实耐宝亚太诊断事业部 胡国亮 吴韧
1. OBD系统的产生
汽车作为现代化的交通工具，在促进经济繁荣和发展、提高人民生活水平的同时，也给人类赖以生存的环境带来严重污染，如光化学烟雾、温室效应、酸雨等。汽车排放物包含废气排放物、蒸发排放物和曲轴箱排放物，主要指其中的CO、HC、NOx及少量的固态或液态微粒等有害物质。为了控制这些有害物质的排放，美国加利福尼亚大气资源管理委员会（CARB）最早通过法律把OBD作为强制性技术要求，之后越来越多的国家和地区开始实施OBD相关法规。OBD是On Board Diagnosis的缩写，即车载诊断系统，是发动机控制系统中用于连续监测影响废气排放相关系统工作状态的诊断系统。早期的OBD（OBD-Ⅰ）只能监测氧传感器、废气再循环系统、燃油供给系统和发动机控制模块，且不同厂商不同车型的OBD系统不尽相同，缺乏统一的标准。1996年，第二代OBD（即OBD-Ⅱ）在美国开始实施；2000年，欧洲也开始实施相应的OBD法规（即EOBD）。OBD-Ⅱ规定了标准化的16针诊断插座，每针都有指定功能；同时增加了催化器监测、失火监测和燃油蒸发系统监测等。
2. 国内排放标准及OBD系统的发展
随着我国经济社会的持续发展，近年来我国针对的尾气排放标准也在逐年上升：
2004年7月1日，全国范围内开始实施国二标准；
2005年4月15日，国家环境保护总局及国家质量监督检验检疫总局联合发布了《轻型汽车污染排放限值及测量方法》（中国三、四阶段，简称国III、国IV）（即18352.3-2005），国III、国IV排放限值和欧III、欧IV基本一致，同时第一次提出了对OBD系统的要求；
至2006年11月，北京和广州先后实施国III标准，并且要求强制安装OBD系统；
2007年7月1日，全国范围实施了国III排放标准；
2008年以后，随着环保要求的进一步提升，北京上海等城市先后实施国IV排放标准；
2009年12月，环境保护部发布国家环境保护标准《轻型汽车车载诊断（OBD）系统管理技术规范》（HJ500-2009），该标准是对国III、国IV排放标准中有关车载诊断系统技术要求的补充，对OBD系统在形式认证、生产一致性检查、在用汽车检验、通用型故障诊断仪等方面提出了管理技术要求；
2011年7月1日起，我国全面实施了乘用车第四阶段排放标准，凡排放不符合国IV标准的新车，将无法进入
工信部的新车目录。
从国Ⅰ到国IV，每提高一次标准单车污染减少三至五成。随着2008年7月18日,欧盟通过了(EC) No 692/2008法规,即欧5/6技术标准,并于28日在欧盟官方公报上正式发布，欧美国家将先后引入更高要求的排放标准，在此形势下，我国的国Ⅴ标准呼之欲出。国Ⅴ标准相当于欧洲的欧Ⅴ标准，有传闻表明，北京将于2012年实行新车国Ⅴ排放标准。新法规将带来更低的尾气排放，同时OBD系统也将迎来新的技术改革。
新的排放标准的实施不仅对汽车制造业、燃油供应、车辆管理等部门产生深远影响，对于汽车售后维修更是带来了巨大的机会和挑战。熟悉OBD系统的诊断机制、阈值设定、监控内容，了解国Ⅴ标准对OBD系统提出的新的要求，对于每个汽车维修技术人员而言都是十分重要的。相应的，从汽车诊断设备角度，目前国内大部分OBD诊断设备也需要相应进行升级、完善以全面支持新的OBD诊断功能。
3. 国五排放标准下OBD系统新的发展
对OBD系统而言，国Ⅴ标准新的要求包括基准燃料的变化，I型试验/II型试验/V型试验和几个新增附件等，但是其中最重要的变化是排放限值的加严，同时增加了在用监测频率的要求。尤其是在用监测频率，作为衡量系统性能的重要指标提出，将很大程度上提升我们排放控制的力度，使用过程中对在排放系统的持续监测
要求，将不仅对主机厂的产品设计和技术指标要求更加严格，更重要的是提升了整车在整个生命周期中的排放性能，使环保的要求真正在整个生命周期中得以贯彻，而非仅仅是在新车上市时需要达到的一个标准。
3.1 更高的OBD限值
OBD限值用于监督车辆废气排放量，当废气成分超过OBD限值规定时，OBD系统将点亮故障指示灯以提醒用户排放的恶化，应及时对车辆进行必要的维修和保养。国Ⅴ标准OBD限值基本参考欧Ⅴ排放标准， 欧Ⅴ排放标准具体数值如表所示：
基准质量 RW（kg） | 一氧化碳 | 除甲烷外碳氢 | 氮氧化合物 | 颗粒物质量 | ||||||
