【解讀】基于國六法規(guī)的混動汽車OBD系統(tǒng)開發(fā)

來源 / 聯(lián)合電子

2016年12月環(huán)境保護部、國家質(zhì)檢總局發(fā)布了國六排放標準《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（本文主要討論標準中車載診斷OBD系統(tǒng)部分，簡稱為國六OBD法規(guī)）, 新的國六法規(guī)無論在排放還是OBD部分都對各個整車廠和零部件供應商提出了非常高的要求。除此以外，國家對汽車環(huán)保的監(jiān)管力度也越來越嚴格，對車輛的要求也不僅僅只限于公告認證，量產(chǎn)后如果發(fā)現(xiàn)有不滿足OBD法規(guī)也可能導致巨額罰款甚至環(huán)保缺陷召回。因此OBD系統(tǒng)，特別是混合動力OBD系統(tǒng)的開發(fā)是國六項目開發(fā)中的重點和難點。

本文從法規(guī)需求解讀，系統(tǒng)框架設計，子系統(tǒng)OBD需求分析等方面介紹混合動力汽車OBD系統(tǒng)方案設計開發(fā)。

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國六OBD法規(guī)需求解讀

國六OBD法規(guī)對發(fā)動機系統(tǒng)和混合動力系統(tǒng)都提出了更高的要求，下表為國六OBD閥值（基于WLTC循環(huán)測量），該閥值是參考歐洲OBD的要求，把NMHC和NOx合并起來，該閥值為燃油中性，也適用于混合動力汽車。

國六中增加很多對混合動力汽車要求的描述，主要內(nèi)容如下所示：

·術語與定義中增加了混合動力汽車特殊的“發(fā)動機起動”、“驅(qū)動系統(tǒng)激活”、“燃油發(fā)動機運行”等定義。

·在一般要求和試驗當中針對混合動力電動汽車特別提出可以采用“推進系統(tǒng)激活時間的累積時間”代替發(fā)動機起動后的累積時間；對混動部件的最小IUPR率也單獨提出了要求；分母計算的增加混動也采用不同的計算方法等。

·對于混合動力零部件的監(jiān)控要求主要集中J.4.14綜合部件監(jiān)測部分。主要單獨對電量儲存系統(tǒng)（REESS），混合動力電動汽車熱管理系統(tǒng)，再生制動，驅(qū)動電機，發(fā)電機以及OVC-HEV 車輛 REESS 充電器相關混合動力零部件提出了明確的要求。除此以外如果該混合動力零部件或系統(tǒng)故障能導致排放超過 OBD 閾值；或?qū)儆谄渌O(jiān)測系統(tǒng)/部件診斷策略的一部分，也需要按照綜合零部件的要求進行診斷監(jiān)測。

·標準化要求當中對混合動力電池組的剩余電量提出了掃描工具輸出的要求等。

·法規(guī)其他部分也零星的對混合動力汽車提出單獨的需求，本文不詳細列舉。

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混合動力汽車OBD系統(tǒng)架構(gòu)

混合動力汽車相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車有著更多的控制單元，因此在OBD系統(tǒng)設計方面相比于傳統(tǒng)車以發(fā)動機控制器為主的系統(tǒng)上也有所不同。因此為了保證整體OBD系統(tǒng)的效率需要對不同控制器的職責進行分工，通常OBD控制器定義有以下三類：

混合動力汽車OBD典型系統(tǒng)架構(gòu)

Master控制器：作為OBD系統(tǒng)主控制器，一般Master控制器都由功能比較強大或負責范圍較大的控制器來承擔（比如發(fā)動機控制器ECU或整車控制器VCU）。Master控制器有完整的OBD功能。除此以外Master控制器負責部分重要通用信息的計算以及MIL燈的點亮。

