（载运工具运用工程专业论文）asm汽车排放测试系统设计与开发.pdf

摘要 论文通过理论和试验相结合的方法，研究了a s m 汽车排放测试系统的相关理论和应 用问题，研究成果对在用汽车排气污染物测试具有理论意义和实际工程应用价值。 根据a s m 汽车排放污染测试的要求，构建了a s m 汽车排放污染物测试系统，系统 以a h s e l p 3 0 0 型底盘测功机为基础，以工控机为核心，实现汽车工况控制和排气污染 物测试。 通过对电涡流测功器性能和a s m 工况控制要求的分析，应用p i d 控制和模糊控制技 术和理论，设计并开发了基于p f u z 巧p i 复合控制的a s m 工况扭矩控制器，p f u z z y p i 复合控制不仅具有良好的动、稳态性能，而且系统的鲁棒性强，解决了风冷电涡流测功器 参数时变和非线性引起的控制难题。重点介绍了a s m 工况扭矩控制的基本思想和总体方 案、p f u z z y p i 复合控制中f u z z y 控制算法、加速阶段扭矩和速度给定输入的轨迹设计。 采用l a b v i e w 和v c + + 两种高级程序语言相结合的方法，开发了a s m 汽车排放测 试的软件系统，其中包括系统登陆模块、系统标定模块、数据采集模块、数据库开发模块、 串口通讯模块、报表生成模块等。 应用开发的系统，进行了工况控制试验、系统重复性试验和不同工况下的排放对比试 验。不同工况下的排放对比试验表明测试工况对排放测量结果有明显的影响，工况控制在 整个测试系统中至关重要。工况控制试验结果表明扭矩控制器能实现加载扭矩的良好控 制，驾驶员车速控制容易，满足a s m 测试工况控制的需要。系统一致性试验表明整个系 统重复性较好，系统设计合理，可行。 关键词：排气测试，a s m ，电涡流测功器，p f u z z y p i 复合控制，l a b v i e w ，在用汽车 d e s i g na n dd e v e l o p m e n to f v e h i c i ee x h a u s tt e s t i n gs y s t e mu n d e ra s m a b s t r a c t t h e l e o r y ，t e c l l i l o l o g y 砚da p p l i c a t i o no fv e l l i c l ee x h a u s tm e a s u r e m e n ts y s t e mu n d e r a s ma r er e s e a r c h e dt h e o r e t i c a l l ya n de x p e r i m e n t a l l yi nt h i sa n i c l e n l er e s u l t sa r eo ft 1 1 e o r e t i c s i g l l i f i c a n c ea 1 1 dp r a i ：t i c a lv a l u ei i la p p l i e de n g i n e e 血gf o re ) ( 1 l a u s tm e a s u r e m e n ts y s t e mo f i n u s ev e l l i c l e a c c o r d i n g t om e r e q u i r e m e n to fv e k c l ee x h a u s tm e a s u r e m e n tu n d e ra s m ，t h es c h e m eo f v e l l i c l e se ) 【1 1 a u s tt e s t i n gs y s t e mm l d e ra s mi sc o n s t m c t e d t h es y s t e mw i l i c hi so nt h eb a s i so f a h s e l p 3 0 0d ) ，n 锄o m e t e ra n di n d u s t r i a lc o n t 】r o l l e d c o m p u t e r r e a l i z e sv e l l i c l em o d e c o n 仃o l l i n ga 1 1 de ) ( 1 1 a u s tp o l l 眺m t st e s t i n g b a s e do nt h ea n a l y s i so fm ep e r f o m a n c eo fe d d yc 瑚r e n td y n 锄o m e t e ra i l da s mm o d e c o n t r o l l i n gr e q u i r e m e n t ，t h ed y n a m o m e t e rt o r q u ec o n t r o l l e ro fa s mi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d b a s e do np f u z z y p ic o m p o u n dc o n t r 0 1 p f u z z y p