（载运工具运用工程专业论文）在用车尾气排放asm检测系统的研究与开发.pdf

摘婪 摘要 本文研究的主婴内容楚机动车稳念j j j l 载工况( a s m ) 圯7c 榆测系统总体j = 震的制定 和设计。在此基础上完成了对该系统的硬f t ：和软件的丌发设计。 首先讨论了本课题研究的目的和意义，罔内外研究状况，接竹说l 了术课题的选 题依据和研究内容。 其次，g b1 8 2 8 5 2 0 0 5 和黑龙江省地方杯准舰定的检测设备的技术要求对系统硬件 组成设备进行了精心选配，设计了系统的整体方案，并说明了各个部分的内容及功能。 介绍了主控计算机的设计；完成了测功机控制器的设；| ，j # 对j e 与卜位机的通讯作了说 明；完成了显示系统的设计；解决了废气分析仪的近接i 控制，也对j 与上位机的通玳 作了说明；对服务器及打印系统进行了设计。并，f j i f 确和线、隔离、接地、屏蔽、滤 波、鉴幅、提高信噪比等技术从多方面对町能存在的十扰加以抑制。从硬件厅l f l i 保证了 系统的测试精度。 然后，根据稳态加载( a s m ) - t - 砌q 量方法设计甘 了测试系统的软件系统。本系统在 软件抗干扰设计中采用了数字滤波技术，从软件方而保证了数据采集的精确性。本软件 系统综合了v b 串口通讯技术、v b 数据库接口技术、s q ls e v e r 2 0 0 0 数据库仃储技术、 网络技术、数据库远程存储和读取技术。 最后，在系统试验的期准备的基础上，对系统进行运行试验，得i l _ ：试验结果，系统 设计完成。从系统运行情况判断，系统控制灵活、运行稳定，数据采集精确。先全满足 a s m 工况测试需求。 关键词：机动车；稳态加载工况；测功机：检测系统 东北林业人学倾i + 学位论史 a b s t r a c t t h em a i nc o n t e n to ft h i st e x ti st h ee s t a b l i s h m e n ta n dd e s i g no ft h ea c c e l e r a t i o n s i m u l a t i o nm o d ec o n d i t i o n si n s p e c t i o ns y s t e m ，a n dh a sf i n i s h e dt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e d e s i g no ft h i ss y s t e m f i r s to fa l l ，t h ep u r p o s ea n dt h em e a n i n g , t h es t a t eb o t ha th o m ea n da b r o a do ft h es t u d y w e r ed i s c u s s e d ，a n dt h e nt h eb a s i so ft h es e l e c t e dt i t l ea n dt h er e s e a r c hc o n t e n to ft h es t u d y w e r es t a t e d s e c o n d l y , t h ep a p e rd i s c u s s e dt h ed e s i g nn o r mo ft h ea s ms y s t e m t h eo p e r a t i o nn o r mo f t h ee x a m i n a t i o n s y s t e m ，t h er e q u i r e m e n to ft h ev e h i c l ea n dt h ef u e l ，t h et e c h n o l o g y r e q u i r e m e n to ft h ee d d yc u r r e n td y n a m o m e t e r , t h em e a s u r i n gi n s t r u m e n t ，t h ea u t o m a t i c e x a m i n a t i o na n dc o n t r o ls y s t e m ，t h ed i s p l a ys y s t e ma n ds oo nw e r ee x p l a i n e di nd e t a i l s o m e p r e p a r a t i o nw o r kb e f o r et e s t i n gw a se l a b o r a t e da l s o m o r c o v e r , t h eh a r d w a r ec o m p o n e n t so ft h es y s t e