更快、更高效:车载诊断系统的新流程

车载诊断系统可检测出车辆与排放相关的系统是否正常工作。厂商需要在开始生产之前检测汽车排放是否符合法律要求,并在随后的量产过程中对其进行验证。保时捷工程公司使用内部研发的测试和模拟工具,大大提高了检测效率。

车载诊断系统(OBD)可在车辆使用期间检测排气相关部件的功能是否正常运行。为此,系统会在车辆的所有相关控制单元中执行常规检测程序,这些检测程序在车辆行驶期间就可以运行。如果其中一个控制单元发送了一个不合理的反馈,则这个反馈就会以相应的代码形式储存在控制单元车载诊断系统的故障存储器中。比如,当一个 Lambda 氧传感器无法再正确检测出废气中的氧气含量,从而导致发动机控制单元改变燃烧参数时,这个反馈就会以错误代码的形式被储存起来。同时,黄色的发动机指示灯就会亮起。

车载诊断系统源于美国。1988 年,该系统开始在加利福尼亚州普及使用。1994 年,全美国都开始使用车载诊断系统。两年后,更严格的排放限制规定促使了性能更强大的车载诊断二代系统的诞生(OBD-II-System),该系统被沿用至今。这套系统能更精确地监测排放,其检测涵盖更多车辆组件,并能为车间提供更详细清晰的诊断选项。在欧洲,安装车载诊断系统在 2001 年被列为强制性规定,但其规定与美国又并不完全相同,尤其是在排放限值和检测周期方面差别很大。在比如中国等其他地区,也会在随后的几年里出台有关车载诊断系统的相关规定。

1988 年,OBD 开始在加利福尼亚州普及使用。1994 年,全美都开始使用车载诊断系统。2001 年,欧洲将其列为强制性规定。中国及其他国家和地区在随后几年里也会紧随其后,出台相关规定。

保时捷对新车型车载诊断系统的测试基本上分为三个步骤:第一,当车辆还在调试时就进行质量保证测试;第二,在“车载诊断系统演示阶段”进行型式试验,这是车辆可进入量产的强制性前提条件;第三,在开始批量生产后,对目前生产的车辆上所有潜在的车载诊断系统故障储存记录进行全面检查。在上述阶段中,保时捷工程集团与保时捷公司保持了多年的合作关系。“我们通常在生产开始前六个月左右,开始检查车载诊断系统的应用。如果测试发现任何异常情况,我们就会分析原因并提出可能的补救措施。”保时捷工程集团发动机应用和机械部门主管 Dr. Matthias Bach 博士说。他的专业领域也涵盖了车载诊断系统的研究。

与认证机构沟通协调

在随后的车载诊断系统演示阶段,就需要证明车辆的车载诊断系统符合法律要求。为此,保时捷公司与全球各个地区的认证机构进行协调沟通并确定相关测试车辆系列需要达到的要求,然后交由保时捷工程的测试部门专家对车辆进行测试。“我们的测试目前已经可以满足全球 145 个国家或地区的市场要求,其中 10 个拥有单独的准入许可。”保时捷公司动力总成型式标准化部门主管 Thomas Rauner 说。全球各国针对汽车尾气排放的法律、检测周期和车载诊断系统要求等的不一致,使得车载诊断系统的研发和测试阶段极为复杂。最新的一个例子来自中国,中国的“国6b”标准规范将从 2023 年起开始生效,其中对车载诊断系统的测试条件提出了近乎苛刻的要求。“与其他地方不同,在中国,单单一份测试报告不足以认证一个新的车型。车载诊断系统测试必须在现场,并在当局的监督下进行。” Sebastian Rüger 博士解释说。目前他在保时捷公司负责车载诊断系统认证等工作。

混合动力汽车中底盘和驱动系统可能会出现的故障代码数目可达 3500 种

作为保时捷中国的独家战略合作伙伴,保时捷工程通过提供技术服务支持进行现场认证,比如进行系列车辆测试等。而保时捷公司则负责与各间认证机构沟通协调测试结果。“多亏了保时捷工程及保时捷公司中国与德国同事之间的信任合作以及持续的信息交流,我们才能在如此紧迫的时间内获得相关车型的准入许可。” Rauner 说。

