城市道路耐久试验技术研究——基于汽车中国第五阶段排放汽车故障诊断系统项目

文/王贝贝

【机动车专栏】

城市道路耐久试验技术研究
——基于汽车中国第五阶段排放汽车故障诊断系统项目

文/王贝贝

环保、节能与安全是当今世界汽车技术发展的三大主题，也是未来汽车产业发展的关键之所在。本文将对某品牌汽车的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》（以下简称“国五”）—汽车故障诊断系统（OBD）道路耐久试验进行说明，并以试验技术角度对道路耐久试验进行阐述。以汽车城市道路耐久试验作为对象进行技术研究，建立一套与之对应的试验技术规范，真实地反映汽车在道路耐久行驶过程中汽车排放控制的程度和能力。

国五 城市道路耐久试验 技术规范

近日，富含有毒、有害物质的PM2.5雾霾天气已影响我国大部分地区，给我们生活带来极为不利的影响，汽车尾气排放是重要起因之一，汽车尾气污染物排放控制已迫在眉睫。正在制定的国五中已明确了环保和节能的必要性和重要性，其中耐久排放性能是影响汽车排放的关键因素。目前，国内排放耐久试验以底盘测功机试验为主，开展160 000 km循环耐久试验规范性、试验重复性好，周期也较短，易于分析管理。但，由于存在与实际运行和使用环境有较大差异的问题，该试验不能真实地反映汽车污染物排放的情况。本文以道路耐久试验为主体进行研究，分析和阐述其相应的试验技术和方法，旨在为进一步规范城市道路耐久性试验方法提供借鉴。

一、国内排放耐久试验现状

为达到国五要求，在我国的综合使用环境下，包括驾驶习惯和特点、各种道路和路况、气候环境及燃油品质的影响，综合评价OBD的综合技术性能。为此，以某款轿车的数十辆样车为基础，进行国五-OBD整车道路耐久试验技术研究。根据国五中整车耐久性试验要求，每辆试验样车需完成160 000 km的道路行驶试验。包括首次3 000 km磨合后的排放试验，以后每隔10 000 km，以固定的间隔检测汽车污染物排放量直到累计行驶里程达160 000 km，总计17次里程间隔的常温下冷启动后排放污染物排放试验（以下简称“I型试验”）。完成整个车辆的试验周期目标时间为64周。

根据国五G.5.1.1中I型试验运转循环要求，由市区运转循环和市郊运转循环组成。其中，市区运转循环由4个重复单元组成、每个单元由15个工况组成，总计有效试验时间为780 s，平均车速达19 km/h；市郊运转循环由21个工况组成，总计有效试验时间为400 s，平均车速达62.6 km/h，最大车速120 km/h，最大加速度0.833 m/s2。

目前为止，污染控制装置耐久性试验（以下简称“V型试验”）有3种方法：

方法一：汽车底盘耐久试验转股试验。其循环运行过程都应符合图1运行规范。耐久试验由自动驾驶仪操作，11个循环组成，每个循环6 km。前9个循环按照运行规范正常加速减速，第10个循环以89 km/h匀速运行，第11个循环以最大加速度加速到113 km/h行驶3 km，然后正常制动减速至车辆停止，怠速15 s后第二次最大加速度运行。

图1 循环运行过程规范图

方法二：汽车试验场跑道运行，人工驾驶，循环规范同上。

方法三：城市道路运行，人工驾驶，试验规范应与跑道上或底盘测功机上所进行的运行规范图1的内容具有实际上相同的平均车速、车速分布、每千米的停车次数和每千米的加速次数。

目前为止，大多数认证试验都以前两者方法为主。笔者结合汽车实际运行情况，研究实施了被忽略的、很少采用的第三种方法，城市典型道路耐久试验方法。结合我国及上海的道路情况，选择典型路线，制定出相关的试验规范。

二、OBD和试验规范的含义

OBD系统将从发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标，一旦超标，会马上发出警示。当系统出现故障时，故障灯或检查发动机警告灯亮，同时动力总成控制模块（PCM）将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。

