基于失重法的汽车油耗检测仪器设计-开题报告

纸， 明书全套毕业设计均有 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 院系 汽车与交通工程学院 专业、班级 指导教师姓名 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 基于失重法的汽车油耗检测仪器设计 一、 课题研究现状、选题目的和意义 1 课题研究现状 前，在汽车道路试验中，测量汽车油耗的方法，可归纳为两大类。 (1)直接测量法，指拆开汽车发动机油路，接人流量测量设备，直接测得燃料消耗量。具体可分为两种：容积法：单位时间内消耗燃油体积；重量法：单位时间内消耗燃油重量。它们的共 同特点是：测量精度较高；操作复杂、费时；破坏车辆原有油路结构。 (2)间接测量法，即碳平衡法，不拆解发动机油路，利用汽油中的含碳量和燃烧后尾气排放的含碳量不变，只要测出单位时间内尾气含碳量与汽油中含碳量相比，即可计算得到燃油消耗量。这类测量方法的特点是：不需拆解被测车辆，适应汽车不解体检测的发展方向；可以和汽车排放检测相结合；油耗测量精度没有直接测量法高。少数几个大的科研单位虽然从国外引进了一些相关设备，由于所需设备庞大、昂贵而复杂、不可携带，还没有引起重视。 内汽车油耗智能检测技术研 究状况 国内技术落后，对汽车燃油经济性的检测重视较晚，到 1991 年 10 月 1 日交通部才颁布实施涉及车辆燃油消耗检测的法规汽车运输业综合性能检测站管理办法：，规定采用的测量方法为容积法和重量法。汽车油耗检测可通过汽车道路试验，也可在室内底盘测功试验台上模拟路试来检测。在汽车道路试验中，一般汽油车常用容积法测量油耗，柴油车常用质量法测量油耗。目前的油耗仪多为体积式的， 214 型活塞式流量传感器、祸轮流量仪、数字式油耗一转速自动测量及四活塞式流量计仪等。随着计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，虚拟实验 技术也开始用来进行车辆经济性方面的研究。虚拟实验系统的类型可分为纯软件型和硬件在环型。纯软件型系统仅利用软件完成整个系统仿真，它把实验环境、实验对象全部抽象为数学模型。其重点在于抽象的数学模型和软件技术；硬件在环型系统是指将实物硬件嵌入仿真系统的实时动态仿真技术，其强调软硬件技术及电子技术的结合，获取的一些关键信号由真实硬件发出，比纯软件方式可信度高。研究开发的智能油耗检测仪既纸， 明书全套毕业设计均有 要能用于汽车发动机在不同工况时的油耗数据的测量。及车辆行驶的等速油耗、加速油耗、变工况油耗及百公里油耗测试，尤其是瞬时油耗测试的智能 型快速检测仪器；同时还要将先进的智能传感器技术和智能仪表技术应用于液体流量检测与显示，集机、电、液于一体，提高检测与显示精度和检测的自动化程度，满足生产实际的需要。目前逐步投入市场的代表性的产品有以下几种：国产 8A 汽车综合测试仪是以微型计算机为核心，用于汽车动力性能和经济性能的测试，采用两个流量传感器，可进行电喷车的等速油耗、加速油耗、六工况油耗、百公里油耗测试；淄博无线电厂生产的 B 型微电脑多功能油耗仪，用于检测汽车拖拉机的动力性能、经济性能、操纵性能及拖拉机牵引性能。测试项目采用菜单操作， 系统内置 40 列微型打印机，可将测试结果及测试数据打印出来； A 型发动机功率、油耗综合测试仪。该产品采用无外载测功法，配接转速和油耗传感器，用来测量发动机功率、比油率、百公里油耗、怠速转速、机油压力、异响控制软件在 运行，操作简便，测量数据可进行存储和打印，并具有联机通讯功能。 外汽车油耗智能检测技术研究状况 国外汽车工业发达国家，较重视环保与节能。其车辆油耗检测技术较先进，投入的人力和财力也较多，并大量采用了传感技术和微电脑技术，正在大力研发智能型油耗检测装置，其功能、测试项目 、精度、显示方式都在不断发展与完善之中，成本逐渐趋向合理。美国、日本等发达国家在 70 年代中期就对基于碳平衡法理论的汽车油耗检测系统进行了大量的研究，并取得了些成果及试验数据，结果表明，该方法测汽车油耗完全可行，并且可以在检测汽车尾气排放的同时进行，但该检测系统设备庞大、复杂，而且无法实现快速检测。