基于大陆系统氧传感器故障诊断原理PVE J2测试方法浅析

钟远铭　赖先涛　陈旭健

摘 要：根据国六排放法规GB18352.6—2016[1]要求，车辆生产企业需对生产的车辆进行OBD量产车辆评估测试即简称PVE;PVE作为生产车辆OBD系统生产一致性（COP）自我检查的重要组成部分，车辆正式量产之后，企业需提交PVE测试计划和报告，并接受监督检查。其中PVE測试中的J2阶段测试需对所有亮MIL灯故障（除对车辆造成损坏或危及人身安全以及只能通过修改电子控制单元的故障外）进行演示。本文通过介绍大陆系统氧传感器故障模拟方法来浅析PVE J2的测试流程。

关键词：PVE测试 OBD系统 氧传感器故障模拟 J2测试

1 前言

OBD量产车评估测试（PVE）是国六新增的内容，因此该测试对国内所有主机厂即检测中心来说都比较陌生;随着国六法规的实施，主机厂也纷纷开展PVE相关测试或委外进行测试，因此掌握构建PVE测试能力不仅能节约测试成本同时也能指导OBD的开发规避产生不合格项的法规风险。为了能掌握PVE测试方法完成每年PVE测试的法规要求，首先必须要对PVE测试有个深入的了解。

PVE测试即为量产车OBD测试评估，其主要包括3个测试阶段分别为标准化验证（J1）、监测要求验证（J2）、在用性能测试（J3）。标准化验证的主要内容为评估验证车辆和扫描工具通讯正常读取相关数据流信息和格式的正确性，同时根据J1979的要求，验证监测部件和系统的就绪状态、MIL灯的命令状态、CAL ID CVN VIN ECU名称等信息、故障码产生和清除是否正常等。监测要求验证的主要内容为对OBD系统和故障码的全面评估，当监测条件满足诊断要求时，OBD系统应检测到故障、点亮MIL并存储确认和永久故障码;以及动态测试验证用于确定实际检测频率的分子计数器和分母计数器能够按要求正确增加。在用性能验证主要内容为在用监测追踪数据，如所有分子计数器、分母计数器和点火循环计数器，以及车型、收集数据日期等信息的收集报告。

其中标准化验证（J1）测试主要是验证车辆能够和扫描工具正常通讯以及OBD 系统满足SAE J1979-1997《E/EDiagnostic Test Modes》[2]的相关协议要求目前有专门的测试程序指导测试，只要按照测试程序的步骤完成测试生产报告即可。监测要求验证（J2）测试则需对所有亮MIL灯故障（除对车辆造成损坏或危及人身安全以及只能通过修改电子控制单元的故障外）进行演示操作并记录相关测试文件，这个阶段测试也是整个PVE测试中耗时最长内容最多的测试，这个测试需对所测试的故障诊断原理和模拟方法有比较深入的了解，本文主要通过典型的氧传感器故障模拟进行着重介绍。在用性能测试（J3）测试需对售后的在用车进行信息的读取收集并报告。

2 J2测试试验要求及内容

2.1 J2试验要求

使用外部测试设备进行故障模拟，如果存在无法实现故障模拟的诊断项，应在计划中提交说明。对造成车辆物理性损坏或危及人身安全的诊断项，以及只能通过修改电子控制单元来模拟故障可以不进行试验。永久故障码的清除测试方式包括故障自然消除（故障不再出现，已修复）和故障信息主动清除（使用扫描工具、断电重置或控制器刷新）两种形式。已经在GB18352.6-2016附件JA.6.4的要求下做过的验证试验不需要再进行测试。验证试验由生产企业在道路或转毂试验台上完成，仅需进行功能性验证，不需要进行排放测试。

2.2 J2试验内容

故障检测：对GB18352.6-2016附录J.4要求的每个诊断（除型式检验中已经进行测试的检查项外），应用缺陷部件或电子装置进行故障模拟，验证其是否能检测到故障、点亮MIL并存储确认故障码信息，并在PVE表格中记录验证相关结果。排放中性诊断、不点亮MIL的诊断暂不要求进行。永久故障码的清除：在上述故障检测验证工作全部结束后，企业应在有IUPR率要求和无IUPR率要求的诊断项中各挑选一个有代表性的诊断进行消除故障码测试。验证无故障条件下永久故障码的清除是否符合GB18352.6-2016附录J.3.2.5的要求并记录，并记录相关测量文件。无故障IUPR分子分母增长验证：SAE J1699-3“动态”测试中IUPR测试部分，测试结果将以ASCII码的形式写到LOG文件中，此文件应进行存档并提交。

