1. 引言
汽车排放达标的关键是排放控制系统的功能是否健全，若能在排放超标的临界点针对相应的故障状态进行修复，则能避免在用车带病行驶造成的高排污现象 [1]，而这主要依赖于车载诊断系统。车载诊断(OBD: On-Board Diagnostic)系统可持续监测零部件和系统的状态以及排放的劣化过程 [2]，当OBD监测到排放相关零部件出现问题时会及时提醒驾驶员进行必要的检修，因而可以保证汽车在整个使用寿命过程中一直在排放不超过限值的状态下运行 [3]。在用车OBD系统的正常工作，可确保在用车在使用周期尽可能清洁。将OBD引入到I/M检查使在用车排放管理进入了一个全新的阶段 [4]。
美国2001年就将OBD检查纳入在用车的排放检查中，并要求2002年各州陆续开始将OBD检测纳入I/M制度 [5]。各州根据要求及空气质量，制定各州执行方案，可以用OBD检查全部或部分替代污染物排放检测，加州已使用OBD检查全部替代了污染物排放检测。
我国OBD技术发展较晚，轻型车国三、重型车国四才有OBD要求，在用车检查也以污染物排放检测为主。2018年生态环境部发布《汽油车污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》(GB18285-2018) [6] 和《柴油车污染物排放限值及测量方法(自由加速法及加载减速法)》(GB3847-2018) [7] 两项标准，标准中对在用车新增OBD系统检查要求，并作为强制项。标准距今已实施一年多，但是在用车OBD系统的具体实施情况如何，是否有效起到降低污染物排放的作用仍需研究。
本文基于在用车OBD检查主要内容和检查流程的研究，制定检查实施方案，并对车辆的OBD通讯情况和不合格情况进行分析总结，提出监管建议方案，为在用车排放检测维持制度的实施提供支撑。
2. 在用车OBD检查方案
2.1. 美国在用车OBD检查内容及结果
美国环保局在法规中指出，一个标准的OBD检查应包含两类检查：检查汽车仪表盘中故障指示器MIL的显示功能和状态信息；OBD系统控制电脑的自检 [8]。美国OBD检查包括7个步骤：1) 车辆信息的录入，通过扫描车辆的条码信息，自动录入车辆信息到报告系统中；2) 检查故障指示器MIL是否正常工作，目测检查车辆点火，发动机不启动，目测观察MIL是否点亮；3) 找到车辆的标准诊断接口DLC (Data Link Connector)，将诊断仪与车辆诊断接口连接；4) 启动发动机，车辆怠速，记录故障指示器状态；5) 打开故障诊断仪，读取记录车辆的就绪码状态、故障指示器状态和故障码信息等；6) 将OBD检查结果记录在报告中；7) 检查结束，不清除故障代码和就绪码，关闭点火开关，断开诊断仪 [8]。
根据美国环保局统计的OBD检查结果，OBD检查时间短且更容易进行维修，发现：1) OBD诊断仪的通讯成功率达到99%或更高，可以满足检查项目的实施；2) 最常见的OBD故障包括氧传感器、失火、EGR以及蒸发故障代码；3) 未就绪码而不合格的比率较低 [8] [9] [10] [11] [12]。
2.2. 我国在用车OBD检查主要内容
参考美国在用车OBD检查内容，根据《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断(OBD)系统技术要求》(HJ 437-2008) [13] 和《轻型汽车车载诊断OBD系统管理技术规范》(HJ 500-2009) [14] 规定的OBD系统要求，参考美国在用车OBD检查的内容，确定OBD检查项目包括：故障指示器、诊断仪读取的故障指示器状态、通讯测试和就绪状态值。同时采集并保存故障代码、故障指示器点亮后行驶里程和IUPR (In-use performance ratio)等数据流，具体的项目及依据见下表1和表2。
Table 1. The OBD inspection items and basis of in-use diesel vehicle [13]
