聶爽 羅偉填 何偉 梁仲彬 陳治平 吳建帆

摘 要：PVE測(cè)試是國(guó)VI法規(guī)中新增的主要項(xiàng)目之一，也是國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展量產(chǎn)車的評(píng)估測(cè)試，其中PVE J2的測(cè)試項(xiàng)目是各大企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)所面臨的最大難題。文章根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，對(duì)OBD系統(tǒng)及PVE測(cè)試做出了全面性介紹，同時(shí)對(duì)EVAP系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性研究，闡述了國(guó)VI標(biāo)準(zhǔn)下該系統(tǒng)的技術(shù)更新和工作機(jī)制，通過(guò)對(duì)雙PCS閥門故障模擬的分析和說(shuō)明，具體化了EVAP系統(tǒng)故障碼模擬的思路和方法，對(duì)PVE測(cè)試項(xiàng)目的推進(jìn)起到了重要的作用和意義。

關(guān)鍵詞：OBD;PVE測(cè)試;EVAP系統(tǒng);故障模擬

Abstract： PVE testing is one of the major new items in the China VI regulations， which is also the first evaluation test of a production car in China. The PVE J2 test project is the biggest problem faced by major companies and research institutions. Based on the previous data， this article is going to make a comprehensive introduction to the OBD system and PVE test， in the meantime， conduct the targeted research on the EVP system， demonstrating the technical update and working mechanism of the system under the China VI standard. Through the analysis about the fault simulation of the double PCS valve， the EVAP system fault code will be materialized， which plays an important role and significance in advancing the PVE test project.

Keywords： OBD; PVE testing; EVAP system; Fault code simulation

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車數(shù)量不斷增多，促使我國(guó)的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，所以在環(huán)境保護(hù)方面，國(guó)家法規(guī)要求也越來(lái)越嚴(yán)格。因此，于2016年12月23日，國(guó)家針對(duì)排放問(wèn)題頒布了《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》的最嚴(yán)新規(guī)。

相對(duì)于國(guó)V來(lái)說(shuō)，國(guó)VI將NEDC工況更改為WLTC工況，降低了蒸發(fā)污染物的排放限值并且增加了加油污染物排放限值的相關(guān)要求[1];同時(shí)OBD（On-aboard Diagnostics，車載診斷系統(tǒng)）結(jié)合了歐VI和美國(guó)LEV III的特點(diǎn)，在排放污染物限值和監(jiān)測(cè)方面作出了相應(yīng)的變化[2]，其中就包括針對(duì)汽車燃油蒸發(fā)系統(tǒng)（Evaporative Emissions System，EVAP）診斷問(wèn)題的相關(guān)要求。為了保障油箱及各管路泄漏問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免燃油蒸汽的泄漏對(duì)大氣的污染，國(guó)VI要求OBD系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)檢測(cè)EVAP系統(tǒng)的脫附流量和整個(gè)系統(tǒng)的完整性，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)反饋，點(diǎn)亮MIL（Malfunction Indicator Light，故障指示器）。

針對(duì)EVAP系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其做了大量的研究及改善。林玉彪結(jié)合密閉系統(tǒng)和泄漏系統(tǒng)的相關(guān)案例，進(jìn)一步分析了EVAP系統(tǒng)泄漏診斷邏輯及DMTL工作過(guò)程的原理[3]。何彥彬等通過(guò)更改油箱、碳罐結(jié)構(gòu)，調(diào)配碳粉組合，調(diào)整閥門材質(zhì)，有效地控制了燃油系統(tǒng)的HC化合物的蒸發(fā)從而滿足了國(guó)VI中對(duì)整車THC排放的限值要求[4]。袁衛(wèi)通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化整車燃油系統(tǒng)的材料及設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定，降低了EVAP系統(tǒng)蒸發(fā)和加油污染物的排放，同時(shí)降低了碳罐的溢出排放，達(dá)到了更加優(yōu)化的排放水平[1]。Yang等研究表明，通過(guò)對(duì)車載傳感器中包含的各類信息進(jìn)行監(jiān)督分類統(tǒng)計(jì)，可有效增強(qiáng)對(duì)整車初期EVAP小泄漏的診斷，并且只要有車輛數(shù)據(jù)更新，該分類統(tǒng)計(jì)模型算法就運(yùn)用于不同整車模型[5]。但隨著國(guó)VI新法規(guī)的頒布，OBD生產(chǎn)一致性成了最新的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，由于對(duì)OBD控制原理、策略的認(rèn)知匱乏，使得各大生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行J2 PVE（Production Vehicle Evaluation，量產(chǎn)車評(píng)估）檢證工作過(guò)程中遇到重重難題，特別是針對(duì)單個(gè)系統(tǒng)的具體PVE檢證方法的研究。

