基于在用车数据流的IUPR指标解析和逻辑校验

吴 迪，钱国刚，张泰钰 Wu Di，Qian Guogang，Zhang Taiyu



基于在用车数据流的IUPR指标解析和逻辑校验

吴 迪，钱国刚，张泰钰 Wu Di，Qian Guogang，Zhang Taiyu

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

IUPR限值能够督促制造商把诊断逻辑的普适性加以改善。从国内在用车上同步采集行驶情况数据流和IUPR分子、分母数据流作解析，可以理解拥堵行驶对分子加1和分母加1的影响趋势，遴选车辆时规定分母下限值150的必要性，以及国Ⅵ排放法规IUPR限值0.336在我国的应用效果。以一行驶片段作参数分析，可以校验车辆的分母加1是否合规，可以筛查车辆的催化器等监测项的分子加1是否合规。

在用车；数据流；OBD；IUPR；OBDCOND

0 引 言

OBD Ⅱ（On Board DiagnosticⅡ，车载诊断系统Ⅱ）运行10年后，美国加州ARB（Air Resources Board，空气资源委员会）察觉有的制造商把催化器等监测项诊断时机设定在非常局限的行驶状况“Enable Conditions”[1]，导致两方面结果：一是故障车辆多星期甚至多月“不自知”而照常行驶和持续污染，二是取巧的汽车制造商得以削减研发标定费用成本。“Enable Conditions”出现在检测环节FTP/Unified Cycle片段里，触发车辆点亮故障灯；然而，如果选在社会在用车日常使用里的罕有状况，制造商应当改进车辆OBD设计。

IUPR（In-Use Performance Ratio，实际监测频率）为表征车辆OBD诊断勤惰的指标[2-3]，OBD系统某一特定监测项M的实际监测频率IUPRM为

分子为国Ⅴ法规要求的执行该监测的次数，OBD执行该诊断后，对应分子计数器需在10s内加1；分母为满足相关条件的车辆运行次数，大多数监测项分母以一般分母计数器的触发条件为标准：在某一驾驶循环内，海拔2 400 m以下，环境温度高于-7℃，发动机启动后累计运行时间大天600 s，汽车以40 km/h行驶累计时间大于300 s，且某一时间段内连续怠速大于30 s。当同时满足以上条件时，一般分母计数器在10 s内加1。

一车型越是能在多种多样的行驶状况里作出诊断，在社会应用里其车辆的分子（诊断次数累计额）就越大，比值IUPR值通常也就越高。IUPR限值促使制造商把诊断逻辑的普适性加以改善。

全球各地道路交通状况和车主的行驶习惯等不尽相同，这些因素会影响IUPR，同一款车型在各国的IUPR有所差别。从国内在用车上同步采集行驶情况数据流和IUPR分子分母数据流，这些实例反映出国内车辆的参数值情况和变化规律，以及法规里指标数值的设定缘由。数据流分析还能对车型IUPR计数行为是否违规加以校验。

1 样本车辆和数据

1.1 数据收集系统及样本车辆

数据收集系统由端子、蜂窝电信网络和后台数据库3大部分组成。端子插在车辆OBD端口上，由OBD端口的第16引脚供电来驱动运行，采集车辆数据流并经由蜂窝电信模块传送出来。端子的驱动程序可以远端刷写，编程语句使得端子具备把IUPR数据与Mode1数据流同步上传的功能，如图1所示。

图1 端子采集车辆IUPR数据的语句

基于这一系统，51辆车的实时数据流上传到数据库。车辆由6辆自主品牌车、25辆欧系品牌车、14辆日韩系品牌车和6辆美系品牌车组成，地域分布为北京、天津、上海、广州，以北京、天津为主。51辆汽车中34辆是国Ⅴ车辆。2015年底开始采集数据，一些车辆发送了数个星期的数据流，其他车辆发送了数个月的数据流。