CO (mg/km) | NMHC (mg/km) | NOx (mg/km) | PM (mg/km) | |||||||
类别 | 级别 | 全部 | PI | CI | PI | CI | PI | CI | PI（1） | CI(2) |
M | —— | 1900 | 1900 | 250 | 320 | 300 | 540 | 50 | 50 | |
N1 | Ⅰ | RW≤1305 | 汽车诊断仪1900 | 1900 | 250 | 320 | 300 | 540 | 50 | 50 |
Ⅱ | 1305＜RW≤1760 | 3400 | 2400 | 330 | 360 | 375 | 705 | 50 | 50 | |
Ⅲ | 1760＜RW≤3500 | 4300 | 2800 | 400 | 400 | 410 | 840 | 50 | 50 | |
N2 | —— | 4300 | 2800 | 400 | 400 | 410 | 840 | 50 | 50 | |
注：PI=点燃式 CI=压燃式
（1）点燃式微粒物质量标准仅适用于装备了直喷发动机的车辆
（2）2011年9月1日前，80 mg/km的PM限值适用于基准质量超过1760 kg的M和N类车辆
（3）包括M1类车，满足法规(欧盟) No 715/2007关于‘特殊社会需要’规定的车辆
3.2 在用监测频率
欧Ⅴ标准对OBD系统的另一重大改进是引入了在用诊断频率（in-use performance ratio, IUPR）作为各个监测系统运行状况的重要参数。对于OBD系统监测器而言，即使部件能够连续监控，也并不是在任何时候都具备监控条件的。因此，汽车生产厂商需要定义排放相关的重要部件和子系统能够正常工作并实施监测的条件。监测条件应该满足下列要求：
∙ 能够通过忽略或者避免使用容易造成误判的失效假象，以确保失效判断的鲁棒性
∙ 确保监测是在普通的车辆行驶和使用过程中很容易遇到的条件下进行的
∙ 确保在FTP循环中监测一定会发生
某一项特定监测系统M的IUPRM值定义为该系统监测事件数目和驾驶周期总数目的比值IUPRM = NumeratorM/DenominatorM
每个监测系统都有针对该部件或子系统的比率值。如2013年起所有商用车发动机，最小的可接受比率值为0.100 (也就是说，每10个车辆驾驶周期至少监测至少要发生一次)。
分子：
分子是有关特定监测系统M的计数器，该计数器用于记录车辆在该监测器能正常工作的所有监控条件都满足的情况下的运行次数。分子的计数遵循以下规律：
1、每次计数增加只能加一，每个驾驶周期计数最多增加一次；
2、当且仅当以下条件均满足时，某特定监测器M的分子才允许加一：
a、该监测器能够检测故障和储存故障码的所有监测条件均满足；
b、对于单个驾驶周期中要求多个事件的监测器，每个事件均需要满足；
c、对于需要中断部件运行以检测故障的监测器，汽车制造商需要向车辆管理部门申请该故障检测策略的形式认证。
3、对于可能产生“无法监测区域”（灰区域）的监测器，汽车制造商需要向车辆管理部门提供分子加一的策略。一般情况下，管理部门不允许当监测器处于“无法监测区域”时，分子仍然增加。
4、对于在发动机熄火状态下运行或完成的监测器，分子应在发动机熄火后10秒内或下次启动后的10秒内加一。
分母：
分母用于指示车辆驾驶周期的总次数，每个驾驶周期至少增加一次，对特定系统而言，分母的计数遵循以下规律：
1、当车辆位于海平面上8000英尺以下且周围环境温度高于20华氏度时，发动机累加运行时间超过600秒或以25英里/时以上速度运行300秒以上后分母加一；
2、对于二次空气系统，在系统“打开”运行10秒以上后分母加一；
3、对于只有在冷启动下运行的系统，当该部件“打开”10秒后，分母加一；
4、对于燃油蒸发系统，只有当发动机累加运行时间超过600秒且周围环境温度介于40华氏度和95华氏度之间时，或者发动机在冷却液温度介于40华氏度和95华氏度之间时冷启动后，分母加一；
5、对于可变正时气门系统（VVT），当该系统部件在驾驶周期内执行了2次以上指令或者或执行10秒以上时，分母加一；
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