mw e r es e l e c t e de l a b o r a t e l ya c c o r d i n gt o i h cr e q u e s t t h cw h o l ep r o j e c to ft h es y s t e mw a sd e s i g n e d t h ec o n t e n t sa n dt h ef u n c t i o no f e a c hp a r tw e r ed e s c r i b e d ，a n dt h ed e s i g no ft h em a i nc o n t r o lc o m p u t e rw a si n t r o d u c e da l s o t h ed e s i g no ft h ed y n a m o m e t e rc o n t r o l l e rh a sb e e nf i n i s h e da n di t sc o m m u n i c a t i o nw i t h c o n t r o lc o m p u t e ri se l u c i d a t e d t h ed e s i g no ft h ed i s p l a ys y s t e mh a sb e e nf i n i s h e d ，t h e c o n n e c t i o na n dc o n t r o lo ft h ee x h a u s tg a sa n a l y s i sa p p a r a t u sh a sb e e ns o l v e da n di t s c o m m u n i c a t i o nw i t hc o n t r o lc o m p u t e ri se l u c i d a t e dt o o t h es e r v e rc o m p u t e ra n dp r i n ts y s t e m a r ed e s i g n e d ，a n dt h et e s tp r e c i s i o no ft h eh a r d w a r es y s t e mi sg u a r a n t e e df r o mal o to fr e s p e c t s t h e n ，t h es y s t e ms o f th a sb e e nd e s i g n e da c c o r d i n gt om e a s u r em e t h o do fa s m t h i s s o f t w a r es y s t e mc o m p o u n d sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo fv br s 一2 3 2 ，v bd a t a b a s ei n t e r f a c e t e c h n o l o g y , s q ls e v e r 2 0 0 0d a t as t o c ks t o r et e c h n o l o g y , n e t w o r kt e c h n o l o g y , s t o r ea n dr e a d t e c h n o l o g yf o rl o n g - r a n g l yo fd a t a b a s e f i n a l l y , a no p e r a t i o nt e s tf o rt h es y s t e mw a s c a r r i e do u t ，g o tt h er e s u l t sa n dt h e nt h ed e s i g n o ft h es y s t e mf i n i s h e d k e y w o r d ：m o t o rv e h i c l e ；a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ；e d d y c u r r e n t d y n a m o m e t e r ； e x a m i n a t i o ns y s t e m i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 八已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得蕴韭垫些盘茎或其他教育 甜l 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位沦文作者签名：哥、萄良7 毫签字日期：d 6 年i 了月- 