本文將從EVAP系統(tǒng)的PVE檢證工作進(jìn)行展開(kāi)，闡述其工作原理及新、舊法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)應(yīng)的變化點(diǎn)，同時(shí)對(duì)主要的故障代碼進(jìn)行分析，研究其故障診斷機(jī)制得到相應(yīng)的故障模擬方法，形成一套可跨車系的PVE檢證思路及方法。

1 OBD系統(tǒng)

車載在線診斷（On-Board Diagnostics，OBD）系統(tǒng)是一種為診斷汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)故障的一種在線檢測(cè)系統(tǒng)，用于排放控制系統(tǒng)檢測(cè)。OBD系統(tǒng)按照特定的監(jiān)測(cè)機(jī)制監(jiān)測(cè)排放相關(guān)的各個(gè)傳感器及相應(yīng)部件的工作狀況，當(dāng)檢測(cè)到排放超過(guò)限值的情況時(shí)，對(duì)比系統(tǒng)已有的標(biāo)準(zhǔn)值做出故障診斷，當(dāng)出現(xiàn)排放故障時(shí)，ECU將儲(chǔ)存相應(yīng)的故障代碼（Diagnostic Trouble Code，DTC），并點(diǎn)亮MIL向駕駛員發(fā)出警告[2]。

國(guó)VI法規(guī)規(guī)定OBD的生產(chǎn)一致性檢查和試驗(yàn)須按照附件JA.7來(lái)執(zhí)行，JA.7中規(guī)定了生產(chǎn)一致性的量產(chǎn)車輛評(píng)估（PVE）測(cè)試，其作為生產(chǎn)車輛OBD系統(tǒng)生產(chǎn)一致性自我檢查的重要組成部分，在車輛正式量產(chǎn)之后，企業(yè)需提交PVE測(cè)試計(jì)劃和報(bào)告，并接受監(jiān)督檢查。PVE測(cè)試包括三個(gè)方面：標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證（J1）、監(jiān)測(cè)要求驗(yàn)證（J2）和在用監(jiān)測(cè)性能的驗(yàn)證和報(bào)告（J3）[6]。其中工作量最大、最為復(fù)雜的當(dāng)屬J2試驗(yàn)，國(guó)VI標(biāo)準(zhǔn)要求，在量產(chǎn)后六個(gè)月內(nèi)，生產(chǎn)企業(yè)必須按照OBD系族劃分，抽查相應(yīng)的車輛進(jìn)行OBD系統(tǒng)的全面評(píng)估，即利用故障模擬再現(xiàn)J2試驗(yàn)中所包含的所有故障代碼，使OBD系統(tǒng)檢測(cè)到故障、點(diǎn)亮MIL并儲(chǔ)存確認(rèn)和永久故障代碼。OBD系統(tǒng)根據(jù)不同故障代碼的監(jiān)測(cè)參數(shù)和對(duì)應(yīng)閾值來(lái)判斷整車是否存在故障，從而報(bào)出相應(yīng)故障代碼。在OBD監(jiān)測(cè)的各大系統(tǒng)中，根據(jù)故障監(jiān)測(cè)閾值條件的不同，其故障再現(xiàn)的難易程度也不盡相同。一些故障碼的再現(xiàn)只需要判斷電路的通斷即可;另外一些相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，如EVAP系統(tǒng)、EGR系統(tǒng)及氧傳感器等，OBD系統(tǒng)必須判斷其對(duì)應(yīng)系統(tǒng)部件的老化或故障程度是否導(dǎo)致排放值超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定閾值，進(jìn)而使得再現(xiàn)的困難程度進(jìn)一步提升[7]。

2 PVE測(cè)試

在國(guó)VI法規(guī)要求汽車生產(chǎn)企業(yè)所對(duì)應(yīng)的國(guó)VI車型在量產(chǎn)3個(gè)月內(nèi)、6個(gè)月內(nèi)和12個(gè)月內(nèi)分別完成標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證（J1）、監(jiān)測(cè)要求驗(yàn)證（J2）和在用性能驗(yàn)證（J3）對(duì)應(yīng)的PVE測(cè)試，并將相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果按照要求上傳到國(guó)環(huán)部官網(wǎng)，其具體流程如圖1所示。進(jìn)行PVE測(cè)試時(shí)，國(guó)VI法規(guī)要求企業(yè)國(guó)VI車型須根據(jù)附件JB（表1）的要求進(jìn)行OBD系族分類，之后再根據(jù)系族的優(yōu)先度關(guān)系選擇該年度的PVE測(cè)試車輛，每年至少需要完成3個(gè)系族的PVE測(cè)試，具體選擇原則如表2所示。

