王 龍，冒曉建，王俊席，唐航波，祝軻卿，王 都

（1.上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，上海 200240；2.廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西 玉 林 537000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和居民生活水平的提高，人們越來越注重環(huán)境的保護(hù)，尤其是大氣質(zhì)量。汽車尾氣排放作為大氣污染物主要的污染源之一，越來越受到人們的詬病。目前，我國自主研發(fā)的氣體發(fā)動機(jī)采用稀薄燃燒方式，可達(dá)到國Ⅴ排放要求，在很大程度上降低了汽車尾氣的排放。OBD系統(tǒng)的應(yīng)用加強(qiáng)了汽車排放的監(jiān)測和汽車零部件尤其是電子元器件的老化、劣化的檢測。準(zhǔn)備就緒代碼作為OBD核心管理系統(tǒng)的重要一環(huán)，用來表征汽車發(fā)動機(jī)排放測試是否通過，為車主和維修技師便捷地提供了維修信息，也在技術(shù)上對在用車的監(jiān)管提供了可能［1－3］。

1 準(zhǔn)備就緒代碼概述

準(zhǔn)備就緒代碼（Readiness Code）是4個字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)字，用來反映OBD系統(tǒng)的3種連續(xù)診斷、8種非連續(xù)診斷功能是否已經(jīng)完成。這個字節(jié)從右到左的各位依次為第0位到第7位。在對車輛的排放控制系統(tǒng)的有效性進(jìn)行評價時，首先讀取就緒狀態(tài)代碼，如果全為0且OBD系統(tǒng)顯示為無故障，那么表示車輛通過測試。如果就緒狀態(tài)代碼不為0，那么即使沒有任何故障碼通過掃描工具輸出，也不能判斷此車的排放控制系統(tǒng)工作正常。在這種情況下車輛檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)一般會提出額外的要求。美國的在用車檢測制度要求車輛在一定時間內(nèi)返回重新檢測，而歐洲的做法是加測其他項(xiàng)目。

為了避免用戶通過一些手段刪除故障碼來掩蓋故障、逃脫懲罰，OBD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在功能上會在進(jìn)行故障刪除操作的同時復(fù)位診斷就緒代碼，即令激活的診斷功能顯示為未完成診斷的狀態(tài)。如果系統(tǒng)支持的某項(xiàng)診斷功能顯示為沒有完成，那么即使沒有相應(yīng)的故障碼，也不能判斷故障的確不存在。

為獲取自上次清除故障碼之后的準(zhǔn)備就緒代碼，可根據(jù)J1939定義向OBD系統(tǒng)發(fā)送Mode 01，PID 0x01請求，通過診斷連接線把掃描工具或者安裝了診斷軟件的計(jì)算機(jī)與車身上的診斷數(shù)據(jù)接口相連，讀取模式1中的PID 0x01即可得到準(zhǔn)備就緒代碼。

2 試驗(yàn)設(shè)備和發(fā)動機(jī)主要參數(shù)

本試驗(yàn)使用達(dá)到國Ⅴ排放要求的氣體發(fā)動機(jī)。燃?xì)鈦碜怨艿罋?，氣源充足、穩(wěn)定。發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺架見圖1。發(fā)動機(jī)通過自主研發(fā)的電控系統(tǒng)控制，其中包括OBD核心管理系統(tǒng)。通過標(biāo)定工具可實(shí)現(xiàn)對每條故障信息的標(biāo)定，包括故障種類、觸發(fā)條件和準(zhǔn)備就緒代碼。發(fā)動機(jī)的主要參數(shù)見表1。

表1 YC6MK375N氣體發(fā)動機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 模型建立和仿真

3.1 行駛循環(huán)狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)

