肖舒穎 姚炎炎 楊博 宋桂曉 蔡正雷 管煒

（武漢菱電汽車電控系統(tǒng)股份有限公司，武漢 430048）

縮略語(yǔ)

OBFCM On-Board Fuel and/or Energy Consumption Monitoring

WLTP World Light Vehicle Test Procedure

NEDC New European Driving Cycle

OBD On Board Diagnostics

ECU Electronic Control Unit

UDS Unified Diagnostic Services

CD Charge Depleting

PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle

HEV Hybrid Electric Vehicle

TSP Telematics Service Provider

SCR Selective Catalytic Reduction

DPF Diesel Particulate Filter

MIL Malfunction Indicator Light

IUPR In Use(Monitor)Performance Ratio

0 引言

“雙碳”目標(biāo)推動(dòng)著我國(guó)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)方式綠色轉(zhuǎn)型，而控制汽車排放作為降低碳排放的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”的重要方向。二氧化碳排放達(dá)峰時(shí)間越早，峰值排放量越低，越有利于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期“碳中和”目標(biāo)[1]。

同樣，歐盟委員會(huì)（EC）從2009 年開始也制定了有約束力的目標(biāo)來(lái)減少輕型車CO2排放。然而，原輕型汽車測(cè)試循環(huán)采用的新歐洲駕駛循環(huán)（New Europe?an Driving Cycle，NEDC）為穩(wěn)態(tài)工況，相比之下，實(shí)際道路行駛中影響油耗和排放的因素很多，這導(dǎo)致輕型汽車CO2排放量監(jiān)測(cè)值和實(shí)際值存在顯著差異，這種差異被稱為油耗差距。油耗差距逐年增加，從2006年的6%增長(zhǎng)到了2017 年的40%[2]，為此，歐盟發(fā)布了全球輕型車測(cè)試規(guī)程（World Light Vehicle Test Proce?dure,WLTP），以更真實(shí)地捕獲輕型車輛的能源、燃料消耗和CO2排放。基于以上情況，歐盟委員會(huì)（EC）規(guī)定使用車載燃料和能源消耗監(jiān)測(cè)（On-Board Fuel and/or Energy Consumption Monitoring, OBFCM）設(shè)備收集道路上車輛的燃料和能源消耗數(shù)據(jù)[3]。

國(guó)內(nèi)對(duì)于OBFCM的研究仍處于探索采集數(shù)據(jù)和計(jì)算油耗值的階段，本文中車載終端可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算，遠(yuǎn)程服務(wù)提供商（Telematics Service Provider，TSP）平臺(tái)可以支撐大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，車載終端覆蓋OBFCM的研究填補(bǔ)了研究OBFCM 領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用上的空白。引入OBFCM 裝置對(duì)我國(guó)汽車減少碳排放有重要意義，但OBFCM相關(guān)法規(guī)和指導(dǎo)政策的缺失，無(wú)疑為一些汽車企業(yè)的產(chǎn)品出口帶來(lái)了負(fù)擔(dān)和壓力。