ic o n l p o u n dc o n 仃o l l e rh a sn o to n l yg o o d d y n 锄i ca n dh o m e o s t a t i cc a p a b i l 时b u ta l s og o o dr o b u s t n e s s ，w h j c hs o l v e st h ec o m r o l p r o b l e m sa r o u s e db yt i m e v 哪i n g 觚dn o l l l i n e a rp a r a m e t e r so fa i rc o o l i i l ge d d yc u r r e m d y n a m o m e t e r t h eb a s i ci d e a la n dw h o l ep r o j e c to fm o d et o r q u ec o n t r o l l i n go fa s m ，f h z 巧 c o n 仃o la l g o r i t h m ，d e s i g no fi n p u t 协o c h o i di nt h ea c c e l e r a t i o ns t a g eo ft o r q u ea n d v e l o c i 饥 t h es o f h 咖es y s t e mo fa s mv e l l i c l ee x l l a l 】s tp o l l u t a n t st e s t 证gi sd e v e l o p e db ya d o p t i l l g t l l ea s s o c i a t i v em e m o do ft w o1 1 i 曲p r o g r 锄l a i l g u a g e so fl a b v i e wa n d s u a lc + + ，w m c h i n c l u d e ss y s t e mb e a c h i l l gm o d u l e ，c a l i b r a t i o nm o d u l e ，d a _ t a a c q u i s i t i o nm o d u l e ，d a t a b a s e d e v e l o p m e n tm o d u l e ，s e r i a lc o m m u l l i c a t i o nm o d l l l e ，r e p o r tg e n e r a t i o nm o d u l ea n de t c t h em o d ec o n t r o l l i n ge x p e r i m e n t ，s y s t e mr e p e 乱a b i l i t ) re x p e r i m e n ta n de ) ( 1 l a u s tc o n t r a s t e x p e r i m e n tu n d e rd i 虢r e n tm o d e si sc a m e do u t t h ee x h a u s tc o n t r a s te x p e r i m e mr e s u l t su 1 1 d e r d i 丘- e r e n tm o d e ss h o w st e s t i n gm o d eh a sa ne 丘e c to ne ) 【1 1 a u s tm e a s u r e m e n tr e s u h si l o t i c e a b l y 锄dm o d ec o l l 仃o l l i n gi si m p o r t a n tf o rt l l ew h o l et e s t i n gs y s t e m m o d ec o 蛐r o l l i n ge x p e r i m e m r e s u l t ss h o wt o r q u ec o n t 】l l e rr c a l i z e sg o o dc o 砷lo fl o a d i n gt o r q u e ，v e m c l es p e e dc o n 仃o l l e d b yd r i v e re a s i l ya n dm e e t st h ei l e e d so ft e s t i l l gm o d ec o n 仃0 1 1 i n go fa s m s y s t e mr e p e 撕b i l 时 e x p 喇m e n tr e s u l t ss h o wt 1 1 a ts y s t e m i cr 印e a t a b i l i 够i sg o o da n ds y s t e m i cp r o j e c ti sr e a s o n a b l e a n dt l l eo v e r a ud e s i g ni sf e a s i b l e k e yw o r d s ： e x h a u s tt e s t i n g ，a s m ，e d d yc u l l r e n td y n a m o m e t e r ，p f u z z ) r - p ic o m p o u i l d c o m r 0 1 ，l a b v i e w ：i n - u s ev e h i c l e i i 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者( 本人签名) ：概 。