J2測(cè)試作為PVE測(cè)試中工作量最大，技術(shù)要求最高的項(xiàng)目，其主要工作內(nèi)容是根據(jù)車輛OBD故障碼的產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合其觸發(fā)條件和故障閾值，通過(guò)專用設(shè)備及老化零件設(shè)計(jì)故障模擬試驗(yàn)，再現(xiàn)OBD系統(tǒng)所有故障代碼，從而驗(yàn)證車型開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)階段的一致性。而如何設(shè)計(jì)故障模擬方法是PVE測(cè)試中的重難點(diǎn)問(wèn)題之一。

PVE測(cè)試中故障模擬的主要設(shè)計(jì)思路如下：

a）分析故障碼的原理，獲取檢知條件和故障閾值，分析檢知條件和閾值的達(dá)成方法。

b）根據(jù)步驟a）中分析得到的故障檢知條件和閾值達(dá)成方法，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)故障碼的再現(xiàn)試驗(yàn)方案。

c）利用專用設(shè)備及老化零件連接試驗(yàn)車輛，按照步驟b）中的試驗(yàn)方案進(jìn)行人為再現(xiàn)對(duì)應(yīng)故障代碼。

3 EVAP系統(tǒng)的PVE檢證試驗(yàn)

3.1 EVAP系統(tǒng)

EVAP系統(tǒng)主要由EVAP炭罐、碳罐凈化閥、蒸汽分離閥、泄露檢查單元、油箱蓋和管路等組成，在防止燃油蒸氣（HC）泄漏排放的同時(shí)，由于產(chǎn)生的熱量及燃油蒸氣使得油箱壓力增加，促使燃油蒸氣被回收到EVAP碳罐中;EVAP將收集的燃油蒸氣適時(shí)地送入進(jìn)氣歧管中讓其與新鮮空氣混合進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，使得燃油得到充分利用。

為滿足國(guó)VI更嚴(yán)的排放要求，在原有發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和性能指標(biāo)不變的前提下，通過(guò)在后處理方式的新技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，國(guó)V、國(guó)VI燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)差異如圖2、3所示。

其主要技術(shù)更新包括：

1）碳罐的技術(shù)更新

a）擴(kuò)大了碳罐的容量，使其更好地吸收排出的蒸汽，如圖4所示;

b）對(duì)活性炭的規(guī)格做出了部分調(diào)整，如表3所示;

c）增加了碳罐過(guò)濾器，可以在油氣進(jìn)入碳罐前對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾;

d）增加了蒸發(fā)泄漏感應(yīng)系統(tǒng)，通過(guò)感應(yīng)油壓變化來(lái)檢測(cè)是否存在泄漏，并對(duì)駕駛員發(fā)出相應(yīng)的警示信息。該系統(tǒng)主要零件包括：PELCM（Pressure Evapo Leak Check Moudle，絕對(duì)壓力傳感器）、CCV（Conversion Control valve，轉(zhuǎn)換閥）、Ref節(jié)流孔、葉片泵。其壓力變化檢測(cè)原理如圖5所示，通過(guò)對(duì)比系統(tǒng)內(nèi)的壓力變化，來(lái)判定是否存在泄漏。

2）燃料箱的技術(shù)更新

頸部軟管材料由原來(lái)的FKM氟橡膠材料改為帶PVDF的氟橡膠材料，有效地降低了HC的透過(guò)量。

3）燃油泵的技術(shù)更新

墊片材料由PE更改為POM材料，從而增加了燃料的通過(guò)性能，并追加墊圈來(lái)降低HC透過(guò)量。

4）供油管路的技術(shù)更新

a）追加止回閥，供油時(shí)控制油箱內(nèi)蒸汽的循環(huán)量;

b）國(guó)五車型的供油口處連通外部空氣，而國(guó)六車型由于碳罐體積增大，供油系統(tǒng)中壓力損失增加，油箱內(nèi)壓上升，導(dǎo)致供油時(shí)汽油無(wú)法進(jìn)入燃料箱中。為了降低其壓力損失，確保供油的穩(wěn)定性，可通過(guò)降低供油管路能源流入的損耗，或者提升供油時(shí)流入的能源來(lái)對(duì)應(yīng)。其具體方法是通過(guò)調(diào)整燃油管的形狀和長(zhǎng)度，使油箱更加靠近供油口來(lái)達(dá)到系統(tǒng)要求。

