基于大陸系統(tǒng)氧傳感器故障診斷原理PVE J2測試方法淺析

鐘遠(yuǎn)銘　賴先濤　陳旭健

摘 要：根據(jù)國六排放法規(guī)GB18352.6—2016[1]要求，車輛生產(chǎn)企業(yè)需對生產(chǎn)的車輛進(jìn)行OBD量產(chǎn)車輛評估測試即簡稱PVE;PVE作為生產(chǎn)車輛OBD系統(tǒng)生產(chǎn)一致性（COP）自我檢查的重要組成部分，車輛正式量產(chǎn)之后，企業(yè)需提交PVE測試計(jì)劃和報(bào)告，并接受監(jiān)督檢查。其中PVE測試中的J2階段測試需對所有亮MIL燈故障（除對車輛造成損壞或危及人身安全以及只能通過修改電子控制單元的故障外）進(jìn)行演示。本文通過介紹大陸系統(tǒng)氧傳感器故障模擬方法來淺析PVE J2的測試流程。

關(guān)鍵詞：PVE測試 OBD系統(tǒng) 氧傳感器故障模擬 J2測試

1 前言

OBD量產(chǎn)車評估測試（PVE）是國六新增的內(nèi)容，因此該測試對國內(nèi)所有主機(jī)廠即檢測中心來說都比較陌生;隨著國六法規(guī)的實(shí)施，主機(jī)廠也紛紛開展PVE相關(guān)測試或委外進(jìn)行測試，因此掌握構(gòu)建PVE測試能力不僅能節(jié)約測試成本同時(shí)也能指導(dǎo)OBD的開發(fā)規(guī)避產(chǎn)生不合格項(xiàng)的法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)。為了能掌握PVE測試方法完成每年P(guān)VE測試的法規(guī)要求，首先必須要對PVE測試有個(gè)深入的了解。

PVE測試即為量產(chǎn)車OBD測試評估，其主要包括3個(gè)測試階段分別為標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證（J1）、監(jiān)測要求驗(yàn)證（J2）、在用性能測試（J3）。標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證的主要內(nèi)容為評估驗(yàn)證車輛和掃描工具通訊正常讀取相關(guān)數(shù)據(jù)流信息和格式的正確性，同時(shí)根據(jù)J1979的要求，驗(yàn)證監(jiān)測部件和系統(tǒng)的就緒狀態(tài)、MIL燈的命令狀態(tài)、CAL ID CVN VIN ECU名稱等信息、故障碼產(chǎn)生和清除是否正常等。監(jiān)測要求驗(yàn)證的主要內(nèi)容為對OBD系統(tǒng)和故障碼的全面評估，當(dāng)監(jiān)測條件滿足診斷要求時(shí)，OBD系統(tǒng)應(yīng)檢測到故障、點(diǎn)亮MIL并存儲確認(rèn)和永久故障碼;以及動(dòng)態(tài)測試驗(yàn)證用于確定實(shí)際檢測頻率的分子計(jì)數(shù)器和分母計(jì)數(shù)器能夠按要求正確增加。在用性能驗(yàn)證主要內(nèi)容為在用監(jiān)測追蹤數(shù)據(jù)，如所有分子計(jì)數(shù)器、分母計(jì)數(shù)器和點(diǎn)火循環(huán)計(jì)數(shù)器，以及車型、收集數(shù)據(jù)日期等信息的收集報(bào)告。

其中標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證（J1）測試主要是驗(yàn)證車輛能夠和掃描工具正常通訊以及OBD 系統(tǒng)滿足SAE J1979-1997《E/EDiagnostic Test Modes》[2]的相關(guān)協(xié)議要求目前有專門的測試程序指導(dǎo)測試，只要按照測試程序的步驟完成測試生產(chǎn)報(bào)告即可。監(jiān)測要求驗(yàn)證（J2）測試則需對所有亮MIL燈故障（除對車輛造成損壞或危及人身安全以及只能通過修改電子控制單元的故障外）進(jìn)行演示操作并記錄相關(guān)測試文件，這個(gè)階段測試也是整個(gè)PVE測試中耗時(shí)最長內(nèi)容最多的測試，這個(gè)測試需對所測試的故障診斷原理和模擬方法有比較深入的了解，本文主要通過典型的氧傳感器故障模擬進(jìn)行著重介紹。在用性能測試（J3）測試需對售后的在用車進(jìn)行信息的讀取收集并報(bào)告。