害年 f 月p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术 信息研究所；国家图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅。本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合 为学校的科技成果，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密彤 ( 请在以上方框内打“ ”) 学位论文作者( 本人签名) ： 指导教师( 本人签名) ： 巷秀 | 遗以 国年毛rh 妒6 月。日 致谢 在本论文写作的过程中，得到了导师闵永军教授的悉心指导，从论文选题、试验和撰 写，导师都倾注了大量的心血。在三年的研究生学习中，导师严谨的治学态度、渊博的知 识、敏锐的学术眼光和崇高的科研精神都深深地教导着我，使我受益匪浅；在此向导师表 达我最忠心的感谢和最诚挚的敬意。 感谢在论文的研究和试验过程中左付山老师给予热心的指导和热情的帮助；感谢教研 组其他老师给予的帮助。 感谢在论文试验过程中吴九山、孙兵凡、董书量、刘静同学对我的帮助。 感谢实验室的同学和师弟师妹们对我的关心和支持。 感谢何学云同学对我的关怀。 感谢我的父母多年来在我的求学道路上给予我始终如一的支持与无私的关怀，在此学 业完成之际，向含辛茹苦的他们表达我深深的谢意。 感谢南京林业大学对我的培养，祝愿母校未来更加美好。 谨向所有帮助我的老师们和同学们表达我最诚挚的感谢。 李芳 2 0 0 8 年6 月 第一章绪论 1 1 研究目的和意义 2 0 0 0 年以来，我国汽车工业进入快速发展轨道，汽车产量迅速增长。据统计，2 0 0 0 年我国的汽车产量为2 0 6 8 万辆；2 0 0 6 年的汽车产量为7 1 9 万辆，比2 0 0 5 年的产量激增 了2 5 9 ，远远地超过了德国5 8 2 万辆的汽车产量，世界排名己跃至第三；2 0 0 7 年全国 汽车产量达到8 8 8 万辆，比2 0 0 6 年增加了2 2 。 随着我国经济和汽车工业的飞速发展，汽车保有量持续高速增长。据国家统计局公布 的资料表明，2 0 0 5 年年末全国民用汽车保有量达到4 3 2 9 万辆( 包括三轮汽车和低速货车 1 1 4 9 万辆) ，比上年末增长2 0 6 ；年末私人汽车保有量2 3 6 5 万辆，增长2 2 。2 0 0 6 年 年末全国民用汽车保有量达到4 9 8 5 万辆( 包括三轮汽车和低速货车1 3 9 9 万辆) ，比上年末 增长1 5 2 ，其中年末私人汽车保有量2 9 2 5 万辆，增长2 3 7 ；民用轿车保有量1 5 4 5 万 辆，增长2 7 2 ，其中私人轿车1 1 4 9 万辆，增长3 3 5 。 但是汽车的增加，也带来不少的社会问题，其中汽车排放污染问题就是焦点之一。从 上世纪9 0 年代以来，中国大城市的空气污染由煤烟污染转为汽车复合型的污染，特别在 大城市汽车污染增长明显，目前北京、上海、广州等大城市9 0 污染化合物来自汽车尾 气。据国家环境保护总局的统计表明，2 0 0 4 年全国机动车排放的碳氢化合物和一氧化碳、 氮氧化物等主要的空气污染物分别达到了8 3 6 万吨、3 6 4 0 万吨和5 4 9 万吨，汽车的单车 排放水平较高，是美国同类型车排放的4 6 倍。从发展趋势来看，如果不采取有力的措 施，汽车污染将会继续增长，严格控制汽车排放势在必行。 日益严重的汽车排放问题已经引起社会各界的高度重视，有必要采取相关的措施。控 制汽车排放污染物问题是一项重大复杂的系统工程，就汽车技术而言，控制汽车排放的措 施主要包括两个方面：一是制定严格且可行的汽车排放法规，推动汽车生产企业开发和应 用汽车排放控制新技术，开发新能源动力汽车，降低出厂新车的污染物排放量；二是对在 用汽车执行严格的i m ( i n s p e c t i o n m a i n t e n a n c e 检测维护) 制度，确保在用汽车排放控制 系统正常工作1 】【3 1 。 减少汽车排放污染首先要从源头控制，即抓好新车生产的排放控制。发达国家早在 2 0 世纪6 0 年代就开始采取措施，对各类车制定了日益严格的排放法规，对主要有害排放 物规定了严格的排放限值标准。为达到这些排放法规的要求，各发达国家投入了大量的人 力物力，开展研究工作。目前，美国、欧洲和日本的汽车排放法规是世界三大主要的法规 标准体系刚【5 1 。 美国从2 0 世纪7 0 年代开始，经过2 0 多年的艰苦努力，在汽车排放控制方面已经取 得了突破性的发展，汽车排放降低了9 0 以上。美国是最早认识到汽车排放对环境危害 的国家。