3 基于大陆系统某车型氧传感器故障模拟测试前的准备

3.1 硬件

硬件选用建议选取支持国六SAE 1699-3测试的硬件，例如通讯诊断口选取PassThru+ XS 2G、Cardaq plus3等。J7.2监测要求验证造故障码时，故障码需要辅助硬件，如ECU转接盒、氧传感器故障模拟器、线束、电阻、高精度直流稳压电源、函数发生器、示波器、SENT信号发生器、U代码故障模拟器、标准泄露孔等。

3.2 软件

使用支持国六SAE 1699-3测试的新版本DIAGRA D软件，基于演示的氧传感器故障需用到氧传感器故障模拟器配套软件IAV Primero。

4 试验流程

根据《轻型车国六标准实施细则（试行）》[3]要求，试验程序分为：初步故障检测循环、故障确认循环和永久故障码清除验证。

4.1 初步故障检测循环具体操作为：

连接相关测量设备、清除故障内存、使用外部设备植入故障、KEY ON开始记录测量文件、起动车辆运行初次故障检测的循环、发动机熄火保存测试文件;

4.2 故障确认循环具体操作为：

KEY ON开始记录测量文件、起动车辆进行一次初次故障检测的循环、发动机熄火保存测试文件

4.3 永久故障码清除验证包括以下两项：

故障自然清除（不再出现、已修复）、故障被动清除（工具擦除、断电、刷写）

5 基于大陆系统某车型氧传感器故障模拟

5.1 氧传感器的工作原理

氧传感器主要用于发动机的空燃比控制，安装在排气管上，一般根据布置的位置分为前氧传感器和后氧传感器，安装在三元催化器前的氧传感器成为前氧传感器，安装在三元催化器后的氧传感器成为后氧传感器。其工作原理是当排气中含有的氧气渗入到氧传感器固体电解质内的发生电离，电离后的氧离子能够由氧浓度高的内侧向浓度低的外侧扩散，就会在两个铂电极表面产生电压降，形成微电池，其内部结构如下图1。

5.2 基于大陆系统的某个氧传感器故障诊断逻辑

目前国内OBD开发的供应商有多家，不同供应商的OBD系统开发策略有所不同，基于不同发动机匹配的OBD系统[4]，在模拟一个故障前需要对该故障的诊断逻辑和诊断条件有一个清晰的理解，而这些诊断逻辑和诊断条件一般都罗列在OBD文件包的表2中，在故障模拟前需查看故障诊断所需的所有条件，这样才能比较容易演示出来;本文基于大陆系统某车型下游氧传感器从浓到稀时电压梯度过小的故障诊断条件如下表1，该故障其中一个阈值条件为后氧电压梯度<250 mV/s，同时需要满足催化器激活，水温和排气温度等条件。该故障涉及到氧传感器OBD系统诊断原理及故障分析[5]，氧传感器长期工作在高温废气的环境中，会因各种物理和化学中毒等原因而逐渐老化，致使其对混合气浓稀的监测反应越来越迟钝，进而使闭环控制越发不准确，排放恶化。

5.3 设备安裝

由于本次探讨的氧传感器为开关氧其接头有四个针脚： 加热电源正极、加热电源负极、信号负极、信号正极。根据设计的线束原理图在分线盒上分别找到对应的PIN脚，将设备线束与对应PIN脚连接，如下图2

5.4 软件设置

在确认设备接线连接无误后，接上电源打开IAV Primero软件选择对应的传感器类型，然后进入如下图2故障设置界面，由于该测试车型的后氧属于Binary型传感器，故选择bin型;而故障模式可以选择lowpass模式，该模式可以模拟氧传感老化故障，其工作原理如下图3，可实现氧传感器由浓到稀时间边长或由稀到浓时间变成，而由于电压梯度=（浓端电压-稀端电压）/由浓到稀的时间，如下图3选择lowpass模式后氧传感器电压由绿线模式变成蓝线模式，电压梯度变小。