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盎韭盎些盘堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权盘a 垦盎些盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有 疋数据阼进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：字敞 宴 签字日期：7 0 06 年1 1 月_ ) 7 日 学位论文作者毕业后去向： + 作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 转 m 如 缉 办蝴 ，4 签 日 别 蹦 1 1 课题背景 1 绪论 近年来，随着汽车工业的发展，汽车保有量急剧增加，其带来的副作用是机动车捧 放造成的空气污染比例加重，自然界的生态环境的破坏，直接和间接地危害着人们的健 康【。据统计在整个大气污染中，汽车尾气排放污染占6 0 0 o - - 7 0 t 2 1 。而根据上海市轻 型在用汽油车的统计分析，其中1 5 一2 0 的离排放车污染量又占在用车污染物总污染 量的6 0 一8 0 ，治理汽车尾气的呼声日益强烈。 我国2 0 0 5 年7 月1 日前执行的在用车排放标准为怠速法。由于只规定测量h c 、 c o 的排放浓度，所以无法适应新车发展的需要。为此，国家环保总局发布了环发 f 1 9 9 9 1 3 4 号文件“关于发布机动车排放污染防治技术政策的通知”。通知规定 “对安装了闭环控制和三元催化净化系统，达到更加严格排放标准的车辆，应采用双怠 速法控制，并逐步以简易工况法代替。”通知中还指出，“2 0 0 0 年以后，新生产的轻型 汽油车将逐步采用闭环电喷和三元催化净化等技术，目前的怠速检测方法难以满足这部 分车辆进行排放检测的需要。因此，在2 0 0 0 年以后，应尽快采用双怠速法检测，并检 测空燃比控制是否正常。为此。应尽早制定双怠速的测试方法和限值的国家标准。作为 下一步，应采用简易工况法对这部分车辆进行排放测试。”为此，我国制定了新的更为 科学的标准，g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法( 双怠 速法和工况法) ，该标准是对g b l 4 7 6 1 5 9 3 汽油车怠速污染物排放标准和 g b f f 3 8 4 5 9 3 汽油车排气污染物的测量怠速法的修订与合并。该标准规定了点燃式 发动机汽车怠速和高怠速工况捧气污染物排放限值及测量方法，同时规定了稳态工况 法、瞬态工况法和简易瞬态工况法等三种简易工况测量方法。该标准于2 0 0 5 年3 月2 日由国家环境保护总局批准，自2 0 0 5 年7 月1 日起实施1 3 1 。 因此，按照新的在用车排放标准，采用新的检测方法己成为当务之急。本系统就是 基于这种趋势下，依据国标和黑龙江省地方标准，而开发设计的。 1 1 1 国内外机动车尾气检测现状及趋势 西方发达国家对在用车的治理是与新车排放水平相辅帽成的j 。为了减少机动车 排放造成的污染，对在用车实施定期检查保养制度( 即所谓的v m c 6 t 度，i mi n s p e c t i o n a n dm a i n t e n a n c e 的简称) 是，对在用车尾气排放进行定期检测，强制对尾气排放超标的 车辆进行治理，是最有效的方法之一h ”。 汽车处于怠速工况时，其燃烧条件比较恶劣，怠速燃烧质量的稳定是其它工况燃烧 质量稳定的前提条件，测量怠速工况下排气中各种排放物的浓度，可以判断发动机燃烧 质量的好坏。怠速法分为单怠速法和双怠速法。双怠速法不仅能测量怠速污染物排放浓 度，而且可以监控因化油器量孔磨损或催化转化器转化率下降而造成的汽车排敢恶化。 因此，国外普遍采用双怠速法测量。 东北林业大学硕+ l ：学位论文 美国是执行i m 制度比较早的国家，要求也比较严格。美国从1 9 8 1 年开始对装催 化转化器的轿车和轻型车采用双怠速法测量，以达到大幅度加严排放限制的目的。随着 汽车工业的发展，法规、标准的不断加严，9 0 年代以后，除采用双怠速法以外，还开发 出更准确且复杂的工况法测量方法，如a s m 加速模拟工况法、i m2 4 0 瞬态工况法、 i g 2 4 0 简易瞬态工况法等。对于这些测量方法，具体实施哪种，由各州政府，根据空气 质量状况等因素确定 8 , 9 , 1 0 】。一般情况是空气污染较严重的州采用工况法，空气质量一般 的州采用怠速法或双怠速法，空气质量优良的州甚至没有检测要求。另夕 ，一种遥感监 测的方法也被广泛使用在道路边的实际车辆排放监测中1 1 1 ”j 。表1 - 1 中汇总了美国各州 对在用车排放检测采用的不同方法。 