试验规范是试验过程中遵循的标准，它是为试验达到良好重复性而制定的准则。在整个试验过程中必须严格按照试验规范运行，否则试验结果则没有意义。

三、技术策划

图2 技术策划流程方框图

对试验汽车运行路线以及单位循环进行确定，按照试验要求实地检查试验路线及各道路情况；确定汽车道路试验线路。合理分配各种路况（包括城市道路、郊区道路和高速公路）的比重和分配。根据每辆试验样车综合情况，结合项目进度要求，对每辆试验车制定相应的试验组织和管理，确保整个试验安全、规范、可控、合理。

根据对上海市道路的调查和研究，结合上海道路特点选择了典型道路进行试验，制定出了相关试验规范。试验道路循环中21%为高速路段，36%为城市、城区道路，43%为郊区道路。与试验标准的道路分配基本一致，较好地做到了一致性。

选取具有典型代表性的车型样车，为每辆样车安装行驶记录仪和GPS监控终端，并将操作指示张贴在汽车内显著位置。以车型、发动机数据为基础，为行驶记录仪配置数据采集配置文件。安装GPS来监控汽车行驶路线、车速等情况是否符合试验要求。

四、试验实施

根据项目及汽车实际情况对下一周汽车的运行、排放和保养等内容进行短周期的试验规划调整。将行驶记录仪采集的数据传输到数据存储服务器。OBD诊断数据采集需要与汽车诊断口连接，数据采集后将结果文件在服务器上进行存档。根据自学习值等内容对OBD诊断测量的数据进行分析评估，并评价潜在故障。对汽车的运行工况和故障等进行统计和分析，并做好定点加油的记录和统计、每批次燃油进行采样分析。

按照定义好的保养间隔要求进行保养、检查、维修。保存好更换的各类零部件，并进行记录和分析。做到后续可追溯可分析。OBD相关故障的处理，在每日OBD诊断记录过程中可能会出现故障码，OBD诊断操作者会同项目负责人安排合理的处置方式。一般性汽车故障，根据实际情况对汽车进行零部件的更换或维修。汽车故障内容及解决方法需要列入例行报告中。OBD功能检查，确认OBD系统功能正常，以确保OBD试验的目的得到实现。

五、试验结果分析

前文所提到V型试验有3种方法，每种方法都有其特点。

方法一具有运行工况规范，试验时间较短，安全和可控等优点，与实际相比真实性较差，试验成本高。

方法二的驾驶规范性、安全性、时间和试验组织管控均较差，且试验成本相对较高，安全性和重复性差，但是此方法比较接近真实车辆驾驶运行状况。

方法三的特点是能真实反映车辆运行和排放污染物控制等产品质量状况，包括道路和环境、驾驶员习惯、实际交通等影响和评价，试验成本较低，但同样存在时间进度可控性、行驶安全性差的问题。

由于本次试验采用道路试验方法，相比用底盘测功机试验历时较长，而且存在一些不确定因素（天气、事故、路况等）影响试验进度。以下以其中一辆试验车为例分析一下该车160 000 km的历程。

图3 时间-试验里程直方图

如图3所示为试验样本中某汽车的试验历程，试验历时15个月。从图表中可看出道路试验的不稳定性，由于车况、天气和事故等影响而造成试验进度的延误。如图3中5月、9月试验里程相对明显较少。道路试验相比底盘测功机试验在稳定性和试验进度方面存在一定劣势。

随机抽取一辆一天单个循环路线的试验样车，对该车单个循环进行分析。得出的车辆行驶数据与V型试验运行规范内算出的数据进行对比：

表1 160 000 km总行驶里程行驶数据对比

由表1可以看出两种试验方法行驶数据的异同，此次试验具有实际上和V型试验相同平均车速、最高车速。在停车次数方面，由于社会道路红绿灯、事故等不确定性，停车次数与V型试验运行规范有所差异，统计了超过10 s的停车次数，全程总计112次，与运行规范相当。但在每千米的停车次数和加速次数上很难做到与V型试验运行规范一致。此次道路耐久试验所指定的道路试验规范比较良好，但城市道路其实无法严格满足规范要求，作为企业自身研发或摸底的试验手段尚可，无法完全替代V型试验的运行规范。

