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基于国六法规的混动汽车OBD系统开发

2020-03-21 14:16:19·  来源：联合电子  
　
2016年12月环境保护部、国家质检总局发布了国六排放标准《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（本文主要讨论标准中车载诊断OBD系统部分，简称
2016年12月环境保护部、国家质检总局发布了国六排放标准《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（本文主要讨论标准中车载诊断OBD系统部分，简称为国六OBD法规）, 新的国六法规无论在排放还是OBD部分都对各个整车厂和零部件供应商提出了非常高的要求。除此以外，国家对汽车环保的监管力度也越来越严格，对车辆的要求也不仅仅只限于公告认证，量产后如果发现有不满足OBD法规也可能导致巨额罚款甚至环保缺陷召回。因此OBD系统，特别是混合动力OBD系统的开发是国六项目开发中的重点和难点。
 
本文从法规需求解读，系统框架设计，子系统OBD需求分析等方面介绍混合动力汽车OBD系统方案设计开发。
 
01、国六OBD法规需求解读
 
国六OBD法规对发动机系统和混合动力系统都提出了更高的要求，下表为国六OBD阀值（基于WLTC循环测量），该阀值是参考欧洲OBD的要求，把NMHC和NOx合并起来，该阀值为燃油中性，也适用于混合动力汽车。
 
国六中增加很多对混合动力汽车要求的描述，主要内容如下所示：
  • 术语与定义中增加了混合动力汽车特殊的“发动机起动”、“驱动系统激活”、“燃油发动机运行”等定义。
  • 在一般要求和试验当中针对混合动力电动汽车特别提出可以采用“推进系统激活时间的累积时间”代替发动机起动后的累积时间；对混动部件的最小IUPR率也单独提出了要求；分母计算的增加混动也采用不同的计算方法等。
  • 对于混合动力零部件的监控要求主要集中J.4.14综合部件监测部分。主要单独对电量储存系统（REESS），混合动力电动汽车热管理系统，再生制动，驱动电机，发电机以及OVC-HEV 车辆 REESS 充电器相关混合动力零部件提出了明确的要求。除此以外如果该混合动力零部件或系统故障能导致排放超过 OBD 阈值；或属于其他监测系统/部件诊断策略的一部分，也需要按照综合零部件的要求进行诊断监测。
  • 标准化要求当中对混合动力电池组的剩余电量提出了扫描工具输出的要求等。
  • 法规其他部分也零星的对混合动力汽车提出单独的需求，本文不详细列举。
02、混合动力汽车OBD系统架构
 
混合动力汽车相比于传统内燃机汽车有着更多的控制单元，因此在OBD系统设计方面相比于传统车以发动机控制器为主的系统上也有所不同。因此为了保证整体OBD系统的效率需要对不同控制器的职责进行分工，通常OBD控制器定义有以下三类：
 
混合动力汽车OBD典型系统架构
 
Master控制器：作为OBD系统主控制器，一般Master控制器都由功能比较强大或负责范围较大的控制器来承担（比如发动机控制器ECU或整车控制器VCU）。Master控制器有完整的OBD功能。除此以外Master控制器负责部分重要通用信息的计算以及MIL灯的点亮。
 
Primary控制器：一般Primary控制器主要为负责重要的动力系统控制且有比较完整的OBD功能的控制器来承担。Primary控制器通常把MIL灯点亮需求发送给Master控制器，由Master控制器统一点亮，除此以外部分重要的Primary控制器（如不作为Master控制器的ECU或VCU）也输出通用信息。
 
Dep.secondary控制器：一般Dep.secondar控制器主要是较为重要且不能划归到智能部件，但缺乏完整的OBD功能的控制器。Dep.secondary控制器通常只能诊断故障但没有自己的故障管理系统，需要借助Master和Primary控制器来协助实现故障管理等OBD功能。
 
03、子系统OBD需求分析
正如下图所示，混合动力汽车相比传统内燃机汽车有着更多的新能源子系统，除发动机系统外，混合动力汽车还有着一套高压系统相关的子系统，例如下图中的充电系统，电池系统，各个子系统中还配备着相应的执行器和传感器等零部件。而国六OBD法规中综合零部件章节也对新能源部件子系统有新的要求。因此需要对新能源子系统功能进行分析，从而判断是否是OBD相关零部件或系统。
 
混合动力汽车典型动力总成系统
针对上图中繁多的混合动力汽车新能源子系统，需要按照下图中的思路，根据法规（Level1层级）中相关描述的要求，基于丰富的动力总成设计经验，对动力总成系统（Level2层级）的功能进行分解。通过功能从动力总成分解到子系统，将法规的需求分解到相关零部件及子系统（Level3层级）。
 
国六OBD法规需求分解图
 
以上图中一个典型的Level2层级的子系统的热管理系统为例进行分析：
国六法规当中对于热管理系统的OBD原文要求为：
（B）混合动力电动汽车热管理系统
（i）REESS 热管理系统 
 
a．根据 J.4.14.2.1 和 J.4.14.2.2 的要求，对 REESS 热管理系统（例如，加热或冷却）的单独的电子输入和输出部件进行监测。其中不包括用于混合动力电池热管理和完全由驾驶员控制的电子部件。 
 
按照上图当中的思路，从Level1层级逐步向Level3层级进行分解分析，从国六法规分析可以得知储能系统热管理相关的零部件都需要进行OBD诊断。因此要分析哪些零部件或子系统属于储能装置热管理系统，例如电池冷却/加热回路当中的水泵，温度传感器以及电池加热回路的PTC水泵，电池Chiller冷却回路的空压机等。需要根据实际项目中整车热管理拓扑结构进行详细分析。
 
除此以外，特别需要注意到，由于新能源系统的加入，可能对传统发动机的诊断策略甚至系统方案也会有所影响，也需要根据动力系统具体情况进行分析。
 
04、总结
本文从法规需求解读，系统框架设计，子系统OBD需求分析等方面初步介绍了基本的混合动力汽车OBD系统方案设计开发过程。而各个车企的混合动力系统都有所不同，针对项目车辆具体情况，联合电子作为国内资深的供应商，有着多达500多个国六整车项目批产经验，且最早的国六项目车型已经在市场上稳定运行超过一年，因此在OBD系统开发上有着丰富的经验，有能力为客户提供全套的国六OBD系统解决方案。  
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