表1 - 1 美国各州在用车排放检测方法汇总 与美国不同，欧洲和日本等国家一直采用怠速测量方法，随着电喷技术的广泛使 用，为了满足在用车年检、路检，维修保养和故障诊断上的需要，而逐步采用了双怠速 测量方法。在欧盟资助的一个研究项目中，有关研究机构对2 6 1 辆在用轿车( 其中包 括：1 9 2 辆装备电子燃油喷射系统和三元催化转化器的汽油轿车、4 1 辆化泊器轿车、7 辆装备氧催化转化器的轿车、1 7 辆l p g 轿车和2 8 辆柴油轿车) 进行了不同方法下的排 放测试，主要包括：法规认证工况法、实际工况法、简易工况法( 包括简易认证工况和 简易实际工况) 、稳态负荷法( 在5 0 k m h 匀速时7 k w ) 、无负荷法( 包括高低怠速法测 试) ，同时进行了大样本数的遥感测试( r e m o t e s e n s i n g ) ，受检车辆超过8 0 ，0 0 0 辆。 通过分析实际测试结果，得到以下几点结论； ( 1 ) 怠速法对于发现化油器轿车中的高排放车非常有效，而对于装备电子燃油喷射 系统和三元催化转化器的轿车则效率明显降低； ( 2 ) 在所有进行的简易测试中，瞬态简易工况测试被认为可以取得最大的环境效 益： ( 3 ) 费用效益分析显示，随着装备三元催化转化器车辆比例的提高，简易工况法显 示出很好的费用效益： ( 4 ) 遥感测试的优点是快速、高效、不影响司机正常行驶和自动化程度高，它可以 很有效地发现行驶中的高排放车辆，其缺点是检测结果受车辆行驶工况的影响较大，但 随着装备三元催化转化器车辆比例的提高，这一缺点将被逐渐忽略。 怠速及双怠速测试方法，优点是方法简便，设备费用低。但无法对车辆n o x 的排 放状况进行监控。同时对电喷车的排放检测也存在很大的局限性。 法规认证工况法主要应用于新车型式认证和生产一致性检查，如我国g b l 8 3 5 2 3 2 0 0 5 规定的轻型车排放检测方法，由于试验设各昂贵，试验方法复杂，不适用于在用车 的大规模排放检测i l ”。 遥感测试法的优点是快速、高效，可以有效的发现行驶中的高排放车辍，是一种较 理想的测试手段，其缺点是检测结果受车辆行驶工况的影响较大，测试技术尚不成熟， 对评价城市车辆整体排放水 乎有一定的作用，对f 准确判定车辆排放状况尚存在一定缺 1 绪论 陷【1 4 1 。 简易工况测试方法是美国8 0 年代中期开始，从多种负荷试验方法中开发出的针对 在用车排放污染物测试的有效方法之一。通过选取不同加载功率、不同工况来模拟车辆 在道路行驶时的排放状况，如a s m 和v m a s 等。经过大规模试验，综合分析试验结果 得出的结论表明，简易工况法能够较准确的判断车辆排放的实际情况，特别是对n o x 有很好的控制作用【1 5 , 1 6 。其缺点是检测设备较昂贵，操作维护较怠速法更为复杂。 1 9 9 6 年美国环保署认可了简易工况法，美国一些车辆检测机构和维修行业采用了简 易工况法( a s m 工况) ，并规定试验方法、设备要求，排放标准掣1 7 】。 加速模拟工况是在有负载的条件下检测汽车排放，更接近汽车的实际行驶工况，从 国外成功检测经验来看，它是比较理想的监测方法 x s , 1 9 | 。在不远的将来，强制采用加速 模拟工况乃大势所趋。 在我国，上世纪8 0 年代以来我国汽车保有量迅速增长，机动车造成的空气污染不 断加重，在大城市中尤为突出，这引起了社会公众的广泛关注。为保证在用车处于良好 的技术状态，把那些高谗放“病”车抓出来，我国强制实行尾气年检，不合格者进行调 修、保养，达标后方可行驶。 由于以下原因，对在用车的排放检测显得十分重要： ( 1 ) 大部分新车使用一段时间后，排放量会增高。这既有正常的劣化，也有新车本 身的质量、可靠性的问题； ( 2 ) 一些地方汽油、柴油质量混乱。特别是一些加油站的产品假冒伪劣、以次充 好，使车主对劣质燃油防不胜防，致使发动机工作异常，排放增多； ( 3 ) 相当一部分车主，司机缺少必要的汽车维护知识，没有定期检查保养的习惯， 汽车常带“病”行驶，尾气为高排放状态； “) 汽车的尾气排放情况与驾驶员的驾驶技术也有很大关系。 为保证在用车处于良好的技术状态，把那些高排放的“病”车抓出来，我国强制实行 尾气年检，不合格者进行调修、保养，达标后方允许上路行驶。 我国对在用车的尾气检测是在实施年检制度中执行的。过去通常甩的检测方法， 汽油车为怠速法( 或双怠速法) ，柴油车为自由加速烟度法。都属于无负载检测法，测试 价格便宜，试验方法简单快捷。但是这类检测方法的缺点是不能反映车辆在道路上行驶 的实际排放状态。 例如，据统计怠速法对在用高排放超标车辆的识别率仅有2 0 左右，且无法真实地 检测到车辆运行时n o i 的排放浓度，而我国的城市污染正是以n o 。为特征，并潜在着光 化学污染的危险。 另一方面随着环保要求的提高，越来越多的高新技术如：电控燃油喷射、三效催化 器、柴油高压喷射和高增压比等在汽车上得到应用，使得简单的无负载检测法已经无能 力识别出这类现代技术制造的汽车的排放污染。 