早在2 0 世纪4 0 年代，洛杉矶市就出现严重的光化学烟雾事件，促使加利福尼亚 成为世界上第一个指定汽车排放法规和控制汽车排放的地区，至今它仍是美国唯一有权制 定自己的排放标准的州。美国的汽车排放标准分为加利福尼亚和美联邦两大类，一般以加 州制定的标准最严格。联邦政府从1 9 7 0 年开始制定一系列的排放控制标准，到目前为止， 单车c o 、h c 、n o x 排放量分别降低了9 8 、9 9 和9 5 ，见表1 1 。 表1 1 美国联邦政府轿车、小客车排放法规( g m i l e ) 实施年限 c oh c n o x 1 9 7 08 41 0 64 1 1 9 7 1 1 9 7 23 44 1 无规定 1 9 7 3 1 9 7 42 83 o3 1 1 9 7 5 1 9 8 0 1 51 53 1 1 9 8 1 7 9 9 43 4o 4 11 0 1 9 9 5 2 0 0 5 3 4 o 2 50 4 2 0 0 5 1 70 1 2 5o 2 注：1 m i l e = 1 6 0 9 k m 欧洲经济委员会( e c e ) 从1 9 6 0 年颁布实施第一项e c e 法规至今，已经形成1 0 9 项 包括安全、环保、节能三大领域的汽车排放法规体系。1 9 6 9 年，瑞典，西德等国家就开 始实施怠速排放控制法规，1 9 7 2 年开始欧洲开始实行欧洲统一的工况试验法。但是最初 各国的极限都不一样，到1 9 7 4 年才出现欧洲的综合法规，即e c er 1 5 。从1 9 9 2 年起全 欧洲开始实施欧i ( 欧i 型式认证排放极限值) 、1 9 9 6 年起开始实施欧i i ( 欧i i 型式认证 和生产一致性排放极限) 、2 0 0 0 年起开始实施欧i i i ( 欧型式认证和生产一致性排放极 限) 、2 0 0 5 年起开始实施欧( 欧型式认证和生产一致性排放极限) 、2 0 0 8 年中期开始 实施欧v ，欧洲汽油车排放标准限值如表1 2 所示。与欧洲i 号排放法规相比，欧洲号 排放法规各种污染物的排放限值分别降低了6 3 8 2 。 表1 2 欧洲汽油车排放标准限值 排放极限( g 瓜m ) 控制阶段实施时间 c o h c n o x 欧i 1 9 9 42 7 20 9 7 欧i i1 9 9 82 2o 5 0 欧i i i2 0 0 02 30 20 1 5 欧2 0 0 51 00 1 0 0 0 8 欧v 2 0 0 8 中期 1 00 0 7 5o 0 6 我国机动车排放标准和法规建立和实施相对比较晚，从1 9 8 3 年起，国家环保局发布 了包括轻型汽车、重型车、摩托车等多项排放法规，1 9 9 9 年5 月2 8 日，国家环境保护总 局、国家科技部、国家机械工业局联合向各地环保、科技和机械( 汽车) 行业主管部门发布 了机动车排放污染防治技术政策，明确规定了机动车排放控制目标。政策中对各类机 动车排放控制目标为：轿车的排放控制水平在2 0 0 0 年达到欧洲第一阶段水平( 9 1 4 4 1 e e c 指令和9 3 5 9 e e c 指令) ；最大总质量小于等于3 5 吨的轻型汽车型式认证产品的排放控 2 制水平在2 0 0 0 年后达到欧洲第一阶段水平；所有轻型汽车( 含轿车) 于2 0 0 4 年前后达到欧 洲第二阶段水平( 9 彰1 2 e c 指令和9 6 6 9 e c 指令) ，2 0 1 0 年前后争取与国际排放控制水平 接轨；重型汽车( 最大总质量大于3 5 吨) 与摩托车于2 0 0 1 年前后达到欧洲第一阶段水平 ( 9 1 5 4 2 e e c 指令中第一阶段限值) 的要求，2 0 0 5 年前后柴油车达到欧洲第二阶段水平 ( 9 1 5 4 2 e e c 指令第二阶段限值) 的要求，2 0 1 0 年前后争取与国际排放控制水平接轨。 为实施机动车排放污染防治技术政策，国家环境保护总局颁布了相关标准：第一 阶段：g b1 8 3 5 2 1 2 0 0 1 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( i ) ，等效采用欧盟 9 3 5 9 e c 指令，参照采用9 8 7 7 e c 指令部分技术内容，等同于欧i ，从2 0 0 1 年4 月1 6 日 发布并实施。第二阶段：g b1 8 3 5 2 2 2 0 0 l 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( i i ) ， 等效采用欧盟9 6 6 9 e c 指令，参照采用9 8 7 7 e c 指令部分技术内容，等同于欧，从2 0 0 4 年7 月1 日起实施；北京市和上海市分别于2 0 0 3 年1 月1 日和2 0 0 3 年3 月1 日提前实施 了欧i i 标准。第三阶段：g b1 8 3 5 2 3 2 0 0 5 轻型汽车污染物排放限值及测量方法f 中国i i i 、 阶段) ，部分等同于欧i ，于2 0 0 7 年7 月1 日开始实施；北京市己自2 0 0 5 年1 2 月3 0 日起，提前执行国家部分第三、四阶段机动车排放标准。新的法规和标准的实施极大地推 动了排放控制技术在新生产汽车上的应用，使我国新生产汽车的排放控制水平发生了质的 飞跃，显著缩短了与发达国家的差距，保证了新投入使用汽车排放污染得到有效控制【6 】【7 1 。 