国Ⅴ在用车实际道路下IUPR分布特征研究

国Ⅴ在用车实际道路下IUPR分布特征研究
沈姝;田冬莲;杜常清;李孟良;徐月云
【摘要】采集了北京市200辆国Ⅴ在用车的IUPR信息,通过对IUPR信息相关数
据分析发现,各监测项的IUPR均值均满足国Ⅴ限值要求,但有部分车辆的IUPR值
存在不符合限值要求的情况.通过对NEDC工况与典型路况下的IUPR功能试验发现,NEDC工况下IUPR值满足限值要求,而实际道路工况下(尤其拥堵路况)会造成各监测项的IUPR值不能满足限值要求,因此,建议根据中国的实际道路交通情况对监
测条件进行修正.
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】4页(P45-48)
【关键词】国Ⅴ在用车;IUPR信息;分布
【作者】沈姝;田冬莲;杜常清;李孟良;徐月云
【作者单位】武汉理工大学,武汉430070;中国汽车技术研究中心,天津300300;武
汉理工大学,武汉430070;中国汽车技术研究中心,天津300300;中国汽车技术研究
中心,天津300300
【正文语种】中文
【中图分类】U467.1+1
主题词：国Ⅴ在用车IUPR信息分布
OBD系统是排放控制的重要技术手段，被广泛应用于发动机电控系统中［1～3］。

为保证OBD诊断的完成性和经常性，OBD系统新增了实际监测频率IUPR（In-use Performance Ratio），IUPR表示某一特定监测在汽车运行时的诊断频率，
反映了OBD系统随车辆的运行而对某一监测项的诊断勤惰程度。

GB18352.5—2013《轻型汽车污染物排放限制及测量方法（中国第五阶段）》中提出了关于对
车辆OBD中的IUPR数据监控要求，且规定IUPR限值应不小于0.1。

北京市在2013年提前实施了第五阶段排放标准，但是在我国实际道路下IUPR是否能正常完成相关监测，现有的限值是否能对OBD的诊断起到有效约束作用均未进行相关研究。

故采集了北京市200辆国Ⅴ在用车4个月行驶期间的IUPR数据
并建立了IUPR数据库，对比了实际道路与NEDC循环下各监测项的IUPR分子、分母增长规律，为下一阶段排放标准中IUPR限值的制定提供技术支持。

2.1 采集样车
采集样车涵盖不同型号、不同用户、不同使用年限、不同行驶里程及不同分布区域，具有广泛的代表性。

由于欧洲实施IUPR较早，且北京地区欧系车所占比重较大，所以所选样车中以欧系车为主，样车数量分布如图1所示。

2.2 采集设备
利用Silver Scan-Tool软件，通过连接诊断口进入程序，采用Mode 9来采集各
监测项的IUPR分子值和分母值。

2.3 采集参数
ISO 15031—5中规定IUPR采集参数需含点火循环计数器和一般分母计数器的值，同时应分别采集催化器、氧传感器∕尾气传感器、蒸发系统、EGR系统、VVT系统、二次空气系统、后氧传感器、燃油系统、颗粒捕集器等监测项的IUPR分子计数器和分母计数器的值（如果这些计数器在该车型上是存在的）。

2.4 数据采集方法
利用自主驾驶法采集车辆在实际道路工况下OBD的诊断频率。

自主驾驶法即不规
划道路，驾驶员自由驾驶，驾驶区域覆盖北京市整个区域，以充分反映实际道路工况下各监测子项的IUPR分子、分母的增长规律。

3.1 OBD各监测项的IUPR值计算
OBD系统某一特定监测项M的实际监测频率（IUPRM）为：
分子计数器和分母计数器之比表示了某一特定监测在汽车运行时的诊断频率［1］。

分子表示国Ⅴ法规要求的执行该监测次数，OBD执行该监测后，对应的分子计数
器需在10 s内加1。

分母表示满足相关条件的车辆运行次数。

大多数监测项以国Ⅴ法规规定的一般分母计数器的触发条件为标准，个别监测系统另有附加规定，具体监测条件如下：
a.一般分母计数器的触发条件为：在某一驾驶循环内，海拔在2 400 m以下，环
境温度高于-7℃，发动机起动后累计运行时间＞600 s，40 km∕h累计时间＞300
s且连续怠速＞30 s，当同时满足上述条件后，一般分母计数器在10 s内加1。