2 J2測試試驗(yàn)要求及內(nèi)容

2.1 J2試驗(yàn)要求

使用外部測試設(shè)備進(jìn)行故障模擬，如果存在無法實(shí)現(xiàn)故障模擬的診斷項(xiàng)，應(yīng)在計(jì)劃中提交說明。對造成車輛物理性損壞或危及人身安全的診斷項(xiàng)，以及只能通過修改電子控制單元來模擬故障可以不進(jìn)行試驗(yàn)。永久故障碼的清除測試方式包括故障自然消除（故障不再出現(xiàn)，已修復(fù)）和故障信息主動(dòng)清除（使用掃描工具、斷電重置或控制器刷新）兩種形式。已經(jīng)在GB18352.6-2016附件JA.6.4的要求下做過的驗(yàn)證試驗(yàn)不需要再進(jìn)行測試。驗(yàn)證試驗(yàn)由生產(chǎn)企業(yè)在道路或轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺上完成，僅需進(jìn)行功能性驗(yàn)證，不需要進(jìn)行排放測試。

2.2 J2試驗(yàn)內(nèi)容

故障檢測：對GB18352.6-2016附錄J.4要求的每個(gè)診斷（除型式檢驗(yàn)中已經(jīng)進(jìn)行測試的檢查項(xiàng)外），應(yīng)用缺陷部件或電子裝置進(jìn)行故障模擬，驗(yàn)證其是否能檢測到故障、點(diǎn)亮MIL并存儲確認(rèn)故障碼信息，并在PVE表格中記錄驗(yàn)證相關(guān)結(jié)果。排放中性診斷、不點(diǎn)亮MIL的診斷暫不要求進(jìn)行。永久故障碼的清除：在上述故障檢測驗(yàn)證工作全部結(jié)束后，企業(yè)應(yīng)在有IUPR率要求和無IUPR率要求的診斷項(xiàng)中各挑選一個(gè)有代表性的診斷進(jìn)行消除故障碼測試。驗(yàn)證無故障條件下永久故障碼的清除是否符合GB18352.6-2016附錄J.3.2.5的要求并記錄，并記錄相關(guān)測量文件。無故障IUPR分子分母增長驗(yàn)證：SAE J1699-3“動(dòng)態(tài)”測試中IUPR測試部分，測試結(jié)果將以ASCII碼的形式寫到LOG文件中，此文件應(yīng)進(jìn)行存檔并提交。

3 基于大陸系統(tǒng)某車型氧傳感器故障模擬測試前的準(zhǔn)備

3.1 硬件

硬件選用建議選取支持國六SAE 1699-3測試的硬件，例如通訊診斷口選取PassThru+ XS 2G、Cardaq plus3等。J7.2監(jiān)測要求驗(yàn)證造故障碼時(shí)，故障碼需要輔助硬件，如ECU轉(zhuǎn)接盒、氧傳感器故障模擬器、線束、電阻、高精度直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)發(fā)生器、示波器、SENT信號發(fā)生器、U代碼故障模擬器、標(biāo)準(zhǔn)泄露孔等。

3.2 軟件

使用支持國六SAE 1699-3測試的新版本DIAGRA D軟件，基于演示的氧傳感器故障需用到氧傳感器故障模擬器配套軟件IAV Primero。

4 試驗(yàn)流程

根據(jù)《輕型車國六標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施細(xì)則（試行）》[3]要求，試驗(yàn)程序分為：初步故障檢測循環(huán)、故障確認(rèn)循環(huán)和永久故障碼清除驗(yàn)證。