但仅仅加严新车排放标准并不能够完全控制汽车的污染排放，若不对在用车进行控 制，汽车排放的劣化将会使控制新车的努力大打折扣。根据欧美发达国家的研究，在用汽 车中数量上占5 的高排放汽车的污染物排放量占在用汽车污染物总排放量的2 5 左右， 1 0 1 5 的高排放汽车的污染物排放量占在用汽车污染物总排放量的5 0 6 0 。北京 市1 9 9 8 年年检结果显示，占轿车总数2 0 的怠速c o 高排放车( 怠速c o 浓度不低于6 ) 的c o 排放量占轿车总排放量的5 0 以上。上海市轻型在用汽油车的统计分析结果是 1 5 2 0 的高排放车污染量占在用车污染物总污染量的6 0 8 0 。对在用汽车的排放 控制，世界公认的最有效的方法是实施i m 制度，i m 制度指的是通过对在用车的排放进 行定期检测和随即抽查，促进机动车的正常维护，防止人为的排放控制的损坏，保持车辆 处于良好的运行状态，从而减少污染物的排放。其核心是通过检测，找出数量上占1 0 1 5 的高排放汽车( 其污染物排放量占在用汽车污染物总排放量的5 0 6 0 ) ，进行重点 维修和治理，使这些汽车的排放水平达到或接近达到原车最佳水平，排放控制系统能正常 发挥效用，充分发挥汽车自身的排放净化能力。因此，选择一种适合本地区的科学、有效、 经济且便于实施的汽车排放检测方法，并根据采用的检测方法制定出科学合理的排放限 值，是实施i m 制度的关键之一【8 】【9 j 。 根据检测工况和参数不同，在用汽油车排气污染物检测分为怠速和双怠速法、简易工 况法和遥感检测法三大类【l o 】1 1 2 】。 1 、怠速和双怠速法 怠速法就是在发动机正常怠速运转工况下，测量排气管排出的c o 、h c 的体积浓度， 评价汽车的排放性能，它是一种传统的废气检测方法。双怠速法是怠速法的改进方法，是 指发动机在怠速和高怠速( 0 5 倍额定转速) 两种工况下，测量排气管排出的c o 、h c 的 体积浓度。 怠速和双怠速法都是在车辆无负载时进行检测，因此检测出的排放结果与车辆实际运 行时排放状态仍然存在较大的差距，且怠速法几乎不能检测出汽车排气中n o x ，各项检 测结果的代表性和真实性较差。随着环保要求的提高。现代高新技术在汽车上的应用如： 电控燃油喷射、三效催化器等技术，简单的无负载检测法已经无能力识出这类现代技术制 造的汽车的排放故障，因此，怠速或双怠速法不能满足目前我国i m 制度实施的要求。 2 、遥感检测法 遥感检测法，是在一定宽度的道路两旁，放置废气检测设备并安置摄像机，自动不间 断地检测通过检测路段的汽车的排放状况，摄像机用于记录被检车辆车牌号，用于实施 i m 管理。虽然遥感检测法检测的汽车状态是实际行驶工况，检测结果与工况法有良好的 相关性，且检测速度快( o 5 s ) ，检测方便，但其检测精度低，只宜作为汽车进站检测的补 充，用于捕捉严重超标的高排放汽车( 美国将遥感检测的排放限值设置为工况法限值的 1 0 倍以上) 。 3 、简易工况法 在实施i m 制度的过程中，美、欧、日等发达国家开始探索简易工况检测方法。总体 上，简易工况法可分为稳态工况法和瞬态工况法两大类，上世纪8 0 年代中期开始，美国 曾经使用过的简易工况法有u s f e d e r a ls h o r tc y c l e 、n e wj e r s e y n e wy o r kc o m p o s i t c c y c l e 、u d d s 、c d h2 2 6 、i m2 4 0 、b a r1 2 0 、u s f e d e r a l3 - m o d e 、c l a y t o nk e y m o d e 、 c a l v i p 、a s m 和v m a s 2 4 0 等。目前美国应用较广泛的是i m2 4 0 、v m a s 2 4 0 和a s m 三 种简易工况法，其中，i m2 4 0 和v m a s 2 4 0 为瞬态工况法，a s m 是稳态工况法。我国g b 1 8 2 8 5 。2 0 0 5 点燃式发动机汽车排气污染物限值及测量方法( 双怠速法及简易工况法) 中 简易工况法采用a s m 稳态工况法、i m l 9 5 瞬态工况法和v m a s l 9 5 简易瞬态工况法三种 简易工况法。 ( 1 ) i m 瞬态工况法 美国自2 0 世纪8 0 年代开始研究在用车排放简易测试方法，i m 瞬态工况法试验工况 建立在美国联邦测试规程f t p 7 5 的前2 4 0 s 工况基础之上，是经过修正后得出的工况，简 称i m 2 4 0 ，我国试验循环采用了g b l 8 3 5 2 轻型汽车排气污染物排放标准中试验工况 的第一个循环，见图1 1 ，简称i m l 9 5 。 0 5 0 1 0 0 1 5 0 1 9 5 工况日寸阔s 图1 1i m1 9 5 试验运转循环 4 速肌 们 己 加 。 车蜃 i m 瞬态工况法测试结果以汽车每行驶l k m 或l m i l e 的排气管污染物排放物质量g 脑咀 或g m i l e 表示，排气分析仪精度高，i m2 4 0 和f t p 试验结果呈现较好的相关性，检测的 准确率高。