Primary控制器：一般Primary控制器主要為負責重要的動力系統(tǒng)控制且有比較完整的OBD功能的控制器來承擔。Primary控制器通常把MIL燈點亮需求發(fā)送給Master控制器，由Master控制器統(tǒng)一點亮，除此以外部分重要的Primary控制器（如不作為Master控制器的ECU或VCU）也輸出通用信息。

Dep.secondary控制器：一般Dep.secondar控制器主要是較為重要且不能劃歸到智能部件，但缺乏完整的OBD功能的控制器。Dep.secondary控制器通常只能診斷故障但沒有自己的故障管理系統(tǒng)，需要借助Master和Primary控制器來協(xié)助實現(xiàn)故障管理等OBD功能。

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子系統(tǒng)OBD需求分析

正如下圖所示，混合動力汽車相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車有著更多的新能源子系統(tǒng)，除發(fā)動機系統(tǒng)外，混合動力汽車還有著一套高壓系統(tǒng)相關的子系統(tǒng)，例如下圖中的充電系統(tǒng)，電池系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)中還配備著相應的執(zhí)行器和傳感器等零部件。而國六OBD法規(guī)中綜合零部件章節(jié)也對新能源部件子系統(tǒng)有新的要求。因此需要對新能源子系統(tǒng)功能進行分析，從而判斷是否是OBD相關零部件或系統(tǒng)。

混合動力汽車典型動力總成系統(tǒng)

針對上圖中繁多的混合動力汽車新能源子系統(tǒng)，需要按照下圖中的思路，根據(jù)法規(guī)（Level1層級）中相關描述的要求，基于豐富的動力總成設計經(jīng)驗，對動力總成系統(tǒng)（Level2層級）的功能進行分解。通過功能從動力總成分解到子系統(tǒng)，將法規(guī)的需求分解到相關零部件及子系統(tǒng)（Level3層級）。

國六OBD法規(guī)需求分解圖

以上圖中一個典型的Level2層級的子系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)為例進行分析：

國六法規(guī)當中對于熱管理系統(tǒng)的OBD原文要求為：
（B）混合動力電動汽車熱管理系統(tǒng)
（i）REESS 熱管理系統(tǒng)
a．根據(jù) J.4.14.2.1 和 J.4.14.2.2 的要求，對 REESS 熱管理系統(tǒng)（例如，加熱或冷卻）的單獨的電子輸入和輸出部件進行監(jiān)測。其中不包括用于混合動力電池熱管理和完全由駕駛員控制的電子部件。

按照上圖當中的思路，從Level1層級逐步向Level3層級進行分解分析，從國六法規(guī)分析可以得知儲能系統(tǒng)熱管理相關的零部件都需要進行OBD診斷。因此要分析哪些零部件或子系統(tǒng)屬于儲能裝置熱管理系統(tǒng)，例如電池冷卻/加熱回路當中的水泵，溫度傳感器以及電池加熱回路的PTC水泵，電池Chiller冷卻回路的空壓機等。需要根據(jù)實際項目中整車熱管理拓撲結(jié)構(gòu)進行詳細分析。

除此以外，特別需要注意到，由于新能源系統(tǒng)的加入，可能對傳統(tǒng)發(fā)動機的診斷策略甚至系統(tǒng)方案也會有所影響，也需要根據(jù)動力系統(tǒng)具體情況進行分析。

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總結(jié)

本文從法規(guī)需求解讀，系統(tǒng)框架設計，子系統(tǒng)OBD需求分析等方面初步介紹了基本的混合動力汽車OBD系統(tǒng)方案設計開發(fā)過程。而各個車企的混合動力系統(tǒng)都有所不同，針對項目車輛具體情況，聯(lián)合電子作為國內(nèi)資深的供應商，有著多達500多個國六整車項目批產(chǎn)經(jīng)驗，且最早的國六項目車型已經(jīng)在市場上穩(wěn)定運行超過一年，因此在OBD系統(tǒng)開發(fā)上有著豐富的經(jīng)驗，有能力為客戶提供全套的國六OBD系統(tǒng)解決方案。

來自電機新視界公眾號