【解讀】基于國六法規的混動汽車OBD系統開發

來源 / 聯合電子

2016年12月環境保護部、國家質檢總局發布了國六排放標準《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（本文主要討論標準中車載診斷OBD系統部分，簡稱為國六OBD法規）, 新的國六法規無論在排放還是OBD部分都對各個整車廠和零部件供應商提出了非常高的要求。除此以外，國家對汽車環保的監管力度也越來越嚴格，對車輛的要求也不僅僅只限于公告認證，量產后如果發現有不滿足OBD法規也可能導致巨額罰款甚至環保缺陷召回。因此OBD系統，特別是混合動力OBD系統的開發是國六項目開發中的重點和難點。

本文從法規需求解讀，系統框架設計，子系統OBD需求分析等方面介紹混合動力汽車OBD系統方案設計開發。

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國六OBD法規需求解讀

國六OBD法規對發動機系統和混合動力系統都提出了更高的要求，下表為國六OBD閥值（基于WLTC循環測量），該閥值是參考歐洲OBD的要求，把NMHC和NOx合并起來，該閥值為燃油中性，也適用于混合動力汽車。

國六中增加很多對混合動力汽車要求的描述，主要內容如下所示：

·術語與定義中增加了混合動力汽車特殊的“發動機起動”、“驅動系統激活”、“燃油發動機運行”等定義。

·在一般要求和試驗當中針對混合動力電動汽車特別提出可以采用“推進系統激活時間的累積時間”代替發動機起動后的累積時間；對混動部件的最小IUPR率也單獨提出了要求；分母計算的增加混動也采用不同的計算方法等。

·對于混合動力零部件的監控要求主要集中J.4.14綜合部件監測部分。主要單獨對電量儲存系統（REESS），混合動力電動汽車熱管理系統，再生制動，驅動電機，發電機以及OVC-HEV 車輛 REESS 充電器相關混合動力零部件提出了明確的要求。除此以外如果該混合動力零部件或系統故障能導致排放超過 OBD 閾值；或屬于其他監測系統/部件診斷策略的一部分，也需要按照綜合零部件的要求進行診斷監測。

·標準化要求當中對混合動力電池組的剩余電量提出了掃描工具輸出的要求等。

·法規其他部分也零星的對混合動力汽車提出單獨的需求，本文不詳細列舉。

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混合動力汽車OBD系統架構

混合動力汽車相比于傳統內燃機汽車有著更多的控制單元，因此在OBD系統設計方面相比于傳統車以發動機控制器為主的系統上也有所不同。因此為了保證整體OBD系統的效率需要對不同控制器的職責進行分工，通常OBD控制器定義有以下三類：

混合動力汽車OBD典型系統架構

Master控制器：作為OBD系統主控制器，一般Master控制器都由功能比較強大或負責范圍較大的控制器來承擔（比如發動機控制器ECU或整車控制器VCU）。Master控制器有完整的OBD功能。除此以外Master控制器負責部分重要通用信息的計算以及MIL燈的點亮。

Primary控制器：一般Primary控制器主要為負責重要的動力系統控制且有比較完整的OBD功能的控制器來承擔。Primary控制器通常把MIL燈點亮需求發送給Master控制器，由Master控制器統一點亮，除此以外部分重要的Primary控制器（如不作為Master控制器的ECU或VCU）也輸出通用信息。

Dep.secondary控制器：一般Dep.secondar控制器主要是較為重要且不能劃歸到智能部件，但缺乏完整的OBD功能的控制器。Dep.secondary控制器通常只能診斷故障但沒有自己的故障管理系統，需要借助Master和Primary控制器來協助實現故障管理等OBD功能。

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子系統OBD需求分析

正如下圖所示，混合動力汽車相比傳統內燃機汽車有著更多的新能源子系統，除發動機系統外，混合動力汽車還有著一套高壓系統相關的子系統，例如下圖中的充電系統，電池系統，各個子系統中還配備著相應的執行器和傳感器等零部件。而國六OBD法規中綜合零部件章節也對新能源部件子系統有新的要求。因此需要對新能源子系統功能進行分析，從而判斷是否是OBD相關零部件或系統。

混合動力汽車典型動力總成系統

針對上圖中繁多的混合動力汽車新能源子系統，需要按照下圖中的思路，根據法規（Level1層級）中相關描述的要求，基于豐富的動力總成設計經驗，對動力總成系統（Level2層級）的功能進行分解。通過功能從動力總成分解到子系統，將法規的需求分解到相關零部件及子系統（Level3層級）。

國六OBD法規需求分解圖

以上圖中一個典型的Level2層級的子系統的熱管理系統為例進行分析：

國六法規當中對于熱管理系統的OBD原文要求為：
（B）混合動力電動汽車熱管理系統
（i）REESS 熱管理系統
a．根據 J.4.14.2.1 和 J.4.14.2.2 的要求，對 REESS 熱管理系統（例如，加熱或冷卻）的單獨的電子輸入和輸出部件進行監測。其中不包括用于混合動力電池熱管理和完全由駕駛員控制的電子部件。

按照上圖當中的思路，從Level1層級逐步向Level3層級進行分解分析，從國六法規分析可以得知儲能系統熱管理相關的零部件都需要進行OBD診斷。因此要分析哪些零部件或子系統屬于儲能裝置熱管理系統，例如電池冷卻/加熱回路當中的水泵，溫度傳感器以及電池加熱回路的PTC水泵，電池Chiller冷卻回路的空壓機等。需要根據實際項目中整車熱管理拓撲結構進行詳細分析。

除此以外，特別需要注意到，由于新能源系統的加入，可能對傳統發動機的診斷策略甚至系統方案也會有所影響，也需要根據動力系統具體情況進行分析。

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總結

本文從法規需求解讀，系統框架設計，子系統OBD需求分析等方面初步介紹了基本的混合動力汽車OBD系統方案設計開發過程。而各個車企的混合動力系統都有所不同，針對項目車輛具體情況，聯合電子作為國內資深的供應商，有著多達500多個國六整車項目批產經驗，且最早的國六項目車型已經在市場上穩定運行超過一年，因此在OBD系統開發上有著豐富的經驗，有能力為客戶提供全套的國六OBD系統解決方案。

來自電機新視界公眾號