采用这种检测系统进行油耗量检测仅局限于实验室中，难以在实际中广泛应用。 本设计主要是基于失重法原理采用瞬时流量测量的概念，采用数字信号处理手段，设计出一种新型的智能油耗检测仪，既能同时满足汽油车和柴油车的检测，又 能适应各种工况，并且具有较高的精度和较低的成本。如图 1 所示， 密封贮油罐固定于质量传感器之上 ,质量传感器输出与油罐内的燃油质量成正比的电信号： ()k W k W W 式中： 油罐自重 ; 罐内燃油质量 ; W 为贮油罐总质量 纸， 明书全套毕业设计均有 图 1 失重法测量原理 1 2 34 5 6 7测量时 ,传感器输出的电压信号随着油罐中燃油的消耗而降低。对测量过程传感器输出的电压信号求导， k 为仪表常数： d U d Wk k Gd t d t 上式表明，测量过程传感器输出电压信号的导数与燃油消耗的质量流量成正比这一关系构成本油耗仪设计的理论基础，也是在测量原理上与其它采用重量传感器制作的油耗仪本质上的区别。根据这一原理设计的油耗仪，不仅能够按照现行内燃机试验规范精确测量规定的时间段内内燃机的平均燃油消耗率，而且还能实时输出瞬态燃油消耗率数据，提供试验过程燃油消耗率的动态检测，并为变工况内燃机台架试验提供有效的油耗测量手段。 2 课题研究目的和意义 （ 1）我国汽车行业发展迅速，汽车 有保有量大幅增加。 随着近几年我国经济的快速发展和国民生活水平的快速提高，汽车行业发展迅速，汽车的产销量和保有量都大幅增加， 据中国汽车工业协会统计， 2010 年国内汽车产销量分别达 1826 万和 1806 万辆，汽车保有量突破 7000 万辆，随着汽车走进千家万户，一系列问题也日益凸显。 能源是发展生产和提高生活水平的物质基础。汽车主要能源是石油产品中的汽油和柴油。而作为汽车用油来源的石油，其储量是有限的， 2010 年，我国石油产量为 20301 万吨，而全国石油消耗量为 吨，占全年石油消耗量的 45%，当年我国石油对外 依存度为 55%。 随着我国汽车保有量的逐年增加，石油消耗日益增长，石油能源短缺迫使人们关注汽车燃料经济性及检测手段的准确性。要达到节约用油，降低能耗的目的，除广泛采用新材料、新工艺提高汽车性能外，主要应加强管理和监督。 制定法规，限制新生产汽车的燃油消耗量。 70 年代能源危机后，各国纷纷制定本国的汽车油耗纸， 明书全套毕业设计均有 法规，强制性地降低新生产汽车的油耗指标。如美国近十年来汽车油耗平均每年下降 2%，要求 1985 年生产的轿车平均油耗必须低于 00 1995 年生产的要低于 00 加强对 在用车的检查和管理。对在用车辆进行定期的技术状况、经济状况检查，以便及时对技术状况差的车辆进行维护修理。对于维修后仍不能达到要求的，强制报废。为缩小与发达国家的差距，我国已经制订了汽车技术等级评定标准、汽车技术等级评定的检测办法，将燃油消耗列为评定汽车经济性的重要指标； 1991 年 10 月颁布的交通部 29 号令汽车运输车辆综合性能检测站管理办法也规定，所有从事汽车运输车辆综合性能检测的 A、 B、 C 三级检测站，都应具备燃油消耗量检测的能力，这更加体现了对车辆经济性指标的重视。 （ 2）随着油价不断上 涨和人们环保意识的增强，汽车经济性备受关注。 作为汽车的主要性能之一，准确、迅速地对汽车燃油消耗量进行检测并作出评价，这是非常关键的。国家有关标准中规定的燃油经济性的评定使用的是油耗计测定方法。目前国内常用的发动机油耗测量方法还是油耗仪测量方法，这些油耗测量仪表种类繁多，使用方法和测量精度也各有优劣。传统的油耗计对于化油器的汽油机燃油消耗的测量较为单一，但是，随着汽车排放法规的日趋严格和汽车电子技术的长足进步，汽油机的化油器已逐渐被电控燃油喷射系统 (取代，汽车的燃油经济性测量的对象已全部变成了电控 喷射发动机。电控喷射发动机由于需要处理多余燃油的回流问题，使其对油耗的测量变得复杂。所以，相关的测量方法和仪器的研究受到了更多的关注。目前 测定燃料消耗率 (简称耗油率 ) 的方法通常有容积法、重量法、流量计法和流速计法等。