5）燃油加注口塞的技術(shù)更新

墊圈和閥門使用的材料由NBR更改為FKM氟橡膠材料，降低了HC的透過(guò)量。

6）觸媒及催化劑

調(diào)整了催化器中貴金屬的含量，如表4所示。

3.2 EVAP系統(tǒng)的PVE測(cè)試試驗(yàn)

3.2.1 EVAP系統(tǒng)啟動(dòng)機(jī)制

EVAP系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)15大系統(tǒng)中最復(fù)雜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之一，研究其工作原理對(duì)于開(kāi)展相應(yīng)的PVE測(cè)試試驗(yàn)具有極其重要的意義。通過(guò)對(duì)本司車型該系統(tǒng)的多次試驗(yàn)探索，現(xiàn)總結(jié)如下四個(gè)方面：

a）EVAP系統(tǒng)的啟動(dòng)必須滿足以下條件：車輛油箱油量小于80 %且第一水溫傳感器溫度小于35℃;發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后怠速持續(xù)時(shí)間需大于30 s，車輛跑行過(guò)程中車速需大于40 km/h且跑行時(shí)間大于300 s，整個(gè)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的累計(jì)啟動(dòng)時(shí)間需大于600 s，并且不存在熄火現(xiàn)象。完成上述操作后浸車5 h（浸車過(guò)程中不能IG ON，不能打開(kāi)油箱蓋）。

b）EVAP系統(tǒng)啟動(dòng)后，需經(jīng)過(guò)四個(gè)監(jiān)測(cè)階段，分別為大氣壓力燃油箱內(nèi)部壓力測(cè)量、真空泵預(yù)熱參考?jí)毫y(cè)量、系統(tǒng)減壓測(cè)量和參考?jí)毫χ匦聹y(cè)量，如圖6所示。

整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程共耗時(shí)1125 s且僅啟動(dòng)一次，所以在進(jìn)行EVAP系統(tǒng)的PVE檢證試驗(yàn)時(shí)，需在1125 s內(nèi)完成相應(yīng)試驗(yàn)。若在該時(shí)間段內(nèi)無(wú)法模擬所需故障或出現(xiàn)其他無(wú)關(guān)故障碼，需重復(fù)a）中所述的啟動(dòng)條件重新啟動(dòng)EVAP系統(tǒng)，再進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)測(cè)試。

c）EVAP系統(tǒng)啟動(dòng)期間，系統(tǒng)會(huì)在上述四個(gè)監(jiān)測(cè)階段分別進(jìn)行不同的故障檢測(cè)，如圖7所示。因此在進(jìn)行相關(guān)的故障模擬時(shí)，需在對(duì)應(yīng)故障檢知的時(shí)間點(diǎn)植入相應(yīng)故障。若植入過(guò)早，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到無(wú)關(guān)故障碼;植入太晚，系統(tǒng)將無(wú)法檢測(cè)到對(duì)應(yīng)故障碼。

d）故障的植入除了需要精確的時(shí)間點(diǎn)外，還需要精確的輸入信號(hào)。由于EVAP系統(tǒng)主要是通過(guò)傳感器氣壓的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，所以在試驗(yàn)時(shí)必須明確電壓與氣壓間的關(guān)系以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)氣壓對(duì)應(yīng)電壓值的精確選擇。表5為某車企車型電壓、氣壓的采集數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的線性方程，其中P為氣壓值，U為電壓值。

綜上分析，在進(jìn)行EVAP系統(tǒng)相關(guān)的PVE檢證試驗(yàn)時(shí)，必須嚴(yán)格按照其啟動(dòng)過(guò)程機(jī)理進(jìn)行故障植入，這樣才能保障故障模擬的成功率及效率。

3.2.2 雙PCS閥門的PVE測(cè)試

PCS閥門是EVAP系統(tǒng)中的重要組成部件。通過(guò)PCS閥門的開(kāi)閉可以調(diào)節(jié)燃油蒸汽的分布以達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒的效果。根據(jù)車型的不同，其配備的PCS閥門數(shù)量也不盡相同。目前所接觸車型的PCS閥門配置有兩種類型，即單PCS閥門和雙PCS閥門，其中最具代表性的為雙PCS閥門。