OBD車載診斷系統(tǒng)和以前使用的傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)有很大不同。對于普通的故障診斷，故障發(fā)生時立即點(diǎn)亮故障燈，并進(jìn)行可能的失效處理；故障消失時立即熄滅故障燈，并清除失效狀態(tài)。而OBD系統(tǒng)加入了行駛循環(huán)的概念，行駛循環(huán)是指自發(fā)動機(jī)起動、運(yùn)行、停機(jī)到再次起動的這段時間。故障在連續(xù)的多個行駛循環(huán)持續(xù)出現(xiàn)，故障才能夠得到OBD確定，點(diǎn)亮 MIL燈，同時進(jìn)行可能的失效處理；同理，OBD的清除也需要多個行駛循環(huán)才能完成［4－5］。具體原理見圖2。

針對J1939法規(guī)［6］要求，為滿足OBD確認(rèn)和清除需要的行駛循環(huán)，本研究設(shè)計(jì)了行駛循環(huán)狀態(tài)機(jī)。行駛循環(huán)狀態(tài)機(jī)中包括兩個故障計(jì)數(shù)器，分別是確認(rèn)計(jì)數(shù)器（Validation Counter）和消除計(jì)數(shù)器（Heal Counter）。前者用于OBD的確認(rèn)，后者用于OBD的清除。

行駛循環(huán)狀態(tài)機(jī)見圖3。故障在行駛循環(huán)中出現(xiàn)一次，稱為未決故障。在連續(xù)多個行駛循環(huán)中（可標(biāo)定為3個）出現(xiàn)，確認(rèn)計(jì)數(shù)器累計(jì)計(jì)數(shù)，達(dá)到確認(rèn)計(jì)數(shù)器最大值時，OBD故障確認(rèn)，故障記錄為永久故障；若未達(dá)到確認(rèn)計(jì)數(shù)器最大值前故障消失，清除未決故障碼。OBD故障確認(rèn)后，需要連續(xù)多個行駛循環(huán)故障持續(xù)不出現(xiàn)，消除計(jì)數(shù)器累計(jì)計(jì)數(shù)，達(dá)到消除計(jì)數(shù)器最大值時，OBD故障清除；如果在沒有達(dá)到消除計(jì)數(shù)器最大值之前，故障再次發(fā)生，消除計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)。

3.2 準(zhǔn)備就緒代碼模塊設(shè)計(jì)

SAE J1979定義的準(zhǔn)備就緒代碼是自清除故障碼之后的監(jiān)測狀態(tài)。準(zhǔn)備就緒代碼由4個字節(jié)組成，分別用A，B，C，D 4個字母表示：

1）字節(jié)A反映了排放相關(guān)故障碼的數(shù)目及MIL狀態(tài)；

2）字節(jié)B反映了所支持的連續(xù)測試功能以及它們自清除故障碼之后的狀態(tài)（完成過與否），這些連續(xù)測試功能包括失火監(jiān)測、燃?xì)庀到y(tǒng)監(jiān)測和綜合部件監(jiān)測3種；

3）字節(jié)C反映了各非連續(xù)監(jiān)測功能是否被系統(tǒng)支持；

4）字節(jié)D反映了各個非連續(xù)診斷功能自清除故障碼后的狀態(tài)。

對于天然氣發(fā)動機(jī)系統(tǒng)而言，由于與汽油機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在差異，因此部分故障分類的定義不同于汽油機(jī)，參見表2。其中，第12類故障是非OBD故障，不參與OBD系統(tǒng)的故障統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)法規(guī)要求，將表2描述的故障類分為連續(xù)和不連續(xù)兩個診斷等級：

1）連續(xù) 每秒至少檢測2次，主要包括綜合部件、燃?xì)庀到y(tǒng)和失火診斷；

2）不連續(xù) 每個行駛循環(huán)檢測1次，包括氧傳感器加熱、氧傳感器、空調(diào)系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、催化器加熱、催化器；

3）以上兩種以外的故障檢測可以通過通信標(biāo)定工具設(shè)置成“不使用”。

表2 氣體機(jī)故障分類

使用Simulink建立的準(zhǔn)備就緒代碼仿真模型見圖4。

從Simulink框圖可以看出，對“自從上次DTC清除后的準(zhǔn)備就緒代碼”而言，針對一類故障的準(zhǔn)備就緒代碼標(biāo)志的樹立，以下兩組條件中1組成立即可：

