重型汽车
标准评析美国重型车用柴油机OBD通用要求解读
■  岳崇会
（潍柴动力股份有限公司）
摘  要：众所周知，美国重型车用柴油机OBD要求严格，因此，研究美国重型车用柴油机OBD要求对中国产品的国际化具有实际意义。本文研究了美国加州空气局1971.1要求，对HD OBD通用要求进行了阐述，重点说明了MIL要求、故障码要求、IUMPR要求、故障标准、实施计划。结束时简单说明了国六，欧六，HD OBD通用要求的区别，方便工程师理解美国OBD标准，开发出更多符合国内国际的通用产品，促进更多中国产品走出国门。
关键词：重型柴油机，重型车，OBD法规，通用要求
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2021.13.026
Interpretation of OBD General Requirements for Diesel Engines on Heavy-
duty Vehicle in the United States
YUE Chong-hui
（Weichai Power Co., Ltd.）
Abstract: As is known to all, the OBD requirements of heavy-duty diesel engine in the United States are strict, so it makes sense to study the OBD requirements of heavy-duty diesel engine in the United States for internationalization of Chinese products. This paper takes the California Air Resources Board's 1971.1 requirements as an example, and elaborates the general requirements of HD OBD, explains the MIL requirements, fault code requirements, IUMPR requirements, failure standards, and implementation plans. It compares and analyzes the general requirements of China 6, Europe 6 and HD OBD, which is convenient for engineers to understand the American OBD standard, develop more common products in line with domestic and international standards, and promote more Chinese products to go abroad. Keywords: heavy-duty diesel, heavy-duty vehicle, OBD regulation, general requirements
1    引 言
随着中国改革开放不断延伸，中国产品也走向了世界各国。每个国家和地区对于产品都有标准要求，柴油机作为产品进入美国市场，必须遵照美国法规进行认证。为了减少车辆发动机排放，确定排放监测标准和其他OBD的要求，美国加州空气局制定了相关的OBD法规要求。因此，进入美国市场的重型车用柴
油机必须满足美国加州空气局OBD法规要求。本文对美国柴油机OBD法规进行了分析研究，重点表述了美国重型柴油机OBD通用要求。
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2    美国OBD法规要求概述
美国OBD法规要求主要有OBDⅡ标准和HD OBD标准两种，另外还应包含一些不定期讨论发布或是隐含在其他法规章节的非道路用OBD要求以及船用OBD要求。OBDⅡ标准是美国加州空气局（CARB）对乘用车、中轻型卡车的OBD要求，主要体现在1986.2章节。HD OBD标准是美国加州空气局（CARB）对中重型卡车的OBD要求，主要体现在1971.1章节。因此，美国重型车用柴油机主要是要满足1971.1章节规定。
3    HD OBD要求
3.1  1971.1法规简介
1971.1法规旨在建立2010及以后型式年重型发动机OBD要求。1971.1主要包括以下内容：
a）目的
b）适用性
c）术语
d）通用要求
e）柴油机/压燃式发动机监测要求
f）汽油机/点燃式发动机监测要求
g）所有发动机的监测要求
h）标准化要求
i）监控系统认证演要求
j）认证材料
k）缺陷
l）在用发动机/整车验证试验
本文重点解读1971.1中D章节要求。
3.2  相关术语
3.2.1 MIL（malfunction indicator light）
故障指示器。
3.2.2 待定故障码（pending fault code）
当监测系统检测到在当前或上一个已完成的操作过程中可能存在故障时，OBD系统储存的故障代码。
3.2.3 确认故障码（confirmed fault code）
指的是OBD系统已经确认存在并存储的故障码。
3.2.4 点亮MIL故障码（MIL-on fault code）
已确认的并且点亮MIL灯的故障。
3.2.5 永久故障码
存储在非易失存储器中且当前正在点亮MIL灯的故障码。
3.2.6 点火循环
从发动机启动，发动机转速达到低于暖机怠速（50-150）转至少（2±1）秒，到发动机关闭称为一个点火循环。
3.2.7 暖机循环
发动机从启动开始至少上升40华氏摄氏度（约22℃），并且至少达到140华氏摄氏度（约78℃）。
3.2.8 重型汽车
最大设计总质量超过14000磅（约为6.35吨）的车辆。
3.2.9 驾驶循环
满足下列任一条件，都定义为一个驾驶循环：
（a）开始于发动机启动，结束于发动机关闭；
（b）开始于发动机启动，结束于4小时连续发动机运行；
（c）开始于上次的4小时连续运行，结束于下一个4小时连续运行 ；
（d）开始于上次的4小时连续运行，结束于发动机关闭。
3.2.10 OBD父等级（OBD parent rating）
最大销量的发动机系族中最大销量的发动机等级。
