其報文格式和精度均按照出口國相應的OBD 格式（ISO 15031-5：2015）進行開發，并順利通過該國檢測認證。

功能不斷拓展的車載終端有望涵蓋OBFCM裝置的功能要求，將OBFCM裝置的要求集成于車載終端在功能對比上具有可行性。OBFCM的UDS診斷協議與OBD 相同，且同樣基于CAN 控制器。在技術層面來看，難點在于軟件開發，風險點在于平臺協議開發[16]。車載終端覆蓋OBFCM 仍有一定挑戰性，但整體上可以實現，具有一定的可行性。

3 結束語

OBFCM 裝置在我國處于起步階段，國外標準對我國OBFCM法規體系的建設具有重要參考價值。國內OBFCM 裝置應用前景廣闊，車載終端也在飛速發展。從汽車節能減排政策和汽車智能網聯化發展方向來看，OBFCM與車載終端集成發展前景廣闊。

車載終端功能上覆蓋較廣，基本涵蓋了OBFCM裝置的監測項，需增加對燃油消耗率的讀取和上報功能。

OBFCM 需上傳的數據可以通過CAN 總線采集，通過車載終端傳輸并保存。目前診斷通信與國六標準兼容。對于汽車企業，開發難點和關鍵點在于UDS讀取和平臺協議開發。

綜上，車載終端集成OBFCM在法規政策上、功能上以及技術上都可以實現。由此可見，車載終端覆蓋OBFCM具有可行性。