本节主要以环保和节能为主对此次道路耐久试验进行数据分析和研究。排放污染物以总碳氢量（THC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）、非甲烷烃（NMHC）和颗粒物质量为主，在此选择其一进行分析，以及对排放试验理论油耗和实际道路耐久油耗进行对比。

根据国五排放标准，该样车主要排放污染物均在标准范围内，而且160 000 km内污染物排放比较平稳。如图4所示为主要排放物之一NOx的试验结果的数值变化曲线比对图，两组不同耐久试验的曲线变化都趋于平稳，而且在标准范围以内。传统底盘测功机耐久试验的NOx数值更为良好，为典型的实验室数据，接近理论数值，而道路耐久测数值曲线变化更为陡峭，更加真实反映实际车辆行驶状况下的车辆污染物排放。

图4 排放污染物NOx-里程比对图

此次道路耐久性试验在排放污染物测试试验中也取得了良好结果。从另外一方面也对此次全新道路耐久性试验方法进行了肯定，而且无论在认证或者产品开发领域应该更加重视道路耐久试验，该试验所得数据更加接近实际使用状况。

根据图5所示，该试验样车I型试验测得油耗值为7 L/100 km左右，而实际道路试验反映的油耗值在9 L/100 km左右。两者数值相差2；两组数据反映了两种完全不同的驾驶油耗，前者为普通驾驶模式，油耗相对偏低，接近理论油耗；后者则是由于社会道路比较复杂的驾驶模式，油耗相对偏高，能真实反映实际道路驾驶的油耗值。

图5 油耗-里程对比图

所有试验样车通过前期技术改进，主要包括增加三元催化和贵金属涂层、更改氧传感器和调整发动机匹配控制硬件等，通过试验顺利完成排放污染耐久试验验证。在节能减排上有大幅度提高，但是在试验过程中还是出现排放污染物偏高和不稳定情况。另外，从故障情况分析，整车可靠性方面有进一步提高的可能。

试验结束，通过对样车整个试验过程的详细故障记录，为汽车企业提供车辆故障分析和研究报告，有利于汽车企业整改和提高产品质量。

六、结语

笔者在对国五的I型试验和V型试验的研究基础上，针对V型试验的3种方法进行分析。在V型试验上创新研究了汽车污染控制装置耐久性试验道路试验法，通过对一批轿车样车进行综合道路耐久试验，得到大量试验数据和结果，而且按照V型试验领域的要求，建立了符合我国特点的典型道路的耐久试验规范，真实地反映了被试车辆污染物控制的情况。此次试验技术经验的积累有助于耐久性试验的进一步发展，笔者将利用本次试验的成果继续研究，完善该领域的试验规范，使得城市道路耐久性试验在V型试验中得到更多运用。

[1] 张建国.解读国五[J].中国经济信息,2012(11): 54-56.

[2] 钱人一.点燃式发动机车载诊断系统(OBD)概述[J].汽车与配件,2012(21):48-51.

[3] 张兴龙,孙汯,彭剑.汽车道路耐久性试验中的质量体系研究[J].上海汽车,2012(3):35-38.

Environmental protection,energy saving and safety are three major topics in current automobile technology developments.They will also play key roles in the future development of the auto industry.This article illustrated the OBD road endurance test of certain brand cars, and provided explanation of road endurance test from technical aspects.Based on the technology research which using vehicle urban road endurance test as study subject,the article established a set of corresponding technical specifications for the test which truly reflects the level and capability of vehicle’s emission control during long lasting driving on the road.

Limits and measurement methods for emissions from light-duty vehicles(V);Endurance test of city road;Technical specification

（作者单位：国家机动车产品质量检验中心（上海））