针对新车型的型式测试,保时捷工程会在底盘测功机上对汽车进行多达 80 次的测试,以再现各种与排放有关的状况,比如 Lambda 氧传感器线路损坏等。测试前,工程师在车辆中安装专门准备的部件或模拟预先确定的故障案例。为了模拟多年磨损效果,他们还会给汽车装上经人工老化处理的部件,如催化转换器等。

除了法律要求的不一致外,车辆中不断增加的电子系统也让车载诊断系统的研发越发复杂。车载诊断系统不仅监测单个部件,而且还会检测整个功能序列,包括来自车辆其他系统的潜在交叉影响。

“我们的测试目前已经可以满足全球 145 个国家或地区的市场要求,其中 10 个拥有单独的准入许可。” 保时捷动力总成标准化部门主管 Thomas Rauner

另外还包括那些在发生故障时可能会间接影响排放的控制单元,例如“自适应巡航系统”(ACC)、保时捷稳定管理系统(PSM)和自动泊车的“遥控停车助手”等。“作为当局要求的车载诊断系统验证测试的一部分,即所谓的产品车辆评估(Product Vehicle Evaluation),我们必须证明,我们对于车辆采取的改进措施是排放中性的,换句话说,它不对车辆的排放行为有任何影响。” Rüger 补充说,“专家将此称为‘排放中性默认行为’(Emission Neutral Default Action,缩写 ENDA)。”但由此产生的测试工作量也相应增大。“在现代混合动力汽车中,在动力系统和底盘就有多达 14 个控制元件,有大约 3,500 个可能会出现的故障代码。”Bach 表示。

故障模拟

这些错误代码必须在车辆开始生产后最多六个月内进行排查。为了节省时间和成本,保时捷工程集团几乎只进行故障模拟。“我们不再花费那么多功夫去安装和重新拆卸那些有缺陷的部件,然后再进行现实的测试台测试或现场道路测试,而是选择直接修改传感器信号或车辆电子数据系统中的信息来对故障进行模拟。”Bach 解释说。这就需要对各个组件及其在整个系统中的功能有深入的了解,而保时捷工程集团作为一个从一开始就提供车载诊断系统服务的公司,早就通过无数的研发项目积累了大量经验。“我们的优势就是自身在整车和测试方面的专业知识与经验。在此基础上,我们研发出了自己的测试和模拟工具,可用于模拟车载诊断系统中约 95% 的故障。”Bach 补充说道。

Investigation of emissions-related events, 2021, Porsche AG
检测与排放相关的状况:针对新车型的型式测试,保时捷工程会在底盘测功机上对汽车进行多达 80 次的测试。

例如,在发动机运行过程中,节气门执行器的功能是在车辆外部进行模拟的,这样就可以对安装在车辆上的节气门进行单独测试。又比如,为了再现喷油器的故障记录,保时捷工程使用一个专为此研发的软件,这样就可以对喷油器的燃油喷出量进行非常精确的调节模拟。“当涉及到模拟电子架构的联网故障时,我们就会与研发部门的同事展开合作,以随时关注各种最新情况,这样在新的车载诊断功能推出时,我们就能推出合适的测试程序。”Bach 说。

“我们的优势就是我们在整车和测试方面的专业知识与经验。” 保时捷工程发动机应用和机械部门主管 Matthias Bach 博士

由此,保时捷工程就能让整个车载诊断过程极为高效、快速地开展起来。这一点在未来将变得更为重要,因为全球各地将会有更严格的排放标准出台,比如目前正处于讨论阶段的欧 7 标准,全世界范围内将会迎来新一轮对汽车尾气限制的收紧。这也意味着车载诊断系统将继续其螺旋式发展:新的系统和功能允许汽车有更低的排放水平,然后就需要更先进的车载诊断系统对其进行检测。此外,还有新兴合成燃料(eFuel)所带来的新的检测挑战。有关这一话题,Bach 大胆地对未来进行预测:“在未来,电动汽车很可能也要进行车载诊断系统的检测。电动车检测的不再是氮氧化物或颗粒物的排放,而是动力系统和电池的状况是否良好运作。”

版权信息

文字:Richard Backhaus

本文最早刊发于保时捷工程杂志《Porsche Engineering》2021 第二期
 

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