劉 煜，林夢茹，蔡文兵，曹青青，毛柯然

（1.比亞迪汽車有限公司，陜西 西安 710018；2.比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518118）

隨著中國對汽車排放污染物的排放要求日趨嚴(yán)格，NOX、顆粒物PM等污染物的排放限制及測量是研究的熱點(diǎn)，國Ⅴ國Ⅵ階段，汽車需滿足GB 17691/GB 18285/GB 3847標(biāo)準(zhǔn)中對OBD信息及車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)流的要求。帥石金等從宏觀和微觀兩個(gè)層面對集成后處理的部件三效催化轉(zhuǎn)化器、顆粒捕集器設(shè)計(jì)故障診斷算法和輕型車國ⅥOBD技術(shù)要求進(jìn)行總結(jié)[1]。于津濤等對國Ⅵ法規(guī)進(jìn)行分析解讀，對某款發(fā)動(dòng)機(jī)的故障分類、MIL燈激活方式、限扭限速激活等方面進(jìn)行測試[2]。吳向暢等開發(fā)了OBD系統(tǒng)，包括故障檢測、故障管理以及基于CAN的通信協(xié)議棧，并以氧傳感器的響應(yīng)速率監(jiān)測證明系統(tǒng)運(yùn)行的有效性[3]。丁蓉蓉等針對國Ⅵ后處理系統(tǒng)的開發(fā)，確定了滿足法規(guī)要求的后處理方案滿足OBD診斷的相關(guān)要求[4]。丁莉等將國Ⅵ與國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，提出實(shí)際行駛污染物的排放試驗(yàn)要求，增加OBD信息的相關(guān)監(jiān)控[5]。

1 OBD測試評價(jià)模型拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)

1.1 OBD診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能OBD排放診斷系統(tǒng)如圖1所示，包括由汽車整車網(wǎng)絡(luò)、車輛相關(guān)控制器、網(wǎng)絡(luò)間連接器、發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制器、排放后處理裝置和云端服務(wù)器組成的輸入端，OBD診斷系統(tǒng)作為的控制端，以及完成國Ⅴ國Ⅵ車型、柴油機(jī)/氣體機(jī)車型、地方標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)的執(zhí)行端。系統(tǒng)性進(jìn)行國Ⅴ/國ⅥOBD檢測，針對診斷柴油機(jī)及氣體機(jī)車型進(jìn)行自動(dòng)化檢驗(yàn)，滿足不同標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息的要求，并且可以做到實(shí)時(shí)更新軟件程序，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)排放檢驗(yàn)自動(dòng)化、智能化檢驗(yàn)。

圖1 OBD診斷系統(tǒng)框架圖

1）輸出端：由OBD插接頭和排放終端插接頭連接整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器連接發(fā)動(dòng)機(jī)，采集排放后處理裝置的信息，診斷網(wǎng)段和排放終端網(wǎng)段通過網(wǎng)絡(luò)間連接器相連，診斷系統(tǒng)從云端獲取最新程序。

2）控制端：診斷系統(tǒng)通過發(fā)送診斷報(bào)文請求，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器回復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息。

3）執(zhí)行器端：診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障燈閃爍邏輯判斷、診斷支持就緒狀態(tài)判斷、診斷網(wǎng)絡(luò)和排放終端網(wǎng)段的路由校核、ISO 27145/GB 17691/GB 18285符合性校驗(yàn)、地標(biāo)符合性校驗(yàn)，并將結(jié)果進(jìn)行綜合判斷。

1.2 智能OBD診斷評價(jià)拓?fù)鋱D建立

診斷系統(tǒng)向云端服務(wù)器請求最新數(shù)據(jù)版本，用以匹配最新的ISO 15031/ISO 27145/GB 17691/GB 18285標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)診斷系統(tǒng)接收到輸入端發(fā)出的診斷回復(fù)報(bào)文后，啟動(dòng)執(zhí)行器端進(jìn)行判斷，具體包括國Ⅴ國Ⅵ判斷、故障燈閃爍邏輯判斷、柴油機(jī)氣體機(jī)判斷、診斷支持就緒狀態(tài)判斷、OBD網(wǎng)段路由校驗(yàn)、排放終端網(wǎng)段路由校驗(yàn)、ISO 15031/ISO 27145/GB 17691/GB 18285標(biāo)準(zhǔn)判斷、地標(biāo)符合性判斷，并綜合給出判斷結(jié)果，如圖2所示。