b.二次空气系统、蒸发系统、空调系统和VVT等相关系统均有特殊分母计数要求。

如二次空气系统命令“开”的状态出现的时间≥10 s时，二次空气系统分母计数器加1。

对于某一特定监测项M，如果某一年度制造的且属于某一OBD系族的所有汽车满足下述统计要求，则认为符合国V法规关于IUPR的要求：
a.IUPRM的平均值≥0.1。

b. 超过50%的汽车的IUPRM≥0.1［1］。

3.2 完成监测的起动次数
平均完成1次监测所需要的发动机起动次数反映的是整个北京地区的路况及驾驶
员使用车辆的状况。

通过对采集的点火循环计数器数值统计分析发现，所有样车都是在起动多次后才能完成1次监测。

国Ⅴ法规规定，车辆每次起动OBD的各监测项的IUPR分子值、分母值最多只能加1，如果定义每辆样车完成1次监测的平均
起动次数为监控效率K，则K≥1。

图2为完成1次监测所有样车的起动次数，由图2可看出，北京地区在用车的K值大部分集中在2～5之间，最高为16，平均起动次数约为4次，表明完成1次监测所需的起动次数较多，这可能是由于北京市的拥堵路段平均车速过低，使得分母计数器的监测条件难以达到而导致。

3.3 各监测项的IUPR数据分析
由于样车种类较多，包含不同排量、不同排放控制技术等，并不是所有样车都能输出IUPR所要求的所有监测项的分子、分母值，故每辆样车输出的参数可能有所区别。

为此对每辆样车的输出参数进行了统计，计算了各监测项的输出次数，如图3所示。

从图3可看出，所有样车都输出了催化转化器和氧传感器的IUPR分子、分母值，此外，EGR的IUPR分子、分母值输出的比例也很大，为91%。

为此本文主要对催化转化器、氧传感器和EGR这3项的IUPR数据进行整理分析。

3.3.1 EGR的IUPR分布
将采集的EGR的IUPR分子、分母值代入式（1）进行计算，得到EGR的IUPR 分布如图4所示。

由图4可看出，EGR的IUPREGR值较为平均地分布在1～3之间，最大值为4.67，最小值为0.12，所有样车的IUPREGR值都满足国Ⅴ限值要求。

3.3.2 催化转化器的IUPR分布
同理，得到催化转化器IUPR分布，如图5所示。

由图5可看出，催化转化器的IUPRCAT值均匀地分布在0～1.5之间，最大值为1.93，最小值为0.02，92%的样车其催化转化器的监测频率满足限值≥0.1的要求。

3.3.3 氧传感器的IUPR分布
通过数据分析，得到氧传感器的IUPR分布，如图6所示。

由图6可看出，氧传感器的IUPR值主要分布在0～2之间，最大值为5，最小值为0.03，92.5%的样车氧传感器监测频率能满足≥0.1的限值要求。

通过分析EGR、催化转化器和氧传感器的IUPR分布发现，有少量样车的EGR、催化转化器和氧传感器的IUPR值不满足国Ⅴ限值要求，故需对各监测项的IUPR 值存在的差异进行分析。

3.3.4 各监测项的IUPR值差异分析
3.3.
4.1 IUPR值＜0.1的情况
从数据库中任意挑选了4辆含有某一监测项IUPR值＜0.1的样车，表1为4辆样车的监测信息。