1 法規(guī)分析

1.1 OBFCM

歐盟近年來(lái)出臺(tái)了一系列法規(guī)對(duì)于OBFCM進(jìn)行規(guī)范要求（圖1）。COMMISSION REGULATION（EU）2017/1151 提出，對(duì)于法規(guī)4a 條規(guī)定的車輛上配備的OBFCM 裝置，應(yīng)能夠記錄由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元測(cè)量和計(jì)算得到的參數(shù)最精確值，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)修約后儲(chǔ)存于車輛上。COMMISSION REGULATION（EU）2018/1832 中明確了車載燃料或能源消耗監(jiān)測(cè)裝置（OBFCM）的概念，即“任何一個(gè)這樣的軟件/硬件設(shè)計(jì)：可檢測(cè)并利用車輛、發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃油/電能參數(shù)，以確定和提供不少于表中所列信息，并把使用壽命期累積值（Lifetime value）存儲(chǔ)在車輛上”[4]，要求采集的數(shù)據(jù)精度小于等于±5%，且燃料消耗量數(shù)據(jù)流應(yīng)能滿足現(xiàn)行的車機(jī)通訊標(biāo)準(zhǔn)。COMMISSION REGULATION（EU）2021/392 中，要求制造商自2021 年1 月1 日起，收集新登記車輛的真實(shí)油耗數(shù)據(jù)。從2023年5月起，當(dāng)車輛接受定期技術(shù)檢查時(shí)，成員國(guó)也應(yīng)收集真實(shí)世界的燃料和能源消耗數(shù)據(jù)，并應(yīng)每一日歷年向歐盟報(bào)告[5]。在OBFCM方面，歐盟的現(xiàn)有法規(guī)體系對(duì)于我國(guó)建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系具有重要的參考意義。

圖1 OBFCM發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)

1.2 車載終端

車載終端，即“安裝在電動(dòng)汽車上，采集和保存整車及系統(tǒng)部件的關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)并發(fā)送到平臺(tái)的裝置或系統(tǒng)”。我國(guó)車載終端的標(biāo)準(zhǔn)框架已逐步搭建并在日益完善中，2016年發(fā)布的GB/T 32960—2016[6]系列標(biāo)準(zhǔn)搭建了電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)框架，規(guī)定了車載終端的功能要求、性能要求和數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)單元格式，并提出了對(duì)應(yīng)的合規(guī)性測(cè)試方法。隨后發(fā)布的GB 17691—2018《重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》[7]中也新增了關(guān)于車載終端的技術(shù)要求和通信數(shù)據(jù)格式的規(guī)范性附錄。GB/T 40855—2021《電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)信息安全技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》[8]中，對(duì)車載終端和平臺(tái)提出明確的信息安全要求，并給出對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法。在2022年7月1日起實(shí)施的HJ 1239—2021《重型車排放遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》[9]中，則對(duì)車載終端新增了信息安全和整車測(cè)試相關(guān)的要求。從最初對(duì)產(chǎn)品定義、功能要求及測(cè)試方法的規(guī)范到如今對(duì)信息安全和數(shù)據(jù)合規(guī)提出了更高要求。車載終端法規(guī)內(nèi)容的充實(shí)，標(biāo)志著車載終端標(biāo)準(zhǔn)框架的發(fā)展和完善，為產(chǎn)業(yè)提供了日趨成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系。

汽車正在朝著智能化、網(wǎng)聯(lián)化快速發(fā)展。在日趨完備的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)框架下，車載終端具有成為車輛信息核心模塊的趨勢(shì)[10]。以往車輛搭載車載診斷系統(tǒng)、行車記錄儀設(shè)備的成功先例，為搭載OBFCM 提供了經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，車載終端市場(chǎng)已發(fā)展成為較成熟的市場(chǎng)，對(duì)于OBFCM來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的平臺(tái)。

2 可行性分析

2.1 功能對(duì)比

功能上，OBFCM 應(yīng)提供發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的測(cè)量和計(jì)算系統(tǒng)最精確的數(shù)據(jù)。OBFCM 應(yīng)能確認(rèn)不少于表1的數(shù)據(jù)，并將生命周期累計(jì)值儲(chǔ)存在車輛上。

表1 OBFCM數(shù)據(jù)參數(shù)[11]

插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-in Hybrid Electric Ve?hicle，PHEV）車輛至少需要提供以上所有參數(shù)，傳統(tǒng)動(dòng)力車輛和混合動(dòng)力車輛（Hybrid Electric Vehicle,HEV）至少提供燃油總消耗量、總里程、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率、整車燃油消耗率和車速數(shù)據(jù)參數(shù)。