圖2 智能OBD診斷評價(jià)拓?fù)鋱D

2 模型驗(yàn)證

2.1 OBD測試評價(jià)權(quán)重系數(shù)模型

從標(biāo)準(zhǔn)符合性、功能準(zhǔn)確度、安全性、舒適性角度分析，建立OBD測試評價(jià)權(quán)重系數(shù)模型，如圖3所示。

圖3 OBD測試評價(jià)權(quán)重系數(shù)模型

對OBD排放診斷測試建立評價(jià)體系，從故障符合性、支持就緒狀態(tài)符合性、路由校驗(yàn)符合性、標(biāo)準(zhǔn)符合度進(jìn)行判斷，運(yùn)用層次分析法（AHP）確定其權(quán)重系數(shù)。構(gòu)造描述OBD測試系統(tǒng)功能或特征的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較評價(jià)因素的相對重要性，給出對應(yīng)的比例標(biāo)度。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

運(yùn)行層次分析法構(gòu)造合理且保持一致性的判斷矩陣，采用1～9比例尺度對OBD測試的重要度進(jìn)行賦值，具體見表1，重要程度比較結(jié)果見表2，得到判斷矩陣A。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及含義

表2 重要程度比較結(jié)果

根據(jù)表2的結(jié)果，得到比較判斷矩陣A，如式（1）所示。

2.3 確定OBD排放診斷評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

對圖3中OBD測試評價(jià)權(quán)重模型的指標(biāo)A1、A2、A3、A4的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。對于判斷矩陣A，采用和積法求解其矩陣特征根。

1）對于OBD測試判斷矩陣A按列規(guī)范化，即對每一列正規(guī)化，如下：

2）按行相加得和向量如下：

3）對OBD測試判斷矩陣A進(jìn)行平均，將得到的和向量正規(guī)化，即得到權(quán)重向量，如下：

4）計(jì)算最大特征根γmax如下：

5）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)C.I.，如下：

2.4 OBD排放測試的定量評價(jià)

運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法依據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將OBD排放測試的定性評價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評價(jià)。

1）在指標(biāo)體系確定的基礎(chǔ)上，針對單因素Ui（i=1，2，3，…m，m為等級數(shù)）進(jìn)行單因素評判，得到對應(yīng)的評價(jià)等級Vj（j=1，2，3，…n，n為等級數(shù)）的隸屬度rij。由此，m個(gè)因素的評價(jià)結(jié)果構(gòu)成一個(gè)評價(jià)矩陣R，即確定從U到V的模糊關(guān)系R，將R按行或列進(jìn)行歸一化，如式（7）所示。

2）確定權(quán)重及單因素評價(jià)模型，先通過層次分析法得到權(quán)重集A=（a1，a2，…am），然后將其與評價(jià)矩陣R進(jìn)行合成，即得到各因素的模糊綜合評價(jià)模型，如式（8）所示。

模糊評價(jià)模型如表3所示。

表3 模糊評價(jià)模型

以故障符合度為例，根據(jù)確定的各級權(quán)重依次分級計(jì)算各元素的評價(jià)結(jié)果。第2層元素綜合評價(jià)矩陣C11，C12，C13，C14，由權(quán)重系數(shù)模型A11，A12，A13，A14和模糊評價(jià)模型R11，R12，R13，R14計(jì)算得出，如下：

第1層元素故障符合性矩陣C1由權(quán)重系數(shù)A1和模糊評價(jià)矩陣R1得出，如下：

其余支持就緒狀態(tài)符合性、路由校驗(yàn)符合性、標(biāo)準(zhǔn)符合性計(jì)算步驟與故障符合度相同。

3）計(jì)算綜合評價(jià)得分。通過隸屬度等級確定對應(yīng)的分?jǐn)?shù)集μ=[1.0 0.8 0.6 0.4 0.2]。綜合得分G由下式計(jì)算得出：

3 總結(jié)

本文研究了基于國Ⅴ/國Ⅵ階段排放標(biāo)準(zhǔn)的汽車智能OBD診斷方法，通過設(shè)計(jì)智能OBD診斷評價(jià)拓?fù)鋱D，建立OBD測試評價(jià)權(quán)重系數(shù)模型，從標(biāo)準(zhǔn)符合度、功能準(zhǔn)確度、安全性、舒適性進(jìn)行綜合評價(jià)，該測試評價(jià)體系目前尚在研究階段，需要進(jìn)行進(jìn)一步的模型仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，用以應(yīng)用到OBD排放測試評價(jià)中。