表1. 在用柴油车OBD检查项目及依据 [13]
Table2. The OBD inspection items and basis of in-use gasoline vehicle [14]
表2. 在用汽油车OBD检查项目及依据 [14]
2.3. 我国在用车OBD检查流程
参考GB38147-2018和GB18285-2018，对在用车OBD检查的流程简化如下图1所示，步骤如下：
1) 首先输入车辆信息，锁定到被检车辆；
2) 找到车辆的OBD诊断接口，将通用诊断仪与车辆OBD接口连接上；
3) 将车辆的点火开关旋转到“ON”状态后(各种仪表指示灯点亮)，但不启动发动机，仪表板上的各指示灯进行自检，此时故障指示器应激活。
4) 将发动机起动，打开通用诊断仪，自动与车辆建立通讯；
5) 使用OBD诊断仪的快速检查功能，无需人工操作，读取车辆故障代码、故障指示器状态、就绪状态、故障里程等信息，诊断仪将自动输出检查结果，并将检查结果输出到计算机数据管理系统上。根据输出结果及故障指示器的状态，对车辆OBD检查结果进行判定。
6) 检查结束，关闭点火开关，断开诊断仪 [6] [7]。
2.4. 检查设备及方案
OBD诊断仪作为与车辆OBD系统进行通讯，获取并显示数据和信息所必要的工具，必须满足ISO 15031-4和SAEJ1978中规定的相关功能性技术要求 [6] [7]。项目组选取了两款满足GB3847-2018和
Figure 1. The OBD inspection process
图1. 在用车OBD检查流程
GB18285-2018技术要求的通用诊断仪，作为比对设备，并安排技术人员分别在天津市东丽和西青的两个机动车检测站开展在用车OBD检查，共测试1011辆，其中柴油车79辆，天然气车1辆，汽油车931辆，保存并记录检查结果。由于天然气车样本量较少，故下述将以汽油车和柴油车分别展开分析。
3. 结果分析
我国标准规定当车辆存在故障指示灯故障、故障指示器激活、车辆与OBD诊断仪直接存在通讯故障、仪表板故障指示器状态与ECU中记载的不一致，均判定OBD检查不合格。如果诊断就绪状态项未完成项超过2项，应要求车主充分行驶后复检 [6] [7]。下述将针对我国在用车OBD检查的结果进行分析。
3.1. OBD通讯测试分析
本轮共测试1011辆在用车，其中柴油车79辆，汽油车931辆，分别用2种通讯诊断设备对车辆的OBD进行了测试。通用设备1柴油车通讯成功62辆，通讯失败17辆，通讯成功率78.48%；汽油车通讯成功829辆车，通讯失败102辆，通讯成功率89.04%。通用设备2柴油车通讯成功62辆，通讯失败17辆，通讯成功率78.48%；汽油车通讯成功843辆车，通讯失败88辆，通讯成功率90.55%，详见下图2。可以看出汽油车的通讯成功率比柴油车高，可能是由于柴油车OBD技术发展较汽油车滞后。
对于OBD通讯不成功的车辆，经排查有部分车型之前有通讯成功的案例，对部分通讯失败车辆重新测试，发现导致通讯不成功的原因主要有：一是通用诊断设备方面，设备的车型覆盖率不足以及程序的不稳定等原因会导致通讯失败；二是车辆出厂OBD就存在问题，发现部分车辆存在OBD接口针脚位置错误等问题导致通讯失败；三是车辆正常使用下，OBD接口存在损坏的情况。通用设备升级程序以及车辆OBD接口维修后车辆的OBD都可以正常通讯。
Figure 2. The OBD connectivity rate analysis
图2. OBD通讯成功率分析
分析发现19个品牌共88辆车OBD通讯不成功，统计了不同品牌通讯失败的车辆数如下图3所示，可以看出个别品牌通讯失败的车占比较大，但同样该品牌的车辆市场保有量也高，故不能立刻判断该品牌车辆是否存在问题，具体原因还需按车型具体分析。
3.2. OBD检查不合格原因分析