4.1 初步故障檢測循環(huán)具體操作為：

連接相關(guān)測量設(shè)備、清除故障內(nèi)存、使用外部設(shè)備植入故障、KEY ON開始記錄測量文件、起動(dòng)車輛運(yùn)行初次故障檢測的循環(huán)、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火保存測試文件;

4.2 故障確認(rèn)循環(huán)具體操作為：

KEY ON開始記錄測量文件、起動(dòng)車輛進(jìn)行一次初次故障檢測的循環(huán)、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火保存測試文件

4.3 永久故障碼清除驗(yàn)證包括以下兩項(xiàng)：

故障自然清除（不再出現(xiàn)、已修復(fù)）、故障被動(dòng)清除（工具擦除、斷電、刷寫）

5 基于大陸系統(tǒng)某車型氧傳感器故障模擬

5.1 氧傳感器的工作原理

氧傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制，安裝在排氣管上，一般根據(jù)布置的位置分為前氧傳感器和后氧傳感器，安裝在三元催化器前的氧傳感器成為前氧傳感器，安裝在三元催化器后的氧傳感器成為后氧傳感器。其工作原理是當(dāng)排氣中含有的氧氣滲入到氧傳感器固體電解質(zhì)內(nèi)的發(fā)生電離，電離后的氧離子能夠由氧濃度高的內(nèi)側(cè)向濃度低的外側(cè)擴(kuò)散，就會在兩個(gè)鉑電極表面產(chǎn)生電壓降，形成微電池，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖1。

5.2 基于大陸系統(tǒng)的某個(gè)氧傳感器故障診斷邏輯

目前國內(nèi)OBD開發(fā)的供應(yīng)商有多家，不同供應(yīng)商的OBD系統(tǒng)開發(fā)策略有所不同，基于不同發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的OBD系統(tǒng)[4]，在模擬一個(gè)故障前需要對該故障的診斷邏輯和診斷條件有一個(gè)清晰的理解，而這些診斷邏輯和診斷條件一般都羅列在OBD文件包的表2中，在故障模擬前需查看故障診斷所需的所有條件，這樣才能比較容易演示出來;本文基于大陸系統(tǒng)某車型下游氧傳感器從濃到稀時(shí)電壓梯度過小的故障診斷條件如下表1，該故障其中一個(gè)閾值條件為后氧電壓梯度<250 mV/s，同時(shí)需要滿足催化器激活，水溫和排氣溫度等條件。該故障涉及到氧傳感器OBD系統(tǒng)診斷原理及故障分析[5]，氧傳感器長期工作在高溫廢氣的環(huán)境中，會因各種物理和化學(xué)中毒等原因而逐漸老化，致使其對混合氣濃稀的監(jiān)測反應(yīng)越來越遲鈍，進(jìn)而使閉環(huán)控制越發(fā)不準(zhǔn)確，排放惡化。

5.3 設(shè)備安裝

由于本次探討的氧傳感器為開關(guān)氧其接頭有四個(gè)針腳： 加熱電源正極、加熱電源負(fù)極、信號負(fù)極、信號正極。根據(jù)設(shè)計(jì)的線束原理圖在分線盒上分別找到對應(yīng)的PIN腳，將設(shè)備線束與對應(yīng)PIN腳連接，如下圖2

5.4 軟件設(shè)置

在確認(rèn)設(shè)備接線連接無誤后，接上電源打開IAV Primero軟件選擇對應(yīng)的傳感器類型，然后進(jìn)入如下圖2故障設(shè)置界面，由于該測試車型的后氧屬于Binary型傳感器，故選擇bin型;而故障模式可以選擇lowpass模式，該模式可以模擬氧傳感老化故障，其工作原理如下圖3，可實(shí)現(xiàn)氧傳感器由濃到稀時(shí)間邊長或由稀到濃時(shí)間變成，而由于電壓梯度=（濃端電壓-稀端電壓）/由濃到稀的時(shí)間，如下圖3選擇lowpass模式后氧傳感器電壓由綠線模式變成藍(lán)線模式，電壓梯度變小。