1.2 样本车辆数据流参数

端子从车上读取数据响应报文，前后报文逐行组合起来成为数据流。各行数据里的参数除了国Ⅲ、Ⅳ阶段排放法规里已规定的车速、空气流量、进气歧管绝对压力等变量之外，还有从国Ⅴ开始新增加的IUPR[4]相关数据。其中，OBDCOND为一般分母值，***COND为某监测项的分母值，***COMP为某监测项的分子值，若在一个行驶过程中完成了该诊断则数值加1，例如催化器诊断分子 CATCOMP及催化器诊断分母CATCOND。监测项M的分子值与分母值之比IUPRM反映车辆实施诊断的“勤快”程度。

2 IUPR指标解析

2.1 拥堵行驶与通常行驶下的比较

一些样本车辆在连续多天的行驶时间里基本处于拥堵路况，表现为车速小于50 km/h的时间占比高、车速峰值低、怠速比例大。这些代表拥堵行驶，其分子加1和分母加1的统计特征与该车的其他时期情况有所差别，也不同于其他样本车的情况。将拥堵行驶之外的情况统称为通常行驶。

2.1.1 分子加1的差异

拥堵行驶、通常行驶这两种应用情况下，催化器监测项的日均分子加1的频次差异明显。34辆国Ⅴ车辆中24辆车有较充分的通常行驶和拥堵行驶两种状况的数据；其他10辆车数据片段非常少，不适合作为通常行驶和拥堵行驶的比较基础。24辆车通常行驶和拥堵行驶下催化器分子增加情况如图2所示，一些车采集得来的通常行驶和拥堵行驶不只1轮，则多追加1个通常行驶和拥堵行驶的数据点。通常行驶的催化器分子日均增加值的散点分布总体处于拥堵行驶的上方，对通常行驶下的值作简单平均得到平均值为1.32，而拥堵行驶下平均值为0.34。

类似地，通常行驶和拥堵行驶两种情况的前氧传感器、后氧传感器、VVT/EGR监测项分子加1的日均频次统计如图3～5所示。通常行驶和拥堵行驶的日均诊断次数平均值情况见表1。图3、图4中前、后氧传感器的散点分布形态与图2中散点形态相类似，而VVT/EGR监测项的散点分布相对更为贴近，且数值总体较高，反映出VVT/EGR监测项对通常行驶和拥堵行驶的敏感性较低。VVT/EGR监测项对监测条件的要求相对比较简单，多数车型完成此诊断比完成催化器诊断更及时。拥堵行驶下，各监测项都表现为分子加1的时域密度减小。

图2 催化器分子加1规律

图3 前氧传感器分子加1规律

图4 后氧传感器分子加1规律

图5 VVT/EGR分子加1规律

表1 监测项日均增加值的平均值

2.1.2 分母加1的差异

IUPR数据流里参数IGNCNTR为点火循环计数，车辆上电、点火之后加1；OBDCOND为一般分母，一次行程只有在多项条件都达成之后才会加1，如图6所示，图中横轴为数据流的序号，相邻序号时间间隔为1 s或2 s，分母加1的阶跃时点和前氧传感器完成诊断的时点两条阶跃线为分母、分子变化过程，不表示数值。

图6 一般分母加1条件达成的例子（某车1个行程前半部分动态过程）

车辆OBDCOND值通常小于IGNCNTR值，且在一个时段前后，车辆OBDCOND增量与IGNCNTR增量的比值也随着通常行驶、拥堵行驶两种应用情况而有所差异，通常行驶下两者的比值大于拥堵行驶下两者的比值，如图7所示，这表明拥堵行驶下车辆的一般分母加1的行程个数增长缓慢。通常行驶下一般分母增量与点火次数比值增量的线性拟合系数值为0.414，而拥堵行驶对应的线性拟合系数值为0.034，后者仅为前者的1/12。

图7 一般分母日均增加值与点火次数日均增加值

2.2 分母增长历程与分母值为150的规定

当依照国Ⅴ法规中IUPR规定[4]来开展社会在用车辆IUPR核查时，样车的遴选环节里对监测项分母等参数有要求，见表2。其中，第3条为应用最广泛的减排技术，应满足分母值大于等于150的要求。