車載終端T-Box 是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關(guān)鍵零部件，具有連接車主、TSP平臺(tái)和政府平臺(tái)的功能，是車內(nèi)信號(hào)和車外信號(hào)的匯聚中心[12]。涉及車載終端功能的現(xiàn)行法規(guī)（GB/T 32960, GB 17691, HJ 1014, HJ 1239）均要求車載終端具有數(shù)據(jù)采集功能，且要求采集的數(shù)據(jù)中均包含車輛的車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)（On Board Diagnostics,OBD）信息。以HJ 1239.1—2021 和GB/T 32960.2—2016為例，標(biāo)準(zhǔn)中功能要求見表2。

表2 功能要求

以HJ 1239.1—2021《重型車排放遠(yuǎn)程監(jiān)控 技術(shù)規(guī)范》為例，該標(biāo)準(zhǔn)要求車載終端采集的數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)排放相關(guān)數(shù)據(jù)和整車數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)要求如表3。

表3 HJ 1239.1—2021采集數(shù)據(jù)要求

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，OBFCM 只采集發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中能耗相關(guān)的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的使用壽命累計(jì)值，而車載終端采集的數(shù)據(jù)信息覆蓋面更廣，且部分涵蓋OBFCM 中記錄數(shù)據(jù)。歐盟推行OBFCM強(qiáng)制在車上搭載的要求主要是加強(qiáng)對(duì)汽車燃料消耗量或電能消耗量的監(jiān)測(cè)，旨在消除排放差異以期達(dá)到更好管控能源與排放，盡快實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目的。而車載終端搭載更多的功能，其中不同的端口發(fā)揮著不同的作用。因此，車載終端覆蓋OBFCM 的研究對(duì)于車輛自身狀態(tài)監(jiān)控、汽車主機(jī)廠遠(yuǎn)程操控和政府監(jiān)管數(shù)據(jù)收集以及交通系統(tǒng)完善工作意義重大。

2.2 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》，輕型乘用車應(yīng)兼容ISO 15765-4:2016《道路車輛—對(duì)控制器區(qū)域網(wǎng)（CAN）的診斷第4 部分：與排放有關(guān)系統(tǒng)的要求》規(guī)范[13-14]。

COMMISSION REGULATION（EU）2018/1832 要求，OBFCM系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)應(yīng)符合UN/ECE R83中附錄1、附件11 的相關(guān)規(guī)定，即滿足ISO 15031-5:2015《道路車輛—車輛與排放有關(guān)診斷用的外部試驗(yàn)裝置之間的通訊第5部分：排放有關(guān)的診斷服務(wù)》[15]或滿足基于統(tǒng)一診斷服務(wù)（Unified Diagnostic Services，UDS）協(xié)議的OBD 診斷服務(wù)和測(cè)試模式標(biāo)準(zhǔn)SAE J1979-2 APR2021[16]版相關(guān)要求，這意味著OBFCM收集的數(shù)據(jù)格式規(guī)范與對(duì)OBD 的數(shù)據(jù)要求一致。其中ISO15031-5: 2015 排放有關(guān)診斷服務(wù)規(guī)定了診斷數(shù)據(jù)的輸出格式和單位。此外，SAE J1979-2 APR2021也定義了輸出標(biāo)準(zhǔn)，功能與ISO 15031-5:2015 一致。ISO 15031-5:2015和SAE J1979-2 APR2021的標(biāo)準(zhǔn)兼容CAN和K_line通訊，國(guó)五和國(guó)四階段的乘用車大部分使用的是K 線，國(guó)六階段全部統(tǒng)一使用CAN 總線。依照ISO 15031-5:2015規(guī)定的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類型，可以實(shí)現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)應(yīng)答和雙向控制信息交互。