3.2.11 OBD子等级（OBD child rating）
最大销量的发动机系族中除OBD父等级外的其他发动机等级。
3.2.12 OBD组
具有相同OBD策略和相似OBD标定的发动机，
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发动机系族，发动机等级
3.2.13 发动机等级
发动机系族中排量、额定功率、标定（燃料、排放和发动机控制）、AECD、其他发动机和排放控制部件构成的唯一组合。
3.2.14 AECD
排放辅助控制器，指的是使能、禁止、延迟排放控制系统的任何部件或者参数。
3.3  HD OBD 通用要求
3.3.1 概述
OBD通用要求是MIL、故障码、IUMPR、故障标准等相关要求。如果发动机存在故障，则OBD系统应检测到故障，在车载计算机存储器中存储待定，已确认，MIL-on或以前MIL-on故障码并根据需要激活MIL。OBD系统应配备标准化的数据链路连接器，以便访问存储的故障代码。
OBD系统应设计成在没有任何必要定期维护的情况下运行，在发动机的实际使用寿命过程中运行，并且不可以根据车辆的年龄和/或里程而进行编程或在发动机的实际使用期间设计为停用。如果不使用专门的工具和程序，计算机编码的发动机操作参数不能更改。
3.3.2 MIL要求
HD OBD要求MIL安装在驾驶员侧仪表板的醒目位置，在所有照明条件下都能清晰可见，并且在激活时应呈现琥珀。MIL激活时应显示ISO标准的发动机标志，并且只使用一个MIL就能指示单个车辆上OBD系统检测到的所有故障。
在发动机起动之前，MIL在发动机上电不起车时点亮激活，以表明MIL功能正常。在此功能检查期间，MIL持续亮起至少15秒。在对MIL进行功能检查期间，没有检测到故障的情况下，MIL状态的数据流值应指示为已关闭。在发动机起动后的上电不起车情况下，不需要进行MIL的功能检查。
制造商可在发动机上电不起车时使用MIL显示发动机的准备就绪状态。制造商也可用MIL来闪烁指示当前存储的故障代码。MIL不得用于本规定以外的任何其他目的。
3.3.3 故障码要求
HD OBD故障码的要求主要是指故障码和冻结帧的存储清除，以及MIL的点亮熄灭。根据采用协议的不同，分为两种情况，ISO 15765-4和J1939。ISO 15765-4协议HD OBD故障码要求如图1所示，J1939协议HD OBD故障码要求如图2所示。二者区别有两点：
a）当下一驾驶循环再次检测到故障时，ISO15765-4协议是保留待定故障码，存储确认故障码，而J1939协议则是清除待定故障码，存储MIL-on 故障码；
b）J1939协议下，当故障不再存在，且在至少3个连续驾驶循环没有检测到故障，熄灭MIL时清除MIL-on故障码，存储一个以前MIL-on故障码，而以前MIL-on故障码和确认故障码的清除条件相同。
对于永久故障码的清除，HD OBD还有以下规定，如果车载电脑中除永久故障码之外的所有故障信息都被清除，且OBD系统没有点亮MIL状态下，满足以下条件，OBD系统可以清除永久故障码；
若存储的永久故障码所指代的故障属于IUPR 要求的故障，在一个驾驶循环期间监测器已经运行并作出一个或多个判定，其系统或部件没有监测到故障，在这个驾驶循环内没有判定出该故障存在，则OBD系统应在这个驾驶循环结束时擦除该永久性故障代码；
若存储的永久故障码所指代的故障不属于IUPR要求的故障，在一个驾驶循环期间监测器已经运行并且作出一个或多个判定，其系统或部件没有监测到故障，在这个以及最近几个驾驶循环内没有判定出该故障存在，而且对于上述任意单一驾驶循环能够满足一般分母计数器增加条件，则OBD系统应在驾驶循环结束时擦除该永久性故障代码。
3.3.4 IUMPR要求
IUMPR，英文全称为In-Use Monitor Performance Ratio，可翻译为在用监测性能释放率，反映的是在一定驾驶条件下，故障监测功能释放情况。HD OBD 要求柴油机监测燃油系统、NOx催化器、EGR/VVT
、DPF、NMHC催化器、增压压力控制系统和NOx吸附器等相关故障释放情况。从数学概念上理解，IUMPR是一个比值。分子为故障监测释放的车辆运行次数，分母为满足驾驶条件的车辆运行次数。
IUMPR要求OBD系统记录各项监测功能的分子计数，分母计数，以及点火循环计数和一般分母计数。IUMPR各计数规则如表1-5所示。所有的分子分母计数，每个驾驶循环分子计数器增加不能超过1，增加时增加整数1次。
图1  基于ISO ISO 15765协议的HD OBD故障码要求
图2  基于J1939协议的HD OBD故障码要求
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表2  一般分母计数规则
表3  IUMRP分母计数规则
所谓故障标准，就是OBD系统何种情况下报出故障，主要是指OBD试验循环和OBD限值。不同于国六和欧六标准，指定了OBD试验验证循环为热态WHTC和OBD限值为冷热态WHTC加权（NOx：1.2g/kW
h，PM：0.025g/kWh）。美国HD OBD要求是适用的测试循环，即对于一个OBD故障来说，将稳态排放循环（SET）和瞬态排放循环（FTP）中较严格的作为测试循环。OBD限值方面根据不同的故障采用排放限值倍数或排放限值增加值的方法进行。例如：EGR系统故障的OBD限值为超过适用标准的NMHC, NOx, CO排放2倍或PM增加0.02g/bhp-hr。
制造商通过使用数据或工程分析，将排放测试循环和标准（即FTP或SET）中较严格作为“适用标准”。对于会发生不经常再生事件的发动机，制造商应按照CFR 40，第86.004-28（i）部分中描述的程序，调整已发生部件故障的排放测试结果。“再生”是指对排放控制性能按设计进行恢复的期间，排放水平会发生变化的事件。“不经常”意味着每个FTP 循环期间，预期发生的频率少于一次。制造商可以替代使用CFR 40，86.004-28（i）中描述的程序，提交备用计划。
3.3.6 实施计划
实施计划如表6所示。
表6  美国HD OBD实施计划
4    结 语
美国重型OBD通用要求与重型国六，重型欧六OBD通用要求相通，略有区别，具体体现如下：
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