雙PCS閥門為并列分布結(jié)構(gòu)，每個(gè)PCS閥門可以單獨(dú)控制總管內(nèi)部的壓力變化，如圖8所示。由于EVAP系統(tǒng)無(wú)法辨別總管內(nèi)的壓力變化受到哪個(gè)PCS閥門的影響，所以兩個(gè)PCS閥門的相互干擾導(dǎo)致在測(cè)試過(guò)程中難以控制故障模擬的走向。

因此，如何避免PCS閥門間的相互干擾成為該P(yáng)VE測(cè)試能否成功的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)工作原理的研究，明確了每個(gè)PCS閥門的檢知條件和檢知順序，如表6所示，根據(jù)其檢知條件和順序來(lái)選取每個(gè)PCS閥門的測(cè)試時(shí)機(jī)。根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定了系統(tǒng)內(nèi)氣壓值與壓力傳感器電壓之間的關(guān)系，如表7所示。通過(guò)適時(shí)調(diào)整壓力傳感器電壓的數(shù)值來(lái)達(dá)到故障閾值要求，從而觸發(fā)故障。

綜上分析，利用CAN通訊檢測(cè)工具，如EMX2、Canalyzer、GL1000等，來(lái)監(jiān)控PCS流量情況以及各個(gè)PCS檢知情況，在適當(dāng)時(shí)機(jī)調(diào)整壓力傳感器電壓，以達(dá)到故障閾值，實(shí)現(xiàn)故障模擬，其具體流程如圖9所示。

3.3 PVE測(cè)試過(guò)程中的注意事項(xiàng)

PVE測(cè)試是一項(xiàng)工作量大，技術(shù)要求非常高的工作。每臺(tái)車的測(cè)試時(shí)間一般預(yù)計(jì)需要5個(gè)月完成。測(cè)試過(guò)程中需要對(duì)車輛的多個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行拆解，如EVAP系統(tǒng)、PCV系統(tǒng)、VVT系統(tǒng)及GPF系統(tǒng)等;混動(dòng)車型還會(huì)涉及到高電壓部分的拆解，如PCU單元和BCM單元。同時(shí)在模擬過(guò)程中也會(huì)對(duì)各大控制單元輸入各種信號(hào)，如電壓、電流、電阻等，由于信號(hào)取值對(duì)車輛可能造成損傷，因此，基于現(xiàn)有的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提出以下四點(diǎn)注意事項(xiàng)：

a）短路測(cè)試時(shí)需謹(jǐn)慎操作，避免燒毀保險(xiǎn)絲或車輛部件，如PCM儲(chǔ)備器電源、PCU電源等。

b）變速箱測(cè)試時(shí)使用額定電流大于5 A的電阻，避免因試驗(yàn)電流過(guò)高燒毀電阻，或者因電阻過(guò)熱引發(fā)火災(zāi)或人員燙傷

c）傳感器輸入高電壓測(cè)試時(shí)，電壓盡量不超過(guò)7 V，避免燒壞相關(guān)傳感器，如ECT（有特殊電壓要求的除外）。

d）開(kāi)展混動(dòng)車型PVE檢證試驗(yàn)的人員需具備國(guó)家認(rèn)可的低壓電工證，具備一定的低壓作業(yè)知識(shí)，穿戴絕緣手套和絕緣鞋，避免觸電。

4 總結(jié)

1）PVE測(cè)試主要是根據(jù)OBD故障碼的產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合故障觸發(fā)條件及閾值，通過(guò)外部作用重現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所有的故障碼，從而驗(yàn)證車型開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)階段的一致性。

2）國(guó)VI標(biāo)準(zhǔn)下的EVAP系統(tǒng)主要包括碳罐、燃料箱、燃油泵、供油管路、燃油加注口塞、觸媒及催化劑等方面的技術(shù)更新。

3）在進(jìn)行EVAP系統(tǒng)相關(guān)的PVE檢證試驗(yàn)時(shí)，必須嚴(yán)格按照其啟動(dòng)過(guò)程機(jī)理進(jìn)行故障植入，保障EVAP系統(tǒng)故障模擬的成功率及效率。

4）雙PCS閥門的PVE測(cè)試過(guò)程中，需明確每個(gè)PCS閥門的檢知條件和檢知順序以避免PCS閥門間的相互干擾，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，適時(shí)調(diào)整壓力傳感器電壓的數(shù)值以達(dá)到故障閾值要求，從而觸發(fā)故障。

5）PVE測(cè)試過(guò)程中需充分考慮試驗(yàn)條件和危險(xiǎn)因素，避免對(duì)人員及車輛造成不必要的損傷。

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