所以，国家已通过更为科学的g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 点燃式发动机汽车排气污染物排放 跟值及测量方法( 双怠速法和工况法) 和g b 3 8 4 7 2 0 0 5 车用压燃式发动机和压燃式 发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法。汽油车检测方面，双怠速检测法、稳念加 载检测法和汽油车简易瞬念检测法取代以往的汽油车怠速检测法；柴油车检测方面，使 东北林业大学硕十学位论文 用更为科学的加载减速烟度法代替以前的自由加速烟度法【“。通过检测手段的改进，能 有效防止人为作弊，减少误判，有利于机动车排放污染物管理。 国家鼓励环境保护重点城市建立机动车污染物搀放检测中央数据库。对本城市中杌 动车污染物排放数据进行分析、管理。允许其选择符合本城市环境治理目标和实际情况 的机动车尾气检测方法，建立高于国家标准的地方法规。地方各级人民政府对本辖区的 大气环境质量负责，制定规划，采取措施，使本辖区的大气环境质量达到规定的标准。 下面以北京市为例，介绍国家重点城市的机动车污染治理规划。据北京市2 0 0 5 年9 月份统计，北京机动车傈有量已经突破2 4 0 多万辆。仅在4 月份，北京就新增机动车 4 2 万辆，创下历年新商。面北京车市大约只占全国汽车保有量的1 1 0 。1 8 月，全国 乘用车产销2 4 9 5 8 万辆和2 4 4 9 1 厅辆，同比增长l o 2 4 和1 5 0 9 。所以机动车排放 治理任重而道远。 为了实现“绿色奥运”的承诺，北京市从2 0 0 3 年3 月起开始实施机动车欧洲2 号排放标准，并于2 0 0 5 年实施欧洲3 号排放标准。如果车辆的排放达到了欧洲3 号 排放标准，与欧2 标准相比，碳氢化合物和氮氧化合物排放将会减少3 7 ，颗粒物 排放将减少5 0 ，基本上能消除可见颗粒物的排放。为此，a s m 检测方法在北京市最 新地方标准d b l l 1 2 2 2 0 0 3 中作为北京市推广的汽车污染物检测方法，已经在北京地区 广泛使用1 2 1 l 。这从根本上保证了机动车排放污染治理规划的顺利进行。 目前，上海市为加大治理机动车排放污染力度，上海市环保局已制定v m a s 汽车 污染物排放标准，选用瞬态工况法检测法，用于上海市在用车污染物治理【2 2 1 。 另外，国内很多高校及科研院所也相继开展了相关机动车尾气检测方面的科研工 作。取得了一些喜人的成果，缩短了与西方发达国家的差距，为有关部f - i 制定相关法律 法规提供了依据。 清华大学汽车与节能国家重点实验室的张跃涛等人于2 0 0 1 年在分析了美国加速模 拟工况法的基础上，并通过十五工况法工况点的频次统计，初步在理论上对稳态加载试 验法进行了论证【。i 。 上海工程技术大学汽车工程学院的卢希果于2 0 0 2 年根据上海市的试验结桑，对瞬 态工况法( i m 2 4 0 ) 、稳态加速模拟工况法( a s m ) 和瞬态短工况简易质量分析检测法 ( v m a s ) 进行了分析比较，阐明了上海市采用v m a s 方法的依据和应注意的问题，并对 应采用的模拟道路工况法提出了看法陋1 。 北京交通大学交通运输学院裴文文等于2 0 0 4 年在国家科学基金资助课题中作了机 动车尾气排放实时检测系统o e m 的研究，它是基于车辆实际行驶路况的新型车载尾气 检测系统，该系统突破了传统的定点尾气收集数据的局限性，能够方便快捷地获得不同 路段，不同车型，不同时段的以秒为单位的尾气排放数据以及包括速度和加速度在内的 瞬间车辆行驶数据p j 。 广东工业大学机电工程学院的王文涛等，于2 0 0 5 年在国家科技部“十五”国家清 洁汽车关键技术研究开发及示范应用项目资助课题中，利用s p s s 软件对3 4 5 2 台次 a s m 排放检测数据进行了统计分析， 导出了c o 、h c 、n o x 的排放值与车辆行驶晕程 的二次回归关系式，并得出了回归公式中各系数的标准差，各回归方程均通过了显著性 的检验，将北京地方排放标准d b1 1 1 2 2 2 0 0 3 中a s m 工况下的c o 、h c 、n o x 排放 1 绪论 平均限值代入回归公式，计算出了车辆c 0 、h c 、n o x 排放超标的行驶里程数，也得出 了北京地方标准中对n o x 的排放控制较严，对c o 的排放控制较松的结论【硐。 华南理工大学自动化科学与工程学院郭华芳等于2 0 0 3 年在广东省科技攻关计划重点 资助项目中，利用可调二极管激光( t d l ) 技术开发出汽车尾气遥感监测系统。阐明了 系统的优点，并分析遥感监测系统在国内外的应用现状，最后提出目前应用中尚待解决 的若干关键技术问题旧。 