在新近出臺的輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段,即國六)征求意見稿中,除了相關尾氣排放及蒸發排放限值加嚴外,OBD部分的要求由國五參照EOBD轉向要求更為嚴格的美國加州CARB的OBDII,其中,在用監測頻率IUPR,相對國五,要求更加嚴格而具體,具體體現在:
1)相關監測的在用監測頻率IUPR比率限值相比國五階段的過渡值0.1提高到正常值,如對一般診斷,為0.336;
2)對相關特殊IUPR分母增加條件進行了更加詳細的規定。
在用監測頻率IUPR究竟為何物?要求加嚴會帶來哪些作用和影響?聽小編慢慢道來。
IUPR要求的由來
IUPR,英文全稱:In-UsePerformanceRatio,是EOBD(歐盟法規中OBD要求)的叫法,在CARB OBDII(美國加州排放法規中OBD要求)中叫IUMPR(In-Use Monitor Performance Ratio),是指在用車相關OBD監測功能的監測頻率。IUPR要求最早由CARB在OBDII update中定義,并要求2004MY以后的車型具備該功能。歐盟對其進行了相應的適應性簡化后在歐五/六法規(692/2008)中也引入了IUPR要求,要求歐五+以后車型應具備該功能。國五法規延續參照歐盟法規,因此,當前國五法規對IUPR的要求與歐五+相同。
IUPR要求是什么?IUPR要求實際上是OBD監測功能監測條件要求的一部分,監測條件是指對特定監測功能要求在什么條件下進行監測,監測條件越寬松,該監測功能越容易進行,對應故障的檢測就越及時,但診斷的可靠性會相應下降;反之亦然。由于OBD法規的本質目的是在用戶正常的車輛使用過程中檢測與排放相關的故障,以實現故障的及時維修,維持車輛正常的排放狀態,從而降低整體在用車排放水平,因此,OBD法規在對監測功能監測條件的要求上非常注重真實使用環境下對故障的檢測。
在沒有IUPR要求之前,權力機關對監測條件的要求是監測功能應該能夠排放循環中進行,這是因為,權力機關認為排放法規中定義的排放循環能夠代表本地區普遍的車輛運行工況條件,如:美國的FTP75循環、歐洲的NEDC循環。如果能夠在排放循環中檢測出故障,則一般情況下,在用戶真實的使用環境中也能檢測出故障。然而,權力機關發現由于明確了測試循環,整車廠在定義監測條件時會將其過分限定在排放循環的工況,導致監測功能盡管能夠在排放循環中進行,而在用戶實際使用過程中監測條件卻難以滿足,背離了在實際使用過程中檢測故障這一OBD法規的本質目的。
排放循環工況對在用車運行工況的代表性
為避免上述問題,權力機關除了要求監測條件能夠確保監測功能在排放循環中能夠進行外,還要求監測條件能夠保證監測功能在用戶真實的使用環境下有一定的監測頻率,這就是IUPR要求,因此,IUPR要求被設計為故障檢測及時性的指標。監測功能的IUPR比率越高,則代表該監測功能在用戶真實的使用環境下對故障的檢測越及時;反之,則說明該監測功能越難在用戶真實的使用環境下檢測出存在的故障。
IUPR的定義
為了確保在用監測頻率IUPR能夠反映故障檢測的及時性,權力機關對其進行了詳盡且明確的定義。
對某監測功能而言,IUPR比率為一個分子計數器和一個分母計數器的比值。
分子計數器的定義
分子計數器的定義對體現IUPR反映故障檢測及時性至關重要,它應該計量具備檢測出故障的駕駛循環的數量。
在國六法規中有一個嚴謹的定義:分子計數器用于測量車輛的運行經歷該監測功能檢測出故障所需的全部條件滿足的駕駛循環的次數。注意這里說的是條件滿足,而不是完成監測。這是因為,對于某些監測功能而言,在無故障情況下,判定部件正常相對容易,因而較容易完成監測,而在有故障情況下,檢測出故障相對困難,因此,如果以完成監測作為分子計數器增加的條件,會造成IUPR比率高的監測功能不一定能夠相對及時地檢測出故障,IUPR不能正確反映故障檢測的及時性。如果對上述“檢測出故障所需的全部條件滿足”換個說法的話,那就是分子計數器只有在監測功能能夠對可能的故障做出故障判定時才能增加,而在此之前增加是不符合法規對分子計數器的要求,都有可能造成IUPR比率的虛高,是權力機關所不能接受的。
正常判定條件與故障判定條件
在國六法規中,參照OBDII的規定對分子計數器增加條件進行了更加明確的規定:
特別強調了通過合格判定所必須的全部條件滿足并不能充分滿足分子計數器增加的條件。
對需要多階段或多事件才能作出故障判定的監測,也包含每個階段或每個事件進行所必須條件的滿足。
對采用介入式操作的監測,介入式操作發生和進行所必須的條件也應滿足。
對要求在“正常工作”下進行的監測,如二次空氣系統監測,應在其“正常工作”,即催化器加熱條件下,而非后續的介入式操作條件下增加分子計數器。
對監測結果可能出現在“灰色區域”及其他存在不能做出明確故障判斷的監測,分子計數器的增加方案應在原則上符合不能做出明確故障判斷之前不增加。