表2 样车监测项分母数值要求

2.2.1 OBDCOND起步值的必要性

新车初交付使用的几周或几个月的行驶行为可能不反映其习惯，例如车主照顾新车磨合而采取限速等特定行为，或出于车生或手生的缘故而格外谨慎。对分母值提出最低数值要求，可以淡化这些因素对 IUPR统计结果的影响程度。11辆新车的一般分母值OBDCOND与点火次数值IGNCNTR随车辆使用的增长过程如图8所示。假定从新车交付之日起车主的使用习惯是一贯的，则在随后的时间里OBDCOND与IGNCNTR会呈现同比例增长趋势；否则，会表现出其他形态。

图8中第3车、10车和17车的散点分布趋势虽然呈直线，但与坐标轴的交点位于轴，又与原点有显著间距；第7车及12车的散点分布趋势分别类似于对数函数形态及幂函数形态，并非同比例增长。这5辆车的散点分布显示车主使用行为有了改变，在初得新车的几个月里行驶行为与习惯有差别，之后才回到习惯状态。其余6辆车散点分布趋势线指向坐标图的原点附近，表明车主在获得新车之后就已依照习惯使用；尽管这6辆车没有规律性的偏差，但从正态分布规律可知在行程段样本过少时会使偏差偏大。这两种情况说明OBDCOND起步值的必要性。

图8 分母值与点火次数值之间的散点图

2.2.2 OBDCOND起步值设为150

选取起步值时要兼顾偏差和可实施性，OBDCOND起步值若设定为较小值会使样车遴选更容易，但从样车采集的IUPR值误差会较大。例如第12车在2015年11月19日分母值达到75，将此时的催化器、前氧传感器及后氧传感器的IUPR值与相应的IUPR理论真值IUPRM_TruthValue取差值75_M，该值显著大于分母值为150时（2016年1月19日）IUPR值与IUPRM­_TruthValue的差值150_M。将车辆长久使用后的IUPR值作为IUPR理论真值IUPRM_TruthValue，见表3。表中列出了第12车、19车情况，各监测项M的150_M都小于75_M。

第12车的150_M数值相对不大，第19车的150_M数值相对突出。国Ⅴ要求销售量大于5 000辆的OBD系族抽样最低数量为15辆，采用统计手段将OBD系族里个别样车偏差大的潜在危害加以弱化。

表3 样车监测项的IUPR

2.3 国Ⅵ[5]排放法规IUPR限值

基于2000—2002年美国3个城市的车主行驶样本数据库开展统计分析，得出IUPR限值为0.336，其目标是使故障车辆OBD点亮故障灯不晚于2个星期的概率不低于90%。当时社会车辆尚无OBDCOND值，只能依据车辆实时行驶曲线统计样本车辆各天行程段里有几个满足OBDCOND条件。

参考美国做法，对51辆样车中的国Ⅳ车辆进行了统计。样车组中国Ⅴ车（约30辆）的OBD数据流里包含OBDCOND参数，直接读取。首先统计全体车辆各天OBDCOND增加状况，接着用假定的IUPR数值来代入，试算出2周内能够触发点亮的车辆数恰恰占总数90%的值。

国Ⅵ标准规定车型OBD试验中通常只进行1次预处理，若制造商提出申请则允许2次预处理。

针对1次预处理的情况，以0.336乘以51辆样车各车的14天（2周）OBDCOND增加值，再统计得数大于2的车辆数占总车辆数的比率，值为90.2%，即恰巧为90%的车辆达成了故障灯点亮；另外10%车辆由于惯常行驶在低速多堵工况而不能确保在2周内点亮。综合表现说明0.336是适用的。

如果车辆允许2次预处理，则其点亮故障灯的时效性较迟。0.336限值仅能使概率达到77%，只有更高的IUPR限值才能使概率增大到90%。换个角度来看，假如目标设定改为使故障车辆OBD点亮故障灯不晚于3个星期的概率≥90%，再用0.336作试算及比较，结果同样适用。