北京理工大学机械与车辆工程学院葛蕴珊等于2 0 0 6 年在北京市科委项目资助课题 中分析对比了双怠速法和方法测量在用汽油车排气污染物的优缺点，特别研究了影响方 法测量结果的主要因素和提高测量结果准确度的主要措旋，并给出了几种测量方法的测 量结果对比1 2 8 l 。 华南理工大学机械工程学院的叶鸣等于2 0 0 6 年在广东省科技攻关项目资助课题中， 具体构建了基于简易工况法汽车尾气排放检测系统的总体构架模型，并对系统的功能 模块和组成结构进行了详细的设计【2 9 1 。 1 1 2 课题的研究意义 我国对在用车的尾气检测是在实旅年检制度中执行的1 3 0 1 。过去通常用的检测方法， 汽油车为怠速法( 或双怠速法) ，柴油车为自由加速烟度法。都属于无负载检测法，测试 价格便宜，试验方法简单快捷。 怠速法与自由加速法共有的、突出的弊端是检测时车辆无载荷，检测结果的代表性 与真实性差。为此美国发展了车辆有载荷检测法。有载荷检测法与新车试验相比，设 备、仪器做了简化，试验时间也缩短很多，故称为“简易工况法”。国外简易工况法主 要有：汽油车瞬态加载法( i m 2 4 0 ) 、汽油车稳态加载加速模拟法( a s m ) 、汽油车瞬态 加载法( v m a s ) 、柴油车加载减速烟度法( 1 m g d o w n ) 1 3 l j 。 i m 2 4 0 测试设备的工作原理同新车试验的要求一致，采样装置与分析仪器与新车试 验一致，是一种技术含量高的检测方法，所以测试结果与f r p 结果有极好的相关性。但 是设备费用昂贵，维护比较复杂，检测时间较长，对检测人员有较高的要求【3 2 1 。v m a s 系统与基于浓度排放的a s m 稳态加载工况法相比，质量排放测试能够直接获取汽车污 染物的排放总质量( g ) ，可以更为准确的模拟车辆的实际工作状态，和f r p 相关性较 好，误判率低| 3 3 , 3 4 , 3 5 。但是设备成本较高、技术不成熟、没有大规模使用经验。 加速模拟工况是在有负载的条件下检测汽车排放，更接近汽车的实际行驶工况，从 国外成功检测经验来看，其是比较理想的监测方法。在不远的将来，强制采用加速模拟 工况乃大势所趋m j 。 本系统主要分以下几个步骤进行设计： 首先，深入的了解国内外该课题相关领域的研究状况，然后参考国内外同类产 品性能的基础上，根据我国国情现状及黑龙江省实际情况，对a s m 简易工况法检测系 统进行丌发设计。 其次，严格按照g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 和黑龙江省地方标准规定的检测设备技术要求， 对系统设备和仪器进行了精心选配。为保证了系统运行的稳定性和测试结果的精确性， 东北林业丈学硕一l 学位论文 系绩所用设备均为国内知名厂家产品。这也是系统的结构设计的基础。 再次，根据国家标准和黑龙江省地方标准建立了稳态加载( a s 勰) 王凝溅量兹； 法戤硬件模型，并依此完成了测试系统硬件组成部分的设计。而且从硬佛褒西采取粟肄薹 了一系列抗干扰技术，大大增强了系统的抗干扰能力。 然后，在硬件系统完备的基础上。根据国标和地方标准的a s 髓卫况魈办法自馕 计算方法并结合黑龙江省地方标准排气污染物排放限值，设计了稳态加栽( 碰珊跏玉浇 测量方法软件流程。据此对测试系统软件部分进行了编写。而且对采集信号矗鳢 舔i 数! 挚 滤渡蹙理，从软件方面保证系统的精确性。 最后，系统运行试验，设计完毕。 2a s m 工况测试系统的系统配置 2a s m 工况测试系统的系统配置 本系统使用的主要仪器和设备有：服务器计算机、底盘测功机、主控计算机、控制 柜、五气分析仪、显示屏、各传感器及打印机等。 2 1 检测设备技术要求 试验设备应符合国家相关标准和计量检定规程的规定。 2 1 1 底盘测功机的技术要求 ( 1 ) 整机要求 测功机结构应适用于最大总质量不大于3 5 0 0 k g 的m 类，n 类车辆。 试验车辆根据检测录入的车辆参数，铡功机应能自动选择测试工况的加载功 率。 测功机功率吸收装置 设定的测功机加载功率允许波动范围为o 2 k w 。 设定测功机对车辆的加载功率时应考虑到车轮与滚筒表面的摩擦损失功率和测功机 内部损失功率，并按下列公式进行功率设定。 p | - p r p f p f岱吣 p = 只+ p c( 2 - 2 ) 式中户设定功率值，根据基准质量和试验工况确定，k w ： b 测功机的指示功率，k w ； p f 车辆规定工况的输出功率，k w p ，测功机滚筒与轮胎表面摩擦损失功率，l 【w ； p c 测功机内部损失功率，k w 。 测功机功率吸收装置应能满足最大总质量( g v m ) 小于3 5 0 0 k g 的m 类、n 类车 辆进行a s m 5 0 2 5 和a s m 2 5 4 0 工况时的试验载荷要求。