1）發(fā)動機(jī)經(jīng)過多個行駛循環(huán)，至少一個此類故障被OBD確認(rèn)；

2）連續(xù)多個行駛循環(huán)中，同一類的故障都已經(jīng)經(jīng)過檢測。

模型中涉及到的幾個計(jì)數(shù)器信息如下：

1）OBD＿Read＿Class［X］.TtlCnt表示該類故障的總個數(shù)，0～11共12類。

2）OBD＿Read＿Class［X］.TstcCnt表示該類故障經(jīng)過檢測的個數(shù)，主程序運(yùn)行一遍需要一定的時間，所以這個值的監(jiān)測需要等待一定的時間。如果程序運(yùn)行良好，某類故障總數(shù)等于該類故障經(jīng)過測試的總數(shù)。

3）OBD＿Read＿Class［X］.XCnfdCnt，當(dāng)前 DC故障發(fā)生個數(shù)，故障發(fā)生1次，該計(jì)數(shù)器累計(jì)。

4）OBD＿Read＿Class［X］.CnfdCnt，故障確認(rèn)個數(shù)，故障得到OBD確認(rèn)1次，該計(jì)數(shù)器累計(jì)。

5）OBD＿Class＿DCCnt＿X，該類故障在DC完成統(tǒng)計(jì)，行駛循環(huán)個數(shù)累計(jì)。

6）Read＿Class＿NoCnfd，如果該類故障全部被檢測過且沒有發(fā)生，則樹立該標(biāo)志。

7）Read＿Class＿Tstd，如果該類故障全部經(jīng)過檢測，并且檢測的總數(shù)不為0，樹立該標(biāo)志。這是為了避免沒有定義該類故障而造成準(zhǔn)備就緒代碼不就緒。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果

在氣體機(jī)試驗(yàn)臺架上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。首先將設(shè)計(jì)的200條故障進(jìn)行分類。標(biāo)定故障分類見表3。

OBD＿Read＿Class［X］.TtlCnt表示該類故障的總個數(shù)，統(tǒng)計(jì)的是READ值，0～11共12類，現(xiàn)標(biāo)定總數(shù)為188。

表3 200條故障統(tǒng)計(jì)

4.1 準(zhǔn)備就緒代碼涉及到的各計(jì)數(shù)器邏輯驗(yàn)證

第1個行駛循環(huán)，標(biāo)定故障001油門位置傳感器1電壓超低限故障的確認(rèn)計(jì)數(shù)器最大值MAXV＝1，故障類別READ＝1，故障在第1個行駛循環(huán)內(nèi)發(fā)生，在表4中記錄各計(jì)數(shù)器數(shù)值。

在第2個行駛循環(huán)時，標(biāo)定故障030冷卻水溫傳感器電壓超低限故障的確認(rèn)計(jì)數(shù)器最大值MAXV＝1，故障類別READ＝2，觸發(fā)故障001和030，在表4中記錄各計(jì)數(shù)器數(shù)值。

在第3個行駛循環(huán)時，標(biāo)定故障020增壓壓力傳感器電壓超低限故障的確認(rèn)計(jì)數(shù)器最大值MAXV＝1，故障類別READ＝2，觸發(fā)故障020，在表4中記錄各計(jì)數(shù)器數(shù)值。

第1個行駛循環(huán)，分類數(shù)組記錄當(dāng)前故障，當(dāng)前循環(huán)故障數(shù)＝1。此時的當(dāng)前行駛循環(huán)準(zhǔn)備就緒代碼ReadB41＝7，ReadD41＝0。這表示當(dāng)前行駛循環(huán)的準(zhǔn)備就緒代碼樹立。