為確保分子計數器的增加嚴格符合法規的要求,聯合電子EMS系統中將監測功能區分為對稱性診斷和非對稱性診斷,以監測完成時是否具有明確故障判斷的依據。對對稱性診斷,當監測完成時,無論是否存在故障,監測功能都能給出故障或非故障的明確判斷,因此,監測完成的條件滿足等于分子計數器增加的條件滿足;對非對稱性診斷,在無故障情況下,監測完成時,監測功能只能給出無故障的判斷,而此時經歷的運行條件不能保證在有故障情況下,監測功能給出明確的有故障的判斷,因此,監測完成的條件滿足不等于分子計數器增加的條件滿足。為此,需要對非對稱診斷建立分子計數器增加的Z模型,通過虛擬有故障情況下監測功能的運行,確保分子計數器的增加嚴格符合法規的定義。
對稱性診斷與非對稱性診斷
分母計數器的定義
分母計數器用于對滿足基本條件的駕駛循環進行計數。對于一般監測功能,分母計數器應在以下條件(通用分母增長條件)滿足時增加:
海拔高度低于2440米,環境溫度大于等于-7℃時,發動機啟動后累計工作時間不少于600秒。
海拔低于2440米、環境溫度大于等于-7℃時,車速大于等于40km/h的累積運行時間大于等于300秒。
海拔高度低于2440米,環境溫度大于等于-7℃時,車輛持續怠速運行時間大于等于30秒。
對于某些僅在特殊條件工作的部件的監測功能,分母計數器的增加,還需滿足相關額外的條件:
對二次空氣系統,還應滿足二次空氣系統累積激活時間大于等于10秒的條件。
對蒸發系統診斷以及綜合部件及發動機冷卻系統的相關溫度傳感器合理性診斷,還應滿足冷起動條件:
在4℃~35℃的環境溫度下,啟動后累積運行時間大于600秒。
發動機啟動時冷卻液溫度在4℃~35℃之間,且不高于環境溫度7℃。
對某些執行部件的功能診斷,如VVT等,還應滿足執行部件被指令激活2次,每次大于2秒或累積激活時間大于等于10秒的條件。
對混合動力車輛,應以推進系統激活來替代上述的發動機啟動的條件,且還需增加發動機運行時間大于等于10秒的條件。
對高負荷脫附管路監測,分母計數器增加條件類比執行部件的功能診斷,要求在高負荷脫附條件滿足2次且每次大于2秒或者累積高負荷脫附條件滿足的時間大于等于10秒。對高負荷脫附的條件定義為進氣歧管壓力高于環境壓力7kpa。
IUPR的跟蹤和報告
OBD法規要求原則上對所有的非連續性監測功能都要進行IUPR的跟蹤,都要求符合IUPR限值要求,但僅對主要的監測功能要求通用掃描工具輸出,即IUPR的報告(報告分子、分母及比率),如:催化器、前氧傳感器、蒸發系統(泄漏監測)、EGR/VVT、二次空氣系統、顆粒捕集器、后氧傳感器等,對柴油機,還要求報告NOx后處理系統、增壓壓力控制系統等。
如果需要IUPR報告的部件具有多個監測功能,則應該對這些監測功能分別跟蹤IUPR,但僅報告比率最小的監測功能的IUPR值。
這樣整車廠和權力機關可以方便地通過通用掃描工具獲取主要部件監測的IUPR數據。
IUPR限值及判定標準
OBDII以及歐六的IUPR比率限值大體分為三類:
冷啟動相關監測,IUPR比率限值0.26;
蒸發系統監測(泄漏監測除外),IUPR比率限值0.52;
其他一般監測,IUPR比率限值0.336。
歐五+以及參照EOBD的國五,采用了過渡限值:0.1。國六法規中,對國五中已有的相關監測項,如催化器監測、前后氧傳感器監測、EGR/VVT等,IUPR比率限值由過渡限值0.1提高到最終限值0.336,體現法規對故障檢測及時性更高的要求;而對新增監測項,IUPR比率限值采用過渡限值0.1或放松的限值,如對蒸發系統1mm泄漏監測,規定了0.26的放松限值,這也體現了主管部門考慮國內實際情況,使得制造廠能夠有機會積累國內市場環境經驗,為以后更高的要求打下良好基礎。
在用監測比率IUPR比率限值比較
由于IUPR是一個統計意義上的法規要求,因此,任何單一車輛的IUPR值超過或低于限值,都不代表車型或車型系族符合或不符合法規要求。評判特定監測功能是否符合IUPR限值要求,應在按照相關標準對在用車進行抽樣數據采集基礎上,按照以下標準來對進行判斷(兩者都應滿足):
抽樣車該監測功能IUPR的平均值大于等于適用限值;
超過50%的抽樣車該監測功能IUPR大于等于適用限值。
結束語
在用監測頻率IUPR體現了特定車型或系族OBD監測功能故障檢測的及時性,但同時它又是一個統計意義上的指標,是對一個車型或系族市場上在用車整體情況的體現,任何單一車輛或不具代表性的局部市場上的IUPR數據都不說明任何問題。對特定監測而言,在市場上在用車IUPR比率表現,除了與車型自身的因素,如:車型分類(轎車、微面、SUV、MPV等)、變速箱形式(MT、AT、CVT、DCT等)等有關外,還強烈地受目標市場用戶的使用環境,如道路條件、交通狀態、駕駛員駕駛習慣以及氣候海拔等眾多因素的影響,因此,滿足IUPR的相關法規要求,需要EMS供應商與制造廠的共同努力,一方面,EMS供應商在監測策略設計、監測功能開發、監測功能匹配和驗證中,應充分考慮監測功能的魯棒性,以保證監測功能能夠在相對寬泛的條件下實現可靠的診斷;另一方面,制造廠應針對目標市場,組織進行強化的IUPR車隊驗證試驗,以驗證各監測項對IUPR要求的滿足,發現潛在的不符合性風險。在驗證試驗中,應充分考慮真實環境下一般用戶的實際駕駛情況,特別要杜絕背離用戶實際使用情況的簡單的里程累積,以免驗證試驗結果與將來市場整體表現出現嚴重偏差,使得驗證試驗失去意義。
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