輕型汽油車PVE 測試方法的研究

張盼望陳哲遠(yuǎn)桂佩佩

（廣東汽車檢測中心有限公司）

隨著國六標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，汽車企業(yè)需要對其所生產(chǎn)的車輛動(dòng)力總成控制器故障診斷模塊進(jìn)行生產(chǎn)一致性檢查，在車輛正式量產(chǎn)后，汽車企業(yè)需提交相應(yīng)的測試計(jì)劃和報(bào)告[1]。量產(chǎn)車評估（Production Vehicle Evaluation,PVE）測試是國六標(biāo)準(zhǔn)中新增的內(nèi)容。PVE 包括標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證（J1）、監(jiān)測要求驗(yàn)證（J2）和在用監(jiān)測性能驗(yàn)證（J3）三部分，PVE J2 是PVE 測試的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)要求對所有故障碼進(jìn)行驗(yàn)證，而故障模擬方法的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)，汽車企業(yè)的PVE 測試大部分是通過手動(dòng)來完成的[2,3]。本文研究故障模擬方法，在掌握車載診斷系統(tǒng)（On-board Diagnostics,OBD）原理的基礎(chǔ)上，通過測試軟件可以完成對控制器各種故障的植入、故障碼讀取和清除，分析了PVE 的測試方法。

1 PVE 測試所用的設(shè)備

OBD 系統(tǒng)是一套存儲(chǔ)在汽車控制器中的車載診斷系統(tǒng)，它監(jiān)控著與排放相關(guān)的部件，確保車輛的排放始終達(dá)標(biāo)[4]。如果與排放相關(guān)的部件出現(xiàn)故障，儀表盤上會(huì)顯示點(diǎn)亮故障指示燈（Malfunction Indicator Lamp,MIL），相應(yīng)的故障碼會(huì)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，以便后期的維修。OBD 系統(tǒng)提供了不同可讀取的模式，Mode 1 模式可讀取到車輛動(dòng)力總成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；Mode 3 存儲(chǔ)確認(rèn)故障碼，在第一個(gè)駕駛循環(huán)中，OBD 系統(tǒng)監(jiān)測到故障時(shí)，把故障生成的未決故障碼存儲(chǔ)到Mode 7 中，同時(shí)MIL燈處于熄滅的狀態(tài)。第二個(gè)駕駛循環(huán)中，OBD 系統(tǒng)再次監(jiān)測到該故障時(shí)，MIL 燈會(huì)被點(diǎn)亮，并把生成的確認(rèn)故障碼存儲(chǔ)到Mode 3 中；Mode 4 用來清除與排放相關(guān)的診斷信息；Mode A 存儲(chǔ)與排放相關(guān)的永久性故障碼[5]。

PVE 測試過程中所用的設(shè)備，如圖1 所示。它們分別是信號(hào)轉(zhuǎn)接盒、SU160 和PC 機(jī)。信號(hào)轉(zhuǎn)接盒上的引腳與線束原理圖上的引腳一一對應(yīng)，方便測試員查找部件對應(yīng)的引腳，提高了測試的效率；SU160 可以自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(EngineControl Unit,ECU)部分特殊引腳電氣故障的模擬，方便對OBD 系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，SU160 包括電壓和電阻通道，通過植入電壓或電阻可以模擬與傳感器相關(guān)的故障。PC 機(jī)中安裝有eDiAT軟件，與OBD 接口連接后可以讀到車輛動(dòng)力總成等的信息。

圖1 PVE 測試所用的工具

2 PVE 基本方法及故障分類

2.1 PVE 測試方法

1）PVE 測試分為動(dòng)態(tài)測試和靜態(tài)測試，PVE J1 標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證是靜態(tài)測試，PVE 測試人員根據(jù)軟件的提示逐步進(jìn)行操作即可。本部分驗(yàn)證是指根據(jù)SAE J1978標(biāo)準(zhǔn)要求來驗(yàn)證車輛和掃描工具通訊是否正常，并驗(yàn)證被測部件和系統(tǒng)的就緒狀態(tài)，當(dāng)有故障時(shí)MIL 燈是否點(diǎn)亮。

2）PVE J2 監(jiān)測要求驗(yàn)證是PVE 測試中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需對OBD 系統(tǒng)和故障碼進(jìn)行全面的評估，當(dāng)激活條件和閾值滿足故障碼的要求時(shí)，OBD 系統(tǒng)應(yīng)檢測到故障，并點(diǎn)亮MIL 燈并存儲(chǔ)未決故障碼、確認(rèn)故障碼和永久故障碼。故障碼的測試流程如下所述，在車輛上電無故障碼的狀態(tài)下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；第一個(gè)駕駛循環(huán)后，根據(jù)故障的診斷原理制造出未決故障，報(bào)出后復(fù)位插座并對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；第二個(gè)駕駛循環(huán)后，維持原有故障，OBD 系統(tǒng)報(bào)確認(rèn)故障同時(shí)MIL 燈點(diǎn)亮，復(fù)位插座并保存數(shù)據(jù)；下電上電，MIL 燈點(diǎn)亮并報(bào)永久故障；進(jìn)行第三個(gè)駕駛循環(huán)并維持一段時(shí)間，修復(fù)未決故障并保存數(shù)據(jù)；進(jìn)行第四個(gè)駕駛循環(huán)并維持一段時(shí)間，修復(fù)永久故障并保存數(shù)據(jù)；進(jìn)行第五個(gè)駕駛循環(huán)并維持一段時(shí)間，對累加點(diǎn)火計(jì)數(shù)器進(jìn)行記錄；第六個(gè)駕駛循環(huán)后確認(rèn)永久故障消失并MIL 燈熄滅；車輛上電狀態(tài)下，用Mode4 清除確認(rèn)故障碼。