第2個行駛循環(huán)，當(dāng)前行駛循環(huán)故障發(fā)生計(jì)數(shù)器符合控制邏輯。

第3個行駛循環(huán)，OBD確認(rèn)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前循環(huán)故障計(jì)數(shù)器累計(jì)計(jì)數(shù)，邏輯正確。

表4 就緒狀態(tài)碼故障計(jì)數(shù)

4.2 200條定義的故障均未發(fā)生故障

連續(xù)監(jiān)測3個行駛循環(huán)，所有的行駛循環(huán)均未發(fā)生故障，得到的試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 就緒狀態(tài)碼所有故障計(jì)數(shù)

綜合3個行駛循環(huán)的故障統(tǒng)計(jì)，得到準(zhǔn)備就緒代碼Read B，Read C和Read D的值（見表6）。

將表6中數(shù)值轉(zhuǎn)化成2進(jìn)制后，結(jié)果見表7。可以看出，標(biāo)定200條故障均未發(fā)生，在第1個行駛循環(huán)，當(dāng)前DC的準(zhǔn)備就緒代碼全是0，這說明在當(dāng)前循環(huán)所有的故障都已經(jīng)完成檢測；在第3個行駛循環(huán)時，自清除故障碼之后的準(zhǔn)備就緒代碼全是0，這說明所有的故障都已經(jīng)檢測完畢，其OBD狀態(tài)已經(jīng)確定，發(fā)動機(jī)測試狀態(tài)已準(zhǔn)備就緒。

表6 準(zhǔn)備就緒代碼的試驗(yàn)值

表7 各類故障就緒狀態(tài)信息統(tǒng)計(jì)表

4.3 人為刪除故障碼

標(biāo)定故障油溫位置傳感器1電壓超低限故障的確認(rèn)計(jì)數(shù)器最大值＝1，故障類別Read＝1，并觸發(fā)該故障。在第3個行駛循環(huán)時，標(biāo)定清除單挑故障碼＝1，可清除油門位置傳感器1電壓超低限的故障碼。此時監(jiān)測到的Read B＝79，轉(zhuǎn)化成2進(jìn)制并代入表6，得到ReadB6＝1?？梢钥闯?，第一類診斷功能的測試狀態(tài)顯示為未完成。

5 結(jié)束語

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的行駛循環(huán)狀態(tài)機(jī)邏輯正確，準(zhǔn)備就緒代碼涉及到的各計(jì)數(shù)器邏輯正確，進(jìn)而推理出的準(zhǔn)備就緒代碼狀態(tài)正確，能夠正常顯示車輛的測試狀態(tài)，同時能夠防止一些人通過人為刪除故障碼來逃避測試，可以為未來的年檢提供一種簡便易行的測試方法。

［1］ 鄧成林，張 偉，卜建國，等.采用SCR技術(shù)的國Ⅳ柴油機(jī) OBD系統(tǒng)的故障管理［J］.汽車工程，2011，33（5）：82－86.

［2］ 張華玉，蔡永祥，金華標(biāo)，等.國Ⅳ階段天然氣發(fā)動機(jī)車載診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.車用發(fā)動機(jī)，2011（3）：12－16.

［3］ 張海波，于津濤.就緒代碼在維修OBD車輛中的應(yīng)用［J］.汽車維修與保養(yǎng)，2010（4）：46－47.

［4］ 中國汽車技術(shù)研究中心，中國環(huán)境科學(xué)研究院，濟(jì)南汽車檢測中心.HJ 437—2008 車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)與汽車車載診斷（OBD）系統(tǒng)技術(shù)要求［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

［5］ CARB.Title 13，California Code Regulations，Section 1968.2，Malfunction and Diagnostic system Requirements for 2004and Subsequent Model－Year Passenger Cars，Light－Duty Trucks，and Medium－Duty Vehicles and Engines（OBDⅡ）［S］.［S.l.］：CARB，2004.

［6］ SAE international.SAE J1939—73 Surface Vehicle Recommended Practice，Application Layer－Diagnostics［S］.［S.l.］：SAE international，2004.