國Ⅴ在用車實際道路下IUPR分布特征研究

沈姝　田冬蓮　杜常清　李孟良　徐月云（.武漢理工大學，武漢 430070；.中國汽車技術研究中心，天津 300300）

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國Ⅴ在用車實際道路下IUPR分布特征研究

沈姝1田冬蓮2杜常清1李孟良2徐月云2
（1.武漢理工大學，武漢 430070；2.中國汽車技術研究中心，天津 300300）

【摘要】采集了北京市200輛國Ⅴ在用車的IUPR信息，通過對IUPR信息相關數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，各監(jiān)測項的IUPR均值均滿足國Ⅴ限值要求，但有部分車輛的IUPR值存在不符合限值要求的情況。通過對NEDC工況與典型路況下的IUPR功能試驗發(fā)現(xiàn)，NEDC工況下IUPR值滿足限值要求，而實際道路工況下（尤其擁堵路況）會造成各監(jiān)測項的IUPR值不能滿足限值要求，因此，建議根據(jù)中國的實際道路交通情況對監(jiān)測條件進行修正。

主題詞：國Ⅴ在用車IUPR信息分布

1　　前言

OBD系統(tǒng)是排放控制的重要技術手段，被廣泛應用于發(fā)動機電控系統(tǒng)中［1～3］。為保證OBD診斷的完成性和經(jīng)常性，OBD系統(tǒng)新增了實際監(jiān)測頻率IUPR（In-use Performance Ratio），IUPR表示某一特定監(jiān)測在汽車運行時的診斷頻率，反映了OBD系統(tǒng)隨車輛的運行而對某一監(jiān)測項的診斷勤惰程度。GB18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限制及測量方法（中國第五階段）》中提出了關于對車輛OBD中的IUPR數(shù)據(jù)監(jiān)控要求，且規(guī)定IUPR限值應不小于0.1。

北京市在2013年提前實施了第五階段排放標準，但是在我國實際道路下IUPR是否能正常完成相關監(jiān)測，現(xiàn)有的限值是否能對OBD的診斷起到有效約束作用均未進行相關研究。故采集了北京市200輛國Ⅴ在用車4個月行駛期間的IUPR數(shù)據(jù)并建立了IUPR數(shù)據(jù)庫，對比了實際道路與NEDC循環(huán)下各監(jiān)測項的IUPR分子、分母增長規(guī)律，為下一階段排放標準中IUPR限值的制定提供技術支持。

2　國Ⅴ在用車IUPR數(shù)據(jù)采集

2.1采集樣車

采集樣車涵蓋不同型號、不同用戶、不同使用年限、不同行駛里程及不同分布區(qū)域，具有廣泛的代表性。由于歐洲實施IUPR較早，且北京地區(qū)歐系車所占比重較大，所以所選樣車中以歐系車為主，樣車數(shù)量分布如圖1所示。

2.2采集設備

利用Silver Scan-Tool軟件，通過連接診斷口進入程序，采用Mode 9來采集各監(jiān)測項的IUPR分子值和分母值。

2.3采集參數(shù)

ISO 15031—5中規(guī)定IUPR采集參數(shù)需含點火循環(huán)計數(shù)器和一般分母計數(shù)器的值，同時應分別采集催化器、氧傳感器∕尾氣傳感器、蒸發(fā)系統(tǒng)、EGR系統(tǒng)、VVT系統(tǒng)、二次空氣系統(tǒng)、后氧傳感器、燃油系統(tǒng)、顆粒捕集器等監(jiān)測項的IUPR分子計數(shù)器和分母計數(shù)器的值（如果這些計數(shù)器在該車型上是存在的）。

2.4數(shù)據(jù)采集方法

利用自主駕駛法采集車輛在實際道路工況下OBD的診斷頻率。自主駕駛法即不規(guī)劃道路，駕駛員自由駕駛，駕駛區(qū)域覆蓋北京市整個區(qū)域，以充分反映實際道路工況下各監(jiān)測子項的IUPR分子、分母的增長規(guī)律。

3　　各監(jiān)測項IUPR數(shù)據(jù)分析

3.1OBD各監(jiān)測項的IUPR值計算

OBD系統(tǒng)某一特定監(jiān)測項M的實際監(jiān)測頻率（IUPRM）為：

分子計數(shù)器和分母計數(shù)器之比表示了某一特定監(jiān)測在汽車運行時的診斷頻率［1］。

分子表示國Ⅴ法規(guī)要求的執(zhí)行該監(jiān)測次數(shù)，OBD執(zhí)行該監(jiān)測后，對應的分子計數(shù)器需在10 s內(nèi)加1。