在滚筒转速大于2 2 5 k m h 时， 功率吸收装置吸收的功率应不少于1 5 k w ，稳定的试验状态应不少于5 m i n ，每次试验间 隔3 r a i n ，连续试验应不少于1 0 次。 测功机应定期标定系统的内部损失功率( 包括轴承摩擦损失，系统驱动摩擦损失和 风阻损失等) 。 应使用电功率吸收装置。在0 n 4 0 环境范围内，测功机在2 5 k m h 和4 0 k m h 的 转速下，吸收功率应能以0 1 k w 为单位进行调整。功率设定的准确度应为o 2 k w 。 ( 2 ) 滚筒 测功机应装备双滚筒。滚筒直径为2 0 0 r a m 至l j 5 3 0 m m 之间，同一地区的检测项 目应采用配备同一直径滚筒的底盘测助机。可采用左右可移动式滚筒或固定式滚筒。固 定式滚筒内外跨距要求能满足轻型车工况检测的安全要求。 滚筒中心距要求 东北林业大学硕f j 学位论上 工= ( 6 2 0 + d ) x s i n 3 1 5 ( 2 - 3 ) 式中滚筒轴间距，m m ； d 滚简直径，m m 。 滚筒轴间距公差为6 5 r a m ，1 2 5 m m 。 在任何气候条件下，滚筒尺寸、表面处理和硬度均应保证轮胎不打潺：测试距 离、速度精度恒定；轮胎磨损小、噪声低。 ( 3 ) 惯量 基准惯量 测功机应配备机械飞轮或惯量模拟装置使测功机具有不得低于9 0 隘寥2 0 蚝的基准 惯量；并应在铭牌上标明基准惯量。 惯量模拟 测功机应能模拟基准质量小于3 5 0 0 k g 的车辆在加速度为o 一1 4 7 5 删娩西重的瞬态惯 量。惯量8 0 ( 0 - - 2 7 0 0 k g ，速度为9 0 k m h 的车辆加速时测功机最大模拟输出功率应大于 1 8 k w 。应标明惯量模拟偏差，惯量模拟并应傲相应修正。 惯量模拟系统响应 惯量模拟扭矩响应在0 3 s 内应达到扭矩变化终值的9 0 。 惯量模拟误差 惯量模拟误差应不超过被试车辆所选惯性质量的3 。 ( 4 ) 其它要求 测功机应有滚筒转速测量装置。测功机应能达到的最高车速为9 0 h l ，l i 。车速大 ，于1 0 k m h 时，测量准确度应为o 2 k m h 。 测功机应配备限位系统。限位系统应保证施加于驱动轮上的水平、垂直方向的 力对排放测量没有影响。 测功机应配备冷却车辆的装置。环境温度超过2 2 1 2 时冷却系统应启凄应避免 冷却车鞭催化转化器。 测功机的安装应保证测试车辆在测功机上试验时处于水平位置。 2 1 2 废气分析仪的技术要求 ( 1 ) 取样系统应有水气分离系统、颗粒过滤装置、取样泵和流量控铹单元，应保证 可靠耐用，无泄漏并且易于维护。与取样气体接触的制造材料不能与取样气体发生反应 并且不污染取样气体或改变被分析气体的特性。取样系统必须尉腐蚀，并簏耐受a s m 工况检测过程中车辆的排气温度。 ( 2 ) 取样探头插入车辆排气管深度应不小于4 0 0 m m ，所用材料应能融受6 0 0 的捧 气温度。 ( 3 ) 排气分析仪应能测试双排气管车辆。双取样探头应保证各支管流量相同。 ( 4 ) 排气通风系统 通风系统不应引起探头取样点尾气彼稀释且不能引起车辆排气出口压力变化犬f 2a s m 工况测试系统的系统配置 0 2 5 k p a 。 ( 5 ) 排气分析仪应能满足至少每秒一次的废气浓度测试能力。 ( 6 ) 下列情况系统取样分析应自动停止工作： 排气分析仪未进行充分预热； 无关气体干扰影响超过+ 1 0 x 1 0 x l - i c 、_ - - - 0 0 5 c o 、_ - - - 0 2 0 c 0 2 和+ _ 2 5 x l o - 6n o ： 取样系统中h c 残留量浓度大于1 0 x 1 0 r 6 ； 零点漂移或标定时的读数漂移超过分析仪调整范围。 ( 7 ) 排气分析仪应能抗电磁干扰，抗振动冲击。 ( 8 ) 排气分析仪响应要求 排气分析仪对h c 、c o 、c o z 分析，从探头输入被测气体到显示终值的9 0 响应时 间应小于8 s ，显示终值的9 5 反应时间应小于1 2 s ；对n o 分析，从探头输入被测气体 到显示终值的9 0 响应时间应小于1 2 s ，n o 稳定值读数下降到1 0 稳定读数值的响应 时间应小于1 2 s 。 ( 9 ) h c 、c o 和c 0 2 分析应采用不分光红外吸收型( n d i r ) 分析仪，n o 分析应采 用电化学传感器分析仪。仪器量程和测量误差应满足表2 1 的要求( 满足相对误差和绝 对误差任项即可) 。 表2 - 1 仪器量程和测量误差要求 气体种类量 程_ 面再误差立竖塾墨童习甄旷 “ 2 0 0 1 x 1 0 6 蛳o o 1 0 r 6+ 1 0 c o 0 1 0 0 1 二滁薹荔蚍0 ，5 0 16505 c 0 2 1 6 1 8 1 0 ， 04 0 0 0 x 1 0 4- + 4 + _ 2 5 x l 旷 n o 4 0 0 0 x l o 。