但我国采用的i m1 9 5 与g b1 8 3 5 2 试验结果的相关性尚存质疑，特别是i m 瞬 态工况法要求使用与汽车排放污染物的型式认证和生产一致性检查相同的试验系统，底盘 测功机加载装置要求采用交流或直流电机，实现被测试汽车加速和减速时惯性力的全模 拟，排气取样装置采用临界流量文杜里管式定容取样系统( c f v - c v s ) ，排气污染物分析系 统应采用下列仪器进行分析：c o 和c 0 2 用不分光红外线吸收q d i r ) 型分析仪；h c 用氢 火焰离子化( f i d ) 型分析仪；n o 用化学发光( c l d ) 型分析仪，带有n o x _ n o 转换器。因此， 设备复杂，在美国都被认为设备投资和使用成本过高，不易推广。 ( 2 ) 简易瞬态工况法 简易瞬态工况法使用与i m 瞬态工况法相同的试验工况，但对底盘测功机加载装置只 要求满足汽车加速惯性力的模拟。废气分析设备是在五组分( c o 、c 0 2 、h c 、n o 和0 2 ) 汽 车排气分析仪基础上增加流量分析仪，流量分析仪采用1 9 9 8 年美国s e n s o r s 公司开发的 “汽车排放总质量分析系统”( v e h i c l em a s s 灿l a l y s i ss y s t e m ，美国s e i l i o r 公司专利) ，此简 易瞬态工况法也简称为v m a s 工况法。系统根据测得的气体流量与浓度计算瞬态污染物 的排放总质量。 系统设备比i m 简单，设备投资和使用成本比i m 低，易于操作，但是目前技术尚不 完全成熟、没有大规模使用经验，美国仅在纽约等3 个州选用。 ( 3 ) 稳态工况法 稳态工况法最早在美国加州实施，1 9 9 6 年被美国e p a ( 国家环保局) 认可，并规定 试验方法、设备要求等。最早代表的标准是加州b a r ( 汽车维修管理局) 发布的b a r 9 7 技术规范。稳态工况在美国称为加速模拟工况法( a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ，简称 a s m ) ，美国a s m 工况法有两个等速工况段：一是a s m 5 0 1 5 工况，车速为 1 5 m i l e l l ( 2 4 l 【i i 汕) ，按车辆加速度为1 4 7 州s 2 时负荷的5 0 对该工况进行加载；二是 a s m 2 5 2 5 工况，车速为2 5 m i l e m ( 4 0 k n 汕) ，按车辆加速度为1 4 7 州s 2 时负荷的2 5 对该工 况进行加载【1 3 j 。我国a s m 工况法由a s m 5 0 2 5 工况和a s m 2 5 4 0 工况组成。 其中a s m 工况法与其他检测方法相比优点最为突出，理由如下： ( 1 ) 高排放汽车识别正确率较高，美国和欧洲的研究分析表明，上述两种工况均可识别 8 0 的c o 、h c 和n o x 的高排放汽车。 ( 2 ) 设备费相对便宜，整套系统投资约4 万美元，其设备投资和平时维持费用远低于 i m l 9 5 。对大范围的强制执行i m 制度来说可操作性比较好。 ( 3 ) a s m 工况检测法对底盘测功机和尾气分析仪要求低，我国现在投入营运的汽车综 合检测站等单位用于动力性能测量的汽车底盘测功机稍加改造就可以满足a s m 汽车排放 测试的要求。 ( 4 ) 从国外的检测经验来看，a s m 也是比较理想的检测方法，现在美国有9 个州采用加 速模拟工况法。 我国有自己的特殊国情，由于各地区的经济发展差异很大，各地区的汽车保有量及污 染程度也不同，考虑部分城市汽车排放控制的需要和现有排放测试设备开发生产状况，我 国在现阶段实施i m 制度的过程中，宜优先考虑采用a s m 工况法。 检测设备是实施a s m 工况法的物质保证，国产设备开发与生产滞后，核心技术没有 掌握，检测设备依赖进口的情况己严重制约了我国在用汽车工况法检测的实施。g b 1 8 2 8 5 2 0 0 5 点燃式发动机汽车排气污染物限值及测量方法( 双怠速法及简易工况法) 标 准计划2 0 0 5 年7 月1 日开始实施，事实上到目前为止，除北京外，全国其它地方尚未真 正实施在用汽车排放工况法检测。就北京市来说，原计划于2 0 0 1 年1 月1 日开始实行d b 1 1 1 2 2 2 0 0 0 汽油车稳态加载污染物排放标准和d b1 1 1 2 3 2 0 0 0 轻型汽油车简易瞬 态工况污染物排放标准，但限于检测设备，实际开始实施时间推迟到了2 0 0 2 年3 月1 日。国家环保总局于2 0 0 6 年7 月才发布了h j t 2 9 1 2 0 0 6 汽油车稳态工况法排气污染物 测量设备技术要求。 目前美国仅加州一个州就拥有7 0 0 0 多个检测站点。截止2 0 0 6 年4 月，北京市已建成 4 2 个检测站，2 2 4 条工况法在用汽车排放检测线，上海市规划中的检测线在1 0 0 条以上。 预计在今后几年配合新标准对在用车检测采用工况法，按目前全国建3 0 0 0 个尾气检测站， 每个汽车尾气检测站2 套，1 3 大型汽车维修厂装备工况法检测设备，全国市场在用车工 况法检测设备需求1 0 0 0 0 台套以上。