分母表示滿足相關條件的車輛運行次數(shù)。大多數(shù)監(jiān)測項以國Ⅴ法規(guī)規(guī)定的一般分母計數(shù)器的觸發(fā)條件為標準，個別監(jiān)測系統(tǒng)另有附加規(guī)定，具體監(jiān)測條件如下：

a.一般分母計數(shù)器的觸發(fā)條件為：在某一駕駛循環(huán)內(nèi)，海拔在2 400 m以下，環(huán)境溫度高于-7℃，發(fā)動機起動后累計運行時間＞600 s，40 km∕h累計時間＞300 s且連續(xù)怠速＞30 s，當同時滿足上述條件后，一般分母計數(shù)器在10 s內(nèi)加1。

b.二次空氣系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和VVT等相關系統(tǒng)均有特殊分母計數(shù)要求。如二次空氣系統(tǒng)命令“開”的狀態(tài)出現(xiàn)的時間≥10 s時，二次空氣系統(tǒng)分母計數(shù)器加1。

對于某一特定監(jiān)測項M，如果某一年度制造的且屬于某一OBD系族的所有汽車滿足下述統(tǒng)計要求，則認為符合國V法規(guī)關于IUPR的要求：

a.IUPRM的平均值≥0.1。

b. 超過50%的汽車的IUPRM≥0.1［1］。

3.2完成監(jiān)測的起動次數(shù)

平均完成1次監(jiān)測所需要的發(fā)動機起動次數(shù)反映的是整個北京地區(qū)的路況及駕駛員使用車輛的狀況。通過對采集的點火循環(huán)計數(shù)器數(shù)值統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，所有樣車都是在起動多次后才能完成1次監(jiān)測。國Ⅴ法規(guī)規(guī)定，車輛每次起動OBD的各監(jiān)測項的IUPR分子值、分母值最多只能加1，如果定義每輛樣車完成1次監(jiān)測的平均起動次數(shù)為監(jiān)控效率K，則K≥1。圖2為完成1次監(jiān)測所有樣車的起動次數(shù)，由圖2可看出，北京地區(qū)在用車的K值大部分集中在2～5之間，最高為16，平均起動次數(shù)約為4次，表明完成1次監(jiān)測所需的起動次數(shù)較多，這可能是由于北京市的擁堵路段平均車速過低，使得分母計數(shù)器的監(jiān)測條件難以達到而導致。

3.3各監(jiān)測項的IUPR數(shù)據(jù)分析

由于樣車種類較多，包含不同排量、不同排放控制技術等，并不是所有樣車都能輸出IUPR所要求的所有監(jiān)測項的分子、分母值，故每輛樣車輸出的參數(shù)可能有所區(qū)別。為此對每輛樣車的輸出參數(shù)進行了統(tǒng)計，計算了各監(jiān)測項的輸出次數(shù)，如圖3所示。從圖3可看出，所有樣車都輸出了催化轉化器和氧傳感器的IUPR分子、分母值，此外，EGR的IUPR分子、分母值輸出的比例也很大，為91%。為此本文主要對催化轉化器、氧傳感器和EGR這3項的IUPR數(shù)據(jù)進行整理分析。

3.3.1EGR的IUPR分布

將采集的EGR的IUPR分子、分母值代入式（1）進行計算，得到EGR的IUPR分布如圖4所示。由圖4可看出，EGR的IUPREGR值較為平均地分布在1～3之間，最大值為4.67，最小值為0.12，所有樣車的IUPREGR值都滿足國Ⅴ限值要求。

3.3.2催化轉化器的IUPR分布

同理，得到催化轉化器IUPR分布，如圖5所示。由圖5可看出，催化轉化器的IUPRCAT值均勻地分布在0～1.5之間，最大值為1.93，最小值為0.02，92%的樣車其催化轉化器的監(jiān)測頻率滿足限值≥0.1的要求。

3.3.3氧傳感器的IUPR分布

通過數(shù)據(jù)分析，得到氧傳感器的IUPR分布，如圖6所示。由圖6可看出，氧傳感器的IUPR值主要分布在0～2之間，最大值為5，最小值為0.03，92.5%的樣車氧傳感器監(jiān)測頻率能滿足≥0.1的限值要求。

通過分析EGR、催化轉化器和氧傳感器的IUPR分布發(fā)現(xiàn)，有少量樣車的EGR、催化轉化器和氧傳感器的IUPR值不滿足國Ⅴ限值要求，故需對各監(jiān)測項的IUPR值存在的差異進行分析。

3.3.4各監(jiān)測項的IUPR值差異分析

3.3.4.1IUPR值＜0.1的情況

從數(shù)據(jù)庫中任意挑選了4輛含有某一監(jiān)測項IUPR值＜0.1的樣車，表1為4輛樣車的監(jiān)測信息。由表1可知，4輛樣車均只有某一監(jiān)測項的IUPR值＜0.1，說明其它幾個監(jiān)測都能正常完成，車輛自身OBD系統(tǒng)無故障。

表1樣車IUPR信息

因為車輛自身OBD系統(tǒng)無故障，且表1中的3個監(jiān)測項的分母計數(shù)器的觸發(fā)條件均為一般分母計數(shù)器的觸發(fā)條件，分母變化規(guī)律一致，故出現(xiàn)IUPR值＜0.1的情況可能是由于某一特定監(jiān)測項的分子計數(shù)器的觸發(fā)條件導致，無法完成監(jiān)測。