OBFCM集成于車載終端技術(shù)關(guān)鍵在于以下2點(diǎn)：（1）UDS 服務(wù)；（2）平臺(tái)協(xié)議。通過(guò)UDS 服務(wù)采集表1中的信息并上報(bào)；開發(fā)分2 部分：（1）UDS 讀取；（2）上傳平臺(tái)，即平臺(tái)協(xié)議開發(fā)。UDS 診斷服務(wù)[17]基于ISO14229-1:2020[18]，對(duì)于OBFCM通信開發(fā)，可以參考OBD 診斷通信[19]：定義網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議要求參照ISO 15765-4:2016；硬件實(shí)現(xiàn)方式為訪問(wèn)CAN 控制器。OBFCM需提供的數(shù)據(jù)（表1）被相應(yīng)傳感器測(cè)出后，由車載終端通過(guò)CAN 線采集并儲(chǔ)存，以支持CAN 接口導(dǎo)出和主動(dòng)上報(bào)。

對(duì)于表1中含Lifetime標(biāo)識(shí)的參數(shù)，應(yīng)當(dāng)永久保存在車載終端內(nèi)，計(jì)數(shù)器不應(yīng)復(fù)位。以下情況為特例：

（1）只有電子控制單元（Electronic Control Unit,ECU）因設(shè)備斷電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的情況發(fā)生時(shí)，才可以在蓄電池與車輛斷開時(shí)給Lifetime value 計(jì)數(shù)器作復(fù)位（Reset，電控單元復(fù)位-$11服務(wù)）。

（2）更換ECU，或Lifetime計(jì)數(shù)器出現(xiàn)故障。

（3）UN/ECE R83 法規(guī)Annex I-Appendix I 中另有規(guī)定。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)與可行性

目前，已有國(guó)產(chǎn)品牌將OBFCM 功能集成于車載終端上的先例。某國(guó)產(chǎn)品牌為滿足海外版車輛出口認(rèn)證需求，對(duì)其T-Box 供應(yīng)商提出開發(fā)具有OBFCM功能車載終端的要求。實(shí)際開發(fā)中，其報(bào)文格式和精度均按照出口國(guó)相應(yīng)的OBD 格式（ISO 15031-5：2015）進(jìn)行開發(fā)，并順利通過(guò)該國(guó)檢測(cè)認(rèn)證。

功能不斷拓展的車載終端有望涵蓋OBFCM裝置的功能要求，將OBFCM裝置的要求集成于車載終端在功能對(duì)比上具有可行性。OBFCM的UDS診斷協(xié)議與OBD 相同，且同樣基于CAN 控制器。在技術(shù)層面來(lái)看，難點(diǎn)在于軟件開發(fā)，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)在于平臺(tái)協(xié)議開發(fā)[16]。車載終端覆蓋OBFCM 仍有一定挑戰(zhàn)性，但整體上可以實(shí)現(xiàn)，具有一定的可行性。

3 結(jié)束語(yǔ)

OBFCM 裝置在我國(guó)處于起步階段，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)OBFCM法規(guī)體系的建設(shè)具有重要參考價(jià)值。國(guó)內(nèi)OBFCM 裝置應(yīng)用前景廣闊，車載終端也在飛速發(fā)展。從汽車節(jié)能減排政策和汽車智能網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展方向來(lái)看，OBFCM與車載終端集成發(fā)展前景廣闊。

車載終端功能上覆蓋較廣，基本涵蓋了OBFCM裝置的監(jiān)測(cè)項(xiàng)，需增加對(duì)燃油消耗率的讀取和上報(bào)功能。

OBFCM 需上傳的數(shù)據(jù)可以通過(guò)CAN 總線采集，通過(guò)車載終端傳輸并保存。目前診斷通信與國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)兼容。對(duì)于汽車企業(yè)，開發(fā)難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)在于UDS讀取和平臺(tái)協(xié)議開發(fā)。

綜上，車載終端集成OBFCM在法規(guī)政策上、功能上以及技術(shù)上都可以實(shí)現(xiàn)。由此可見，車載終端覆蓋OBFCM具有可行性。