3 基于数据流作逻辑校验

3.1 OBDCOND的校验

催化器、氧传感器等多个监测项的分母在绝大多数状况下等于或非常近似于一般分母OBDCOND。从IUPR计算公式可知，如果分母被刻意减计，则有利于虚高IUPR值。作为防范措施，用法规对应的条件作为算法，把数据流中车速演化情况作后台演算，可以指出该次行驶的OBDCOND理应加1时刻rational。如果数据流中OBDCOND参数的加1时刻report显著迟于rational，则判断该车疑似有分母减计倾向。可采取抽车到检测机构开展SAE J1699-3动态试验进行判定。对图6所示行程的OBDCOND加1作逻辑校验，已知该数据流在时刻16：31：53发生了OBDCOND加1，即report；将之前时刻中车速演变情况作统计，得出如图9所示的结果和判断。其中，总时长、最长怠速和速大于40时长的单位为s；GD为一般分母，车GD加1了？冲突否？为逻辑值。车辆在该次行程中没有出现违反IUPR计数规范的行为。

图9 筛查OBDCOND加1逻辑的范例

3.2 参数间的逻辑性辨析校验

从IUPR计算公式可知，如果分子被刻意多报，也有利于虚高IUPR值。监测项的分子加1与该监测项的诊断运行应当为同一事件，如果车辆的发动机参数或后处理信号参数显示未发生诊断，而分子***COMP被加1，则判断该车疑似有分子多计倾向。可采取抽车到检测机构开展OBD试验进行判定。对图6所示行程的瞬时喷油量、车速、催化器分子CATCOMP进行逻辑校验，特别注意催化器分子加1时刻的前、后30 s数值，如图10所示。图中横轴为数据流的序号，相邻序号时间间隔为1 s或2 s，分母加1的阶跃时点和催化器完成诊断的时点两条阶跃线为分母、分子的变化过程，不表示数值。在催化器分子加1时刻前的大约5 s及15 s时刻，有发动机加浓喷油事件发生，表明车辆确实采取了诊断行为，催化器的分子加1真实可信。此外，也可以从数据流的其他参数进行筛查性辨析。

图10 筛查OBDCOND加1逻辑的范例

4 结 论

IUPR限值能够督促制造商把诊断逻辑的普适性加以改善。从国内在用车上同步采集行驶情况数据流和IUPR分子、分母数据流，传送到后台开展解析后获得多项认识。就通常行驶、拥堵行驶这两种应用情况比较而言，后者中分母加1受抑制程度强于分子加1的受抑制程度，即拥堵行驶并不必然拉低IUPR；对汽车制造商而言，应更关注介于通常行驶与拥堵行驶之间的行驶情况的诊断覆盖。

国Ⅴ、国Ⅵ法规中规定遴选车辆时分母下限值为150，实例车队的表现证明该条款的合理性。从社会减排期望效果出发，并以实例车队的分子、分母表现为输入数据，推算出IUPR限值为0.336，恰为国Ⅵ法规规定，表明此条规定是适合的。

当监管工作中需要抽查某一款车的IUPR是否合规时，抽样车辆依照所述方法可完成IUPR数值逻辑校验，就某行驶片段作参数分析，可以检查车辆的分母加1是否合规；换装上故障催化器之后开展行驶，可考核车辆催化器监测项的分子加1是否合规。

[1]California ARB. Staff Report：Initial Statement of Reasons for Proposed Rulemaking，Technical Status and Revisions to Malfunction and Diagnostic Systems Requirements for 2004 and Subsequent Model Year Passenger Cars，Light-duty Trucks，and Medium-duty Vehicles and Engines （OBDⅡ）[R]. 2002：50-55.

[2]沈姝，田冬莲，杜常清，等.国V在用车实际道路下IUPR分布特征研究[J].汽车技术，2016（6）：45-48.

[3]钱国刚，陆红雨. 从OBD的IUPR运用看汽车减排的综合标准化[J]. 汽车标准化，2014（6）：13-19.

[4]轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）：GB18352.5—2013[S].

[5]轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）：GB 18352.6—2016[S].

2017-12-29

U467

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2018.02.008

1002-4581（2018）02-0027-06