3.3.4.2IUPR值遠高于0.1的情況

表2為統(tǒng)計出的各監(jiān)測項IUPR平均值，由表2可知，催化轉化器、氧傳感器、EGR等監(jiān)測項的IUPR均值都遠大于國Ⅴ法規(guī)的要求。

表2各監(jiān)測項IUPR均值

針對IUPR值偏高的現(xiàn)象，對試驗結果進行了分析，發(fā)現(xiàn)在擁堵路況下，雖然IUPR值滿足國Ⅴ法規(guī)要求，但因為此路況下整體車速過低，分母計數(shù)器的觸發(fā)條件很難達到，即分母不變化，此時若分子計數(shù)器達到觸發(fā)條件，分子加1，則會導致IUPR值偏高。

出現(xiàn)上述兩種現(xiàn)象的原因可能是由于監(jiān)測項的分子、分母計數(shù)器的觸發(fā)條件并沒有根據(jù)我國的實際道路交通特點進行修正而導致。為了對此進行驗證，進行了典型路況下IUPR功能試驗，并與NEDC工況下的IUPR分子、分母變化規(guī)律進行對比。

4　　NEDC工況與典型路況下IUPR功能試驗

從200輛樣車中隨機選擇1輛典型車輛，分別在北京市的3條典型路線上進行了多次道路試驗。3條典型路線中，路線1代表北京近郊路況；路線2代表北京的環(huán)線路況；路線3代表上、下班高峰時期路況。實車道路試驗完成后，利用此樣車在轉鼓試驗臺上按照NEDC工況行駛，比較典型路況與NEDC工況下IUPR分子和分母的增長情況。

由于分母計數(shù)器的觸發(fā)條件要求汽車持續(xù)怠速運行時間≥30 s，而NEDC工況不滿足這一條件，故轉鼓試驗時會在發(fā)動機熄火前人為增加30 s怠速進行修正。

實際道路與NEDC工況下的IUPR試驗結果如表3所列。

表3 某在用車實際道路與NEDC工況下的IUPR變化規(guī)律對比

由于進行了多次道路測試，受特殊路段或早晚高峰影響，表3中實際道路工況下IUPR變化存在加1或無變化的情況。

由表3可知，修正后的NEDC工況能滿足各監(jiān)測項的分子、分母計數(shù)器加1，但是在實際道路情況下，路線1、路線2與NEDC+30 s工況的催化轉化器的分子計數(shù)器變化規(guī)律有所差異，其它監(jiān)測項分子、分母變化規(guī)律一致；因路線3情況下整體車速較低，大部分監(jiān)測項的分子、分母都難以完成監(jiān)測。由此可知，因路況不同導致了各監(jiān)測項的分子、分母增長規(guī)律存在差異。特別是在擁堵路況下（整體車速過低），大部分監(jiān)測項的分母計數(shù)器觸發(fā)條件難以達到。我國擁堵路況較多，為了保證轉鼓試驗對IUPR功能的驗證切實有效，應根據(jù)中國實際的道路、交通情況對法規(guī)工況進行修正。

5　　結束語

通過對采集的北京市200輛國Ⅴ在用車的IUPR信息相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析可知，雖然各監(jiān)測項的IUPR均值滿足目前法規(guī)限值要求，但還有部分樣車的IUPR值出現(xiàn)低于或偏高國Ⅴ法規(guī)要求的現(xiàn)象。導致這種現(xiàn)象的原因是由于監(jiān)測項的分子、分母計數(shù)器觸發(fā)條件沒有根據(jù)我的國實際道路交通特點進行修正。故建議根據(jù)中國實際的道路交通情況對監(jiān)測條件進行修正，以保證所獲得的IUPR限值可以切實反映OBD系統(tǒng)的監(jiān)測勤惰程度。

參考文獻

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（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2016年3月11日。

中圖分類號：U467.1+1

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3703（2016）06-0045-04

The Research on IUPR Distribution Characteristic of China V Vehicles Based on the Real Road Conditions

Shen Shu1，Tian Donglian2，Du Changqing1，Li Mengliang2，Xu Yueyun2
（1.Wuhan University of Technology，Wuhan 430070；2.China Automotive Technology and Research Center，Tianjin 300300）

【Abstract】In this research，IUPR information of 200 China V vehicles in Beijing is collected.The analysis on the IUPR data shows that the average IUPR of the monitored items complies with China V limit requirement，whereas that of some vehicle doesn't comply with such limit.The IUPR functional test under the NEDC and the real road condition show that the IUPR works well under the NEDC，the IUPR can not comply with limit requirement in real road conditions （especially congested condition），therefore a revision to monitoring condition according to real road condition in China is recommended.

Key words:China V vehicles，IUPR information，Distribution