若按每套工况法检测设备4 0 万元计，市场在4 0 个亿 以上【1 4 】。 综上可知，为保证国家和地方已有有关在用汽车排放法规和i m 制度的实施，迫切需 要加快、加强汽车a s m 检测设备的研究和开发。a s m 检测设备的研究和开发具有很好 的市场前景，对我国在用汽车排放控制措施的实施和汽车检测设备产业发展具有重大意 义。 1 2 国内外研究现状 美国、欧洲和日本三大排放法规体系都规定轻型汽车排放测试在底盘测功机上进行， 而重型汽车则是将该车发动机在发动机试验台上进行测试。由于美国、欧洲和日本等国家 实施汽车排放法规早，其测试设备也先进。目前国际上比较有名的型式认证用汽车底盘测 功机生产公司有美国c h a y t o n 公司、m d 公司、t a ：y i ，o r 公司、e s p 公司、德国s c h e n c k 公司、m a h a 公司、a v l j z o l l n e r 公司、英国a n a c o n 公司、丹麦h p a 公司和日 本h o b a 公司等。而且对底盘测功机的测控技术成熟，控制自动化程度高，测量结果 精确，但其投资大，使用成本高，试验费用高。 美国的i m 制度处于世界领先地位，其工况法检测设备在技术方面也处于世界领先地 位。在美国工况法检测设备生产非常专业化，其中较为突出的公司有公司、e s p 公 司、p a r s o n s 公司、w o i 也d w i d e 公司等。另外美国b 订公司开发的汽车排放测控系 统软件为世界多家公司配套。 在试验工况的控制技术方面，现有底盘测功机产品仍然普遍采用p i d 控制【1 5 】【1 6 】。为提 高试验工况控制精度，h o n gc h e w u n ，c o r t i 等提出了底盘测功机模糊控制策略 u 川，t a s c i l l o 和a n y al 研究了底盘测功机分层预测神经网络控制【1 8 】。在应用电涡流测功 6 器的发动机试验台控制方面，n o b l e 应用了预测控制技术【1 9 】，b u n k e r 等提出了鲁棒控制策 略【2 0 1 ，y a n a k i e v 研究了自适应控制方、法【2 。 我国在汽车排放型式认证的测试系统方面，具有承担新生产的机动车排放污染控制检 测资质的单位和从事汽车排放研究的教学与科研单位的汽车排放测试系统几乎全是成套 进口设备，有些单位进行的技术改造工作主要集中在测控系统的汉化和测试部分的计算机 升级。 自g b l 8 2 8 5 标准发布后，特别是北京市于2 0 0 2 年开始实施d b l l 1 2 2 2 0 0 0 以来，工 况法汽车排放检测系统的研制和开发成为热点。而且，目前国内已有近1 0 家设备厂商开 始生产工况法检测设备，其中部分厂家为独立开发，另外一些为与国外企业合作开发。比 较突出的企业有成都成保发展股份有限公司成都弥荣科技发展有限公司、深圳市安车科技 有限公司、北京金铠星科技有限公司和广东南华仪器公司等。目前北京市b a s m 法检测设 备近一半是进口设备，所用的国产设备即使号称自主开发，实质也是进口设备的仿制品。 电涡流测功器的励磁电流的控制普遍采用经典p i d 控制方法。 目前一般的底盘测功机均采用计算机控制系统，具有恒速控制、恒扭控制和恒电流控 制三种控制方式，不能直接用于工况法汽车排放检测。1 9 9 7 年武汉汽车工业大学姚锡凡 和华南理工大学周锋等开发的双滚筒电涡流汽车底盘测功机计算机辅助测试和控制系统， 其电涡流测功器的控制方式仅有恒转速和恒扭矩控制两种方式，主要适用于等速或恒阻力 工况下汽车动力性能的检测，且控制方法为简单的p i d 控制【2 2 】。2 0 0 6 年山东理工大学张 为春和曾祥军研究和开发了底盘测功机测控系统，其研究对象是单滚筒直流电力测功机， 控制方法为模糊p i d 控制 2 3 】。 随着虚拟仪器技术和计算机测控技术的发展，虚拟仪器和计算机测控技术在汽车检测 领域已有所研究和运用，清华大学汽车研究所自行开发研制的t h e t s 汽车排放测试系 统，其软件就是采用n i 公司的虚拟仪器开发平台l a b v i e w 开发的。2 0 0 4 年广东交通职业 技术学院卢若珊老师等对汽车底盘测功机计算机测控系统进行了研究【2 4 1 ，论文主要介绍了 汽车底盘测功机计算机控制系统的硬件、软件、控制方法以及通过电涡流测功机加载来模 拟汽车行驶阻力的方法；武汉理工大学王勇等对虚拟仪器技术在汽车底盘测功机测控系统 中的应用进行了探讨【2 5 】，对于构成底盘测功机测控系统的数据采集的构成、模拟行驶阻力 的原理和测控系统的图形化编程进行了介绍。 目前稳态工况法排气分析仪一般采用j t 厂r 3 8 62 0 0 4 汽车排气分析仪中规定的五 气( c o 、c 0 2 、h c 、0 2 、n o x ) 分析仪检测排放，采用不分光红外线吸收分析法0 蛔i i r ) 分析c o 、c 0 2 和h c 浓度，用电化学原电池分析n o 和0 2 浓度。废气分析仪上一般自带 有r s 2 3 2 标准接口，主控计算机与废气分析仪之间的信号传输，可通过r s 2 3 2 数字串 行通信接口实现。 