基于國Ⅴ國Ⅵ排放標準的汽車智能OBD 診斷

劉 煜，林夢茹，蔡文兵，曹青青，毛柯然

（1.比亞迪汽車有限公司，陜西 西安 710018；2.比亞迪汽車工業有限公司，廣東 深圳 518118）

隨著中國對汽車排放污染物的排放要求日趨嚴格，NOX、顆粒物PM等污染物的排放限制及測量是研究的熱點，國Ⅴ國Ⅵ階段，汽車需滿足GB 17691/GB 18285/GB 3847標準中對OBD信息及車輛運行數據流的要求。帥石金等從宏觀和微觀兩個層面對集成后處理的部件三效催化轉化器、顆粒捕集器設計故障診斷算法和輕型車國ⅥOBD技術要求進行總結[1]。于津濤等對國Ⅵ法規進行分析解讀，對某款發動機的故障分類、MIL燈激活方式、限扭限速激活等方面進行測試[2]。吳向暢等開發了OBD系統，包括故障檢測、故障管理以及基于CAN的通信協議棧，并以氧傳感器的響應速率監測證明系統運行的有效性[3]。丁蓉蓉等針對國Ⅵ后處理系統的開發，確定了滿足法規要求的后處理方案滿足OBD診斷的相關要求[4]。丁莉等將國Ⅵ與國Ⅴ排放標準進行對比分析，提出實際行駛污染物的排放試驗要求，增加OBD信息的相關監控[5]。

1 OBD測試評價模型拓撲圖設計

1.1 OBD診斷系統設計

智能OBD排放診斷系統如圖1所示，包括由汽車整車網絡、車輛相關控制器、網絡間連接器、發動機及其控制器、排放后處理裝置和云端服務器組成的輸入端，OBD診斷系統作為的控制端，以及完成國Ⅴ國Ⅵ車型、柴油機/氣體機車型、地方標準檢驗的執行端。系統性進行國Ⅴ/國ⅥOBD檢測，針對診斷柴油機及氣體機車型進行自動化檢驗，滿足不同標準對發動機運行信息的要求，并且可以做到實時更新軟件程序，保證檢測結果的準確性，實現排放檢驗自動化、智能化檢驗。

圖1 OBD診斷系統框架圖

1）輸出端：由OBD插接頭和排放終端插接頭連接整車網絡系統。發動機控制器連接發動機，采集排放后處理裝置的信息，診斷網段和排放終端網段通過網絡間連接器相連，診斷系統從云端獲取最新程序。

2）控制端：診斷系統通過發送診斷報文請求，發動機控制器回復發動機運行信息。

3）執行器端：診斷系統進行故障燈閃爍邏輯判斷、診斷支持就緒狀態判斷、診斷網絡和排放終端網段的路由校核、ISO 27145/GB 17691/GB 18285符合性校驗、地標符合性校驗，并將結果進行綜合判斷。

1.2 智能OBD診斷評價拓撲圖建立

診斷系統向云端服務器請求最新數據版本，用以匹配最新的ISO 15031/ISO 27145/GB 17691/GB 18285標準。當診斷系統接收到輸入端發出的診斷回復報文后，啟動執行器端進行判斷，具體包括國Ⅴ國Ⅵ判斷、故障燈閃爍邏輯判斷、柴油機氣體機判斷、診斷支持就緒狀態判斷、OBD網段路由校驗、排放終端網段路由校驗、ISO 15031/ISO 27145/GB 17691/GB 18285標準判斷、地標符合性判斷，并綜合給出判斷結果，如圖2所示。

圖2 智能OBD診斷評價拓撲圖

2 模型驗證

2.1 OBD測試評價權重系數模型

從標準符合性、功能準確度、安全性、舒適性角度分析，建立OBD測試評價權重系數模型，如圖3所示。

圖3 OBD測試評價權重系數模型

對OBD排放診斷測試建立評價體系，從故障符合性、支持就緒狀態符合性、路由校驗符合性、標準符合度進行判斷，運用層次分析法（AHP）確定其權重系數。構造描述OBD測試系統功能或特征的遞階層次結構，通過兩兩比較評價因素的相對重要性，給出對應的比例標度。

2.2 構造判斷矩陣

運行層次分析法構造合理且保持一致性的判斷矩陣，采用1～9比例尺度對OBD測試的重要度進行賦值，具體見表1，重要程度比較結果見表2，得到判斷矩陣A。

表1 判斷矩陣標度及含義

表2 重要程度比較結果

根據表2的結果，得到比較判斷矩陣A，如式（1）所示。

2.3 確定OBD排放診斷評價指標的權重

對圖3中OBD測試評價權重模型的指標A1、A2、A3、A4的權重進行計算，并進行一致性檢驗。對于判斷矩陣A，采用和積法求解其矩陣特征根。

1）對于OBD測試判斷矩陣A按列規范化，即對每一列正規化，如下：

2）按行相加得和向量如下：

3）對OBD測試判斷矩陣A進行平均，將得到的和向量正規化，即得到權重向量，如下：

4）計算最大特征根γmax如下：

5）進行一致性檢驗C.I.，如下：

2.4 OBD排放測試的定量評價

運用模糊綜合評價法依據模糊數學的隸屬度理論將OBD排放測試的定性評價轉化為定量評價。

1）在指標體系確定的基礎上，針對單因素Ui（i=1，2，3，…m，m為等級數）進行單因素評判，得到對應的評價等級Vj（j=1，2，3，…n，n為等級數）的隸屬度rij。由此，m個因素的評價結果構成一個評價矩陣R，即確定從U到V的模糊關系R，將R按行或列進行歸一化，如式（7）所示。

2）確定權重及單因素評價模型，先通過層次分析法得到權重集A=（a1，a2，…am），然后將其與評價矩陣R進行合成，即得到各因素的模糊綜合評價模型，如式（8）所示。

模糊評價模型如表3所示。

表3 模糊評價模型

以故障符合度為例，根據確定的各級權重依次分級計算各元素的評價結果。第2層元素綜合評價矩陣C11，C12，C13，C14，由權重系數模型A11，A12，A13，A14和模糊評價模型R11，R12，R13，R14計算得出，如下：

第1層元素故障符合性矩陣C1由權重系數A1和模糊評價矩陣R1得出，如下：

其余支持就緒狀態符合性、路由校驗符合性、標準符合性計算步驟與故障符合度相同。

3）計算綜合評價得分。通過隸屬度等級確定對應的分數集μ=[1.0 0.8 0.6 0.4 0.2]。綜合得分G由下式計算得出：

3 總結

本文研究了基于國Ⅴ/國Ⅵ階段排放標準的汽車智能OBD診斷方法，通過設計智能OBD診斷評價拓撲圖，建立OBD測試評價權重系數模型，從標準符合度、功能準確度、安全性、舒適性進行綜合評價，該測試評價體系目前尚在研究階段，需要進行進一步的模型仿真和實驗驗證，用以應用到OBD排放測試評價中。