故障程度設(shè)置

如上所述P013A故障的閾值條件為后氧電壓梯度<250 mV/s，而在軟件上選擇故障模式后需對故障程度進(jìn)行設(shè)置如下圖4，在lowpass模式對應(yīng)的故障程度單位為時(shí)間，因此需要對閾值條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，查看該型號傳感器的特性參數(shù)如下表2，從下表參數(shù)可以看出濃Rich=800mV，稀Lean=50mV，所有得出如下公式（800-50）/x<250，計(jì)算結(jié)果x>3s即x>3000ms;所以故障程度rich to lean設(shè)置為3000ms。

5.5 故障模擬測試

在完成以上故障植入前準(zhǔn)備后，打開診斷程序DIAGRA D，并用診斷接口設(shè)備Cardaq plus3連接電腦與整車OBD診斷接口。按照測試程序要求進(jìn)行初步故障檢測循環(huán)測試：車輛上電將診斷軟件DIAGRA D與整車建立通訊，通過mode $04重置各DEC-ECU的故障狀態(tài)植入故障，然后開始記錄文件，起動(dòng)車輛然后通過IAV Primero軟件植入前面預(yù)設(shè)的故障，車輛按故障診斷條件行駛至特定工況直至mode7報(bào)出故障碼，記錄并保存測量文件，然后發(fā)動(dòng)機(jī)熄火即完成初步故障檢測循環(huán)測試。

確認(rèn)故障循環(huán)測試：車輛上電并開始記錄測量文件，然后起動(dòng)車輛并通過IAV Primero軟件植入前面預(yù)設(shè)的故障，車輛按故障診斷條件行駛至特定工況直至mode3報(bào)出故障碼并同時(shí)點(diǎn)亮MIL燈，然后熄火至完全下電，上電KEY ON通過掃描工具DIAGRA D讀取并記錄測試文件保存即完成確認(rèn)故障循環(huán)測試。

5.6 永久故障碼清除驗(yàn)證

故障自然清除測試

完成以上故障模擬測試后會生成未決故障碼、確認(rèn)故障碼和永久故障碼，驗(yàn)證永久故障碼清除測試，車輛熄火并待完全下電后移除外部故障植入，上電將診斷軟件DIAGRA D與整車建立通訊并記錄信息，起動(dòng)車輛并運(yùn)行完整的一個(gè)氧傳感器診斷循環(huán)工況，然后完全熄火后再上電記錄測量信息，按以上步驟運(yùn)行多個(gè)無故障循環(huán)直至MIL熄滅并記錄測量信息，最后用掃描工具讀取并記錄故障內(nèi)存中永久故障碼信息。

故障信息被清除測試

按步驟完成故障模擬測試后會生成未決故障碼、確認(rèn)故障碼和永久故障碼，在車輛完全下電情況下移除故障植入，上電記錄測量信息，用DIAGRA D通過mode $04清除故障信息，然后起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)先怠速30s，然后行駛運(yùn)行至故障診斷循環(huán)同時(shí)累計(jì)大于40km/h行駛超300s，總運(yùn)行時(shí)間超600s，然后熄火至完全下電，上電記錄并保存測量文件，即完成故障信息被清除測試。

6 結(jié)論

國六新增的PVE測試是對OBD系統(tǒng)的一次全面評估，其中涉及通訊檢查和標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證，以及對故障碼的全面驗(yàn)證，和在用性能的監(jiān)測，測試范圍廣且復(fù)雜。這對主機(jī)廠在系統(tǒng)開發(fā)驗(yàn)證方面提出了更高的要求。特別在J2階段的測試不但用時(shí)較長，而且測試需要用到不同的輔助設(shè)備，這樣就要求熟練掌握各種設(shè)備的使用，同時(shí)也要對各個(gè)故障的診斷邏輯有個(gè)清晰的理解。本文基于某車型的OBD系統(tǒng)PVE測試方法[6]進(jìn)行闡述，以某一車型氧傳感器中的一個(gè)故障為例，全面解析J2測試的步驟，同時(shí)分析故障診斷原理和設(shè)備使用方法及故障植入方法描述。

參考文獻(xiàn)：

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