1 3 论文研究内容 在分析发达国家汽车排放污染物工况法测试技术的基础上，根据a s m 汽车排放测试 系统的要求，借鉴国内外对底盘测功机测控技术，针对目前我国在用车排放污染物工况法 7 测试技术及设备的研究和开发现状，本论文主要研究有关a s m 汽车排放测试系统方面的 相关理论、技术和应用等问题，具体研究内容是： 1 、根据点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法( 双怠速法及简易工况法) ( g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 ) 的要求，构建a s m 汽车排放污染物测试系统。 2 、对a s m 排放测试工况控制系统进行分析，根据控制要求，对扭矩控制器进行设计。 3 、采用l a b v i e w 和v c + + 6 0 两种高级语言，开发a s m 汽车排放测控系统软件。 4 、通过实车试验，调试和完善系统，验证系统性能，并进行a s m 工况法初步试验。 第二章a s m 汽车排气污染物测试系统的构建 a s m 汽车排气污染物排放情况和汽车( 发动机) 的工况密切相关，a s m 汽车排气污染 物测试精度，取决于被检汽车测试工况的控制精度和排气污染物测量精度，因此，a s m 汽车排气污染物测试系统主要由汽车测试工况控制和排气取样与分析两个子系统组成。 2 1 汽车排气污染物a s m 工况法测试概述 2 1 1a s m 测试工况 根据g b1 8 2 8 5 2 0 0 5 提出的a s m 稳态工况法，在底盘测功机上的测试运转循环由 a s m 5 0 2 5 和a s m 2 5 4 0 两个工况组成，见图2 1 、表2 1 所示【2 6 1 。 2 1 妻4 煅 卅 2 图2 1a s m 工况试验运转循环 表2 1a s m 工况试验运转循环表 工况运转次序试验速度( k m h )操作时间t s测试时间t s 12 55 22 51 5 a s m 5 0 2 5 32 52 5 1 0 42 59 0 54 05 64 01 5 a s m 2 5 4 0 74 02 5 1 0 84 09 0 6 5 ( 1 ) a s m 5 0 2 5 工况 车辆经预热后，加速至2 5 1 【n 讹，测功机以加速度为1 4 7 5 州s 2 时的输出功率的5 0 作 为设定功率对车辆加载，工况计时器开始计时( f = 0 s ) ，车辆保持2 5 k l i 沛1 5 k n 讹等速 9 5 s 后开始检测。当测功机转速和扭矩偏差超过设定值的时间大于5 s ，检测应重新开始。 系统将根据分析仪最长响应时间进行预置，( 如果分析仪响应时间为1 0 s ，则预置为1 0 s ， ，= 1 5 ) ，然后分析仪开始测量，每秒测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计 算1 0 s 内的排放平均值。运行l o s ( ，= 2 5 s ) a s m 5 0 2 5 快速检查工况结束。车辆运行至9 0 j ( f = 9 0 s ) a s m 5 0 2 5 工况结束。扭矩允许误差为该工况设定扭矩的5 。 在测量过程中，任意连续1 0 s 内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于 0 5 k 1 i 忱，测试结果有效。快速检查工况的1 0 s 内的排放平均值经修正后如果等于或低于限 值的5 0 ，则测试合格，检测结束；否则应继续进行至9 0 j 工况。如果所有检测污染物连 续1 0 j 的平均值低于或等于限值，则该车应判定为a s m 5 0 2 5 工况合格，继续进行a s m 2 5 4 0 检测；如任何一种污染物连续1 0 s 的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。在检测 过程中如任何连续l o s 内的任何一种污染物1 0 次排放值经修正后均高于限值的5 0 0 ，则 测试结果不合格，检测结束。 ( 2 ) a s m 2 5 4 0 工况 车速从2 5 k n l l l 直接加速至4 0 k 汕，测功机以加速度为1 4 7 5 耐s 2 时的输出功率的2 5 作为设定功率对车辆加载，工况计时器开始计时( f = 0 s ) ，车辆保持4 0 k n 汕1 5 l ( i i 沈 等速5 s 后开始检测。当测功机转速和扭矩偏差超过设定值的时间大于5 s ，检测应重新开 始。系统将根据分析仪最长响应时间进行预置，( 如果分析仪响应时间为1 0 j ，则预置为 l o s ，f = 1 5 ) ，然后分析仪开始测量，每秒测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系 数计算1 0 s 内的排放平均值。运行1 0 s ( f = 2 5 s ) a s m 2 5 4 0 快速检查工况结束。车辆运行 至9 0 j ( f = 9 0 s ) a s m 2 5 4 0 工况结束。扭矩允许误差为该工况设定扭矩的5 。 在测量过程中，任意连续1 0 s 内第一秒至第十秒的车