故障程度设置

如上所述P013A故障的阈值条件为后氧电压梯度<250 mV/s，而在软件上选择故障模式后需对故障程度进行设置如下图4，在lowpass模式对应的故障程度单位为时间，因此需要对阈值条件进行转化，查看该型号传感器的特性参数如下表2，从下表参数可以看出浓Rich=800mV，稀Lean=50mV，所有得出如下公式（800-50）/x<250，计算结果x>3s即x>3000ms;所以故障程度rich to lean设置为3000ms。

5.5 故障模拟测试

在完成以上故障植入前准备后，打开诊断程序DIAGRA D，并用诊断接口设备Cardaq plus3连接电脑与整车OBD诊断接口。按照测试程序要求进行初步故障检测循环测试：车辆上电将诊断软件DIAGRA D与整车建立通讯，通过mode $04重置各DEC-ECU的故障状态植入故障，然后开始记录文件，起动车辆然后通过IAV Primero软件植入前面预设的故障，车辆按故障诊断条件行驶至特定工况直至mode7报出故障码，记录并保存测量文件，然后发动机熄火即完成初步故障检测循环测试。

确认故障循环测试：车辆上电并开始记录测量文件，然后起动车辆并通过IAV Primero软件植入前面预设的故障，车辆按故障诊断条件行驶至特定工况直至mode3报出故障码并同时点亮MIL灯，然后熄火至完全下电，上电KEY ON通过扫描工具DIAGRA D读取并记录测试文件保存即完成确认故障循环测试。

5.6 永久故障码清除验证

故障自然清除测试

完成以上故障模拟测试后会生成未决故障码、确认故障码和永久故障码，验证永久故障码清除测试，车辆熄火并待完全下电后移除外部故障植入，上电将诊断软件DIAGRA D与整车建立通讯并记录信息，起动车辆并运行完整的一个氧传感器诊断循环工况，然后完全熄火后再上电记录测量信息，按以上步骤运行多个无故障循环直至MIL熄灭并记录测量信息，最后用扫描工具读取并记录故障内存中永久故障码信息。

故障信息被清除测试

按步骤完成故障模拟测试后会生成未决故障码、确认故障码和永久故障码，在车辆完全下电情况下移除故障植入，上电记录测量信息，用DIAGRA D通过mode $04清除故障信息，然后起动发动机先怠速30s，然后行驶运行至故障诊断循环同时累计大于40km/h行驶超300s，总运行时间超600s，然后熄火至完全下电，上电记录并保存测量文件，即完成故障信息被清除测试。

6 结论

国六新增的PVE测试是对OBD系统的一次全面评估，其中涉及通讯检查和标准化验证，以及对故障码的全面验证，和在用性能的监测，测试范围广且复杂。这对主机厂在系统开发验证方面提出了更高的要求。特别在J2阶段的测试不但用时较长，而且测试需要用到不同的辅助设备，这样就要求熟练掌握各种设备的使用，同时也要对各个故障的诊断逻辑有个清晰的理解。本文基于某车型的OBD系统PVE测试方法[6]进行阐述，以某一车型氧传感器中的一个故障为例，全面解析J2测试的步骤，同时分析故障诊断原理和设备使用方法及故障植入方法描述。

参考文献：

[1]环境保护局，国家质量监督检验检疫总局. GB18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[S]. 北京：中国环境出版社，2016.

[2]SAE. SAE J1979-1997 E/E Diagnostic Test Modes [EB/OL].（2011-01-30） [2017-02-16]. https：//www.sae.org/standards/content/j1979_201702.

[3]生态环境部机动车排污监控中心，2018年12月版. 轻型车国六标准实施细则（试行）.

[4]邹雄辉，王亚飞，耿培林，王力辉，刘乐，李菁元. 基于不同发动机控制系统的量产车辆评估测试（PVE）方法比对分析[J].小型内燃机与车辆技，2021，50（2）：67-71.

[5]刘子强，邵晗，李全. 氧传感器OBD系统诊断原理及故障分析[J].农机使用与维修，2018（1）：39-43.

[6]王力辉，刘乐，凌健.基于OBD系统的量产车评估（PVE）测试方法研究[J].小型内燃机与车辆技术，2019，48（5）：49-55.