常规的容积法和重量法的测量精度较高 ,但不能测量瞬时耗油率 , 只适用于内燃机稳定工况下燃油消耗率的测定。流量计法和流速计法可以测量瞬时耗油率 , 但由于单位时间燃油的流量很小 , 因此测量精度较低。测量内燃机各工况下的耗油率不仅可以判断其经济性 , 同时也有助于诊断燃油系统的缺陷和故障。 因此， 研发车 辆油耗检测仪，提高油耗检测精度，扩大仪器测量范围，是实现油耗仪产品更新换代的要求，也是科学技术日益发展的需要。基于失重法的汽车油耗检测仪器能精确检测汽车油耗，可以对汽车的燃油经济性有一个正确的评价和预测 ，可为研制低油耗车提供依据；对营运车辆油耗检测评价，可为其维护、维修提供依据；对于维修企业，可用于判定维修质量；还可用于教学、研究单位进行其工作规律研究。 纸， 明书全套毕业设计均有 二、设计（论文）的基本内容 ,拟解决的主要问题 （ 1）介绍 基于失重法的汽车油耗检测 技术理论；分析汽车油耗不同检测方法的特点； （ 2）确定 基于失重法的汽车油耗检测 的控制原理；建立汽车油耗检测的数学模型； （ 3）确定总体设计方案，进行汽车油耗检测仪器的硬件选择与设计、系统控制电路设计、软件设计、可靠性设计和机械部分设计； （ 4）绘制装配图、控制电路图、零件图。 （ 5） 试验数据处理与误差分析； （ 1） 解决传统的测量方法存在的测量的间歇性和重复性缺陷； （ 2）解决电喷发动机油耗测量中遇到的回油问题； （ 3） 解决电磁干扰或外界振动所产生的随机误差， 提高油耗测量过程中的测量精度； （ 4）解决传统检测仪功能单一，通用性差问题。 纸， 明书全套毕业设计均有 二、 技术路线（研究方法） 本设计主要是通过分析法比较目前常用油耗检测方法，针对传统检测方法的缺陷 ,设计了一种发动机智能油耗检测系统 . 该系统是在原有发动机性能检测系统基础上扩充的一种智能化瞬态油耗仪系统 ,由重量传感器、油箱、充油电磁阀及各路油管组成 . 重量传感器输出的信号经信号调理电路输入单片机 ,经分析处理 ;充油电磁阀的控制信号将油路切换成充油状态和测量状态 . 设计中主要结合失重原理和瞬时流量概念 ,使系统不仅有较高的测量精度 ,还能实时显示瞬时油耗和平均油耗 量数据直观可视等特点。 通过分析法比较目前常用油耗检测方法 基于失重法原理，确定总体设计方案 设计和选择油耗检测系统的硬件并进行合理匹配 确定各元件在油路中的布置方案 信号采集及控制电路的设计 软件系统的设计 可靠性设计 机械部分设计 绘制装配图、控制电路图和零件图 试验数据分析与处理 初步审核，查找不足之处，修改设计方案 再次审核，最终确定设计方案，完成设计 纸， 明书全套毕业设计均有 四、进度安排 （ 1）调研、资料收集、完成开题报告 第 1、 2 周（ 2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2）方案设计与分析、整理 第 3、 4 周（ 3 月 14 日 3 月 27 日） （ 3）结构设计、计算与分析 第 5 7 周（ 3 月 28 日 4 月 10 日） （ 4）完成绘图工作 第 8 10 周（ 4 月 11 日 5 月 8 日） （ 5）说明书撰写 第 11、 12 周（ 5 月 9 日 5 月 22 日） （ 6）校对、完善和打印 第 13、 14 周（ 5 月 23 日 6 月 5 日） （ 7）毕业设计审核、修改 第 15、 16 周（ 6 月 6 日 6 月 19 日） （ 8）毕业设计答辩准备及答辩 第 17 周（ 6 月 20 日 6 月 26 日） 五、主要参考资料 1贺新，王岐东，叶身斌 J然科学版） ，2007（ 01） ： 322付百学 ,胡胜海 J 2008（ 1） ： 383凌建群 J2006（ 1）： 244原培新，孙丽娜，刘红梅 J 2006（ 11365003(2):8196刘军，姚健 ,高建立等 J2008(4)： 347高继东 ,李孟良 ,王建海 等 J2005（ 4）：3958杜灿谊，冯德军 J2008（ 4）： 509U of a .002,35710白思春 ,褚全红 ,王 孝等 J2009（ 1）：11