3）PVE J3 在用監(jiān)測性能驗(yàn)證是PVE 測試中的第三部分，是指收集量產(chǎn)后一段時(shí)間內(nèi)車輛的在用監(jiān)測性能數(shù)據(jù)、生產(chǎn)企業(yè)、車型等信息。

2.2 故障分類

輕型汽油車故障碼的數(shù)量大概有380 個(gè)，重型汽車的故障碼大概有1 000 個(gè)，經(jīng)比較輕型汽油車故障碼的數(shù)量較少，一部分故障碼會(huì)引起汽車超過排放限值。故障碼的分類依據(jù)故障碼的類型和所使用的模擬方法，以便后期的測試，故障碼分為以下幾類，分別是斷路、短路、電壓過低或過高、合理性、硬件模擬和無法模擬的故障碼[6]。無法模擬的故障碼是指需破壞車輛的部件才能模擬，而這種情況不符合PVE 的測試要求，PVE測試過程中要求不能使用軟件修改標(biāo)定量或破壞車輛的部件。

3 PVE 故障模擬方法

3.1 合理性故障

合理性故障指傳感器的輸入信號(hào)值與參考值不一致，造成OBD 報(bào)出相應(yīng)的故障。其中包括電子油門踏板位置傳感器信號(hào)不合理、進(jìn)氣壓力傳感器壓力超范圍低故障和排氣凸輪軸傳感器信號(hào)不合理故障等。

電子油門踏板位置傳感器信號(hào)合理性的連線圖，如圖2 所示。模擬合理性故障的方法為，在線束原理圖上找到傳感器信號(hào)線對應(yīng)的引腳，把SU160 其中一個(gè)電壓通道與傳感器信號(hào)線的引腳進(jìn)行連接，通過SU160 植入一定的電壓，使車輛運(yùn)行在一定的工況下，從而報(bào)出合理性的故障。

圖2 合理性故障導(dǎo)線連接圖

冷卻液溫度傳感器1 電路電壓合理故障的模擬方法為，在線束原理圖上找到傳感器信號(hào)線對應(yīng)的引腳，把SU160 其中一個(gè)電壓通道與傳感器信號(hào)線的引腳進(jìn)行連接，把編寫的程序?qū)氲较鄳?yīng)的軟件中，導(dǎo)入時(shí)間模塊，合理性故障的流程，如圖3 所示。調(diào)用函數(shù)1 通過SU160 發(fā)送高電壓，在函數(shù)2 中設(shè)置發(fā)送高電壓的頻率，調(diào)用函數(shù)3 通過SU160 發(fā)送低電壓，在函數(shù)4 中設(shè)置發(fā)送低電壓的頻率，當(dāng)報(bào)出合理性故障時(shí)，程序結(jié)束運(yùn)行。

圖3 合理性故障的流程圖

3.2 電路故障類

3.2.1 斷路和短路

斷路故障是指執(zhí)行器或傳感器的控制電路所對應(yīng)的引腳被斷開從而造成的一種故障。包括上游氧傳感器加熱控制電路、中冷水泵控制電路和二級機(jī)油泵控制電路等。斷路故障的模擬方法為，在線束原理圖上找到對應(yīng)部件控制電路的引腳，接下來從信號(hào)轉(zhuǎn)接盒上拔掉對應(yīng)的引腳，從而報(bào)出相應(yīng)的故障，模擬斷路故障時(shí)，車輛的工況一般為怠速。

短路是指用導(dǎo)線把傳感器或執(zhí)行器的控制電路引腳連接到電源或地的引腳上。包括下游氧傳感器控制電路和電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)級控制電路等。短路故障的模擬方法為在線束原理上找到對應(yīng)的控制電路引腳，用導(dǎo)線連接到地端或電源端的引腳。進(jìn)氣歧管壓力傳感器對地短路的連線圖，如圖4 所示。

圖4 短路故障的連線圖

3.2.2 電壓過低或過高

汽車上所用傳感器的工作電壓在0.2～4.8 V 之間，當(dāng)ECU 接收到的電壓不在工作范圍之內(nèi)時(shí)，OBD 會(huì)報(bào)出電壓過高或過低的故障，電壓過低或過高故障主要包括二級機(jī)油泵控制電路和輪增壓器電子廢氣門位置傳感器控制電路等。模擬低電壓過低故障的方法為在線束原理圖上找到傳感器或執(zhí)行器控制電路的引腳，并把該引腳短接到地端引腳，根據(jù)診斷的需求來選擇車輛工況，大多數(shù)情況下為怠速工況。

3.3 硬件模擬故障

硬件模擬故障是PVE 測試中的一種故障，它需要使用相關(guān)的零部件進(jìn)行故障的模擬，如電子節(jié)氣門堵塞、中冷水泵的卡滯和催化器老化等，其中電子節(jié)氣門的堵塞，需把空濾端和電子節(jié)氣門前端的管道進(jìn)行拆卸，用相應(yīng)的部件把電子節(jié)氣門前端的管道進(jìn)行堵塞，在怠速的工況下，報(bào)出相應(yīng)的故障。

4 結(jié)論

PVE 包括標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證（J1）、監(jiān)測要求驗(yàn)證（J2）和在用監(jiān)測性能驗(yàn)證（J3），PVE J1 和PVE J3 較為簡單，PVE J2 需花大量的時(shí)間來完成，而故障模擬方法的設(shè)計(jì)是PVE J2 測試的關(guān)鍵。文中通過使用信號(hào)轉(zhuǎn)接盒、SU160 設(shè)備和上位機(jī)軟件，可以通過自動(dòng)化的方式來完成故障的模擬，提高了測試效率和準(zhǔn)確性，部分故障的模擬無法自動(dòng)化，PVE 故障模擬的方法有待深入研究。