由于通讯不成功车辆的不合格原因主要受设备商和整车企业影响，故本文不合格率分析主要针对OBD通讯成功车辆，以此分析车辆正常使用的过程中可能存在的OBD系统问题或者超标排放问题。柴油车通讯成功62辆，其中合格51辆，合格率82.26%；汽油车通讯成功843辆，合格789辆，合格率93.59%。
如下图4所示，柴油车OBD检查不合格车辆共11辆，不合格的原因都为ECU读取的故障指示器状
Figure 3. The analysis of communication failures of different brands vehicles
图3. 不同品牌通讯失败车辆统计
态与仪表板目测观察的故障指示器状态不一致，且都存在故障码或冻结帧故障。汽油车OBD检查不合格车辆共54辆，其中53辆ECU读取的故障指示器状态与仪表板目测观察的故障指示器状态不一致，都存在故障码或冻结帧故障，且53辆中有4辆车同时存在未就绪状态项超过2项的情况。剩余1辆车是由于未就绪状态项超过2项导致不合格。
可以发现柴油车整体的不合格率要高于汽油车，主要是受使用环境影响，柴油车使用环境更恶劣，故障率总体比汽油车高。通过加强对柴油车监管和及时维护，可以保证柴油车的排放达标，减少污染物排放。对就绪状态值未就绪导致的不合格，可以让主机厂设定可完成就绪状态的工况曲线，车主可在4S店完成就绪。
Figure 4. The analysis of unqualified reasons for OBD inspection
图4. OBD检查不合格原因分析
3.3. 典型故障分析
经分析1011辆车中，存在故障码或冻结帧故障的车一共97辆，如下图5所示，其中出现次数最多的故障分别是氧传感器加热器电路(P0141) 9辆次、催化转换器系统效能低于阈值(P0420) 9辆次、空燃比太稀(P0171) 8辆次、空燃比太浓(P0172)和怠速空气控制系统发动机转速比预期值高(P0507) 6辆次，故障原因集中于氧传感器、催化器故障，可能跟车辆三元催化器长时间使用，没有替换或维护保养有关系。
3.4. 在用车OBD监管建议
在用车OBD检查的原则是保证能筛查出高排放车，并通知车主及时修理，以降低污染物排放，检查过程应避免因主机厂和诊断设备的原因导致车主不合格，造成不良的社会影响，主要监管建议如下：
1) 加强新车下线OBD检查管理，保证车辆出厂时OBD接口正常。建议主机厂用通用诊断仪进行对比测试，因为测试过程中发现OEM设备直接从ECU读取车辆信息，可能无法发现OBD针脚错误问题，导致部分车辆4S店专用诊断仪可以正常通讯，但是年检通用诊断仪无法通讯。
2) 加严对市场上通用OBD诊断仪的认证及要求，美国加州要求诊断仪的通讯成功率达到99.99%，且规定了详细的读取逻辑和参数要求，这部分认证要求亟需补充完善。
3) 加强在用车OBD检查宣传教育，OBD检查与传统的污染物检测有区别，建议普及车主OBD相关知识要求，督促车主在故障指示器激活时及时维修保养，保证车辆清洁使用。
虽然在美国加州已使用OBD检查替代了在用车尾气排放的检测，但是考虑到目前我国年检车辆主要是国三国四车辆，OBD技术不成熟，且不同排放标准、不同类型车辆的OBD系统存在差异，故仍建议目前采用两种检测方法并行的方式进行管理。
4. 结论
本文基于对在用车OBD检查主要内容及流程的研究，检查并分析了1010辆在用车的OBD检查结果，发现：
1) 柴油车的OBD合格率整体低于汽油车的OBD合格率，可能与柴油车OBD技术发展滞后、以及使用环境相关，柴油车故障率高。
2) 车辆OBD通讯失败的主要原因是OBD接口针脚出厂不规范和诊断仪厂家设备覆盖率不全；
3) OBD不合格的主要原因是车辆ECU读取的故障指示器状态与实际目测的状态不一致；
4) 车辆存在的当前故障和冻结帧故障集中在氧传感器和催化器故障。
建议加强对新车下线OBD系统的检查、对通用OBD诊断仪的认证要求以及对在用车OBD检查的宣传，为在用车的OBD检查在下一阶段在用车排放监管中起到的重要作用做铺垫。