由表1可知，4辆样车均只有某一监测项的IUPR值＜0.1，说明其它几个监测都能正常完成，车辆自身OBD系统无故障。

因为车辆自身OBD系统无故障，且表1中的3个监测项的分母计数器的触发条件均为一般分母计数器的触发条件，分母变化规律一致，故出现IUPR值＜0.1的情况可能是由于某一特定监测项的分子计数器的触发条件导致，无法完成监测。

3.3.4.2 IUPR值远高于0.1的情况
表2为统计出的各监测项IUPR平均值，由表2可知，催化转化器、氧传感器、EGR等监测项的IUPR均值都远大于国Ⅴ法规的要求。

针对IUPR值偏高的现象，对试验结果进行了分析，发现在拥堵路况下，虽然IUPR值满足国Ⅴ法规要求，但因为此路况下整体车速过低，分母计数器的触发条件很难达到，即分母不变化，此时若分子计数器达到触发条件，分子加1，则会导致IUPR值偏高。

出现上述两种现象的原因可能是由于监测项的分子、分母计数器的触发条件并没有根据我国的实际道路交通特点进行修正而导致。

为了对此进行验证，进行了典型路况下IUPR功能试验，并与NEDC工况下的IUPR分子、分母变化规律进行对比。

从200辆样车中随机选择1辆典型车辆，分别在北京市的3条典型路线上进行了多次道路试验。

3条典型路线中，路线1代表北京近郊路况；路线2代表北京的环线路况；路线3代表上、下班高峰时期路况。

实车道路试验完成后，利用此样
车在转鼓试验台上按照NEDC工况行驶，比较典型路况与NEDC工况下IUPR分
子和分母的增长情况。

由于分母计数器的触发条件要求汽车持续怠速运行时间≥30 s，而NEDC工况不满足这一条件，故转鼓试验时会在发动机熄火前人为增加30 s怠速进行修正。

实际道路与NEDC工况下的IUPR试验结果如表3所列。

由于进行了多次道路测试，受特殊路段或早晚高峰影响，表3中实际道路工况下IUPR变化存在加1或无变化的情况。

由表3可知，修正后的NEDC工况能满足各监测项的分子、分母计数器加1，但
是在实际道路情况下，路线1、路线2与NEDC+30 s工况的催化转化器的分子计数器变化规律有所差异，其它监测项分子、分母变化规律一致；因路线3情况下
整体车速较低，大部分监测项的分子、分母都难以完成监测。

由此可知，因路况不同导致了各监测项的分子、分母增长规律存在差异。

特别是在拥堵路况下（整体车速过低），大部分监测项的分母计数器触发条件难以达到。

我国拥堵路况较多，为了保证转鼓试验对IUPR功能的验证切实有效，应根据中国实际的道路、交通情况对法规工况进行修正。

通过对采集的北京市200辆国Ⅴ在用车的IUPR信息相关数据进行统计分析可知，虽然各监测项的IUPR均值满足目前法规限值要求，但还有部分样车的IUPR值出现低于或偏高国Ⅴ法规要求的现象。

导致这种现象的原因是由于监测项的分子、分母计数器触发条件没有根据我的国实际道路交通特点进行修正。

故建议根据中国实际的道路交通情况对监测条件进行修正，以保证所获得的IUPR限值可以切实反映OBD系统的监测勤惰程度。

修改稿收到日期为2016年3月11日。

【相关文献】
1 GB 18352.5—2013.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）.北京：中国标准出版社，2013.
2 常久鹏，何方正.未来汽车OBD技术的发展趋势.内燃机科技论文集，2002.
3 王建海，方茂东，高继东，等.汽油车车载诊断系统（OBD）基本原理及其应用.汽车工程，2006，28（5）：491～494.
4 钱国刚，陆红雨.从OBD的IUPR运用看汽车减排的综合标准化.汽车标准化，2014（6）：13～19.。