5 0 0 0 1 0 - 68 2 1 3 其它测量装置的技术要求 ( 1 ) 湿度计 设备须配备湿度计，相对湿度测量范围应为5 一9 5 ，测量准确度应为3 。湿度 计须安置在能直接采集检测场内环境湿度的地方，按检测程序要求向控制计算机传输实 时数据。 ( 2 ) 温度计 设备须配备温度计，温度测量范围应为2 5 5 k 一3 3 3 k ( 1 8 c 6 0 ) ，测量准确度应 为1 5 k 。温度计须安置在能直接采集检测场内环境温度的地方，按检测程序要求向控 制计算机传输实时数据。 ( 3 ) 气压计 设备应配备气压计，气压测量范围应为8 0k p a 1 1 0 k p a ，测量准确度应为3 。如 大气压力变化不大的地区，系统应能够允许人工输入检测的季节大气压力。 ( 4 ) 计时器 东北林业大学硕f ：学位论文 计时器1 0 s 1 0 0 0 s 测量准确度应为0 1 。 ( 5 ) 测量仪器显示分辨率的要求 测量仪器显示分辨率的要求如表2 2 所示。 表2 2 测量仪器显示分辨率 类别 分辨率 h c l x l 0 4 ( 1 e 已烷当量) n 0 i x l 酽 c o 0 0 1 co：01 速度o i lk m h 载荷 o 1k w 相对湿度 l 干球温度 l 气压计压力01kpa 2 2 底盘测功机的配置 采用温州江兴汽车检测设备厂a t 2 - c 2 型( a s m ) 汽车排放及动力性能测功机，适用 于轴荷3 5 t 以下，轮输出功率不大于2 0 0 k w 的汽车进行整车动力性能、排放及油耗的测 试。具有机架内藏式标定及反拖电机，电机功率7 5 k w ，可在空载反拖状态下测定本机 内部转动损耗值( k w ) ，藉以精确修正加载功率。 图2 - 1a t 2 - c 2 型汽车底盘测功机 2 2 。1 测功机的主要技术性能与参数 ( 1 ) 测功机的技术性能 本机采用钢板弯折整体焊接机身、强度好、外型美观； 本机无需地脚螺栓安装，接线及气源均采用接插件连接，安装调试极为方便， 尤其对淹水地区必要时可临时吊出； 主滚筒表面采用硬质合金等离子喷涂，涂层结合强度高、耐磨、硬度= h r c 4 5 ， 滚筒使用寿命长，轮胎与滚筒的附着系数= o 9 ，高附着系数使轮胎与滚筒之间不产生滑 移，能很精确测量从车轮传递到测功机上的机率； 本机采用带过热保护装置风冷电涡流机、性能稳定、准确、使用寿命长： 本机采用单梁气囊举升，举升同步性好、免维修、免加油； 采用插入式可调斜滚柱挡轮，在测试日u 插入挡轮，驱动汽车时不会产生磺滑， 2a s m 工况测试系统的系统配置 m l 1 1 _ ! = e - 目_ ，_ | e _ ! = ! = = = = = e = = = ! = = | = e j = ! = ! ! ! z = e = _ e $ - = j _ _ _ = = ! e j _ _ = - e j | = ! e l 有效提高测试时安全性能。 ( 2 ) 测功机的主要技术参数 测功机的基本技术参数 表2 - 3 基本技术参数 参数类别 参数值 最大轴载质量 最大吸收功率 最大制动力矩 滚筒切向最大驱动力 最大测试车速 滚筒直径长度 滚筒中心距 滚筒内宽x 外宽 电源 外廓尺寸( l xb x i n 净质量 3 5 0 0 k g 2 0 0 k w 1 6 0 0 0n m 2 x 5 0k w 1 9 5k w h f 2 1 6 x 9 5 0 n 4 3 6n l m 6 5 0 x 2 5 5 0m m a c 2 2 0 v 4 - 1 0 ，5 0 h i 3 7 6 0 1 0 5 0 x 7 5 0 r a m 2 4 0 0 妇 测功机的功率吸收装置( 风冷电涡流机) 表2 4 电涡流机技术参数 参数类别参数值 型号 工作电压电流( 最大) f 1 6 2 伽c d c 9 6 v x 3 5 a 保护方式( 选装)1 6 0 0 c 热电耦 2 2 2 测功机的基本结构及工作原理 a t 2 一c 2 型( a s m ) 汽车排放及动力性能测功机由机械部分及电器控制两部分组成。 ( 1 ) 机械部分 机械部分由机架、联轴器、主滚筒、速度传感器、压力传感器、轴承、举，装置、 副滚筒、测力臂、测力传感器、电涡流机、反拖电机飞轮等组成。如图2 2 所示。 东北林业大学硕l - 学位论文 1 一同步链条2 - 主滚筒3 一举升装置4 一副滚简5 轴承座6 - 联轴器 7 速度传感器8 电机9 压力传感器1 0 - 电涡流机1 1 毛轮 图2 2a t 2 - c 2 型汽车底盘测功机结构示意图 滚筒及机械部件 底盘测功机的滚筒及机械部件结构见图2 2 。左、右两个主滚筒通过联轴器彼此连接 并与测功器相连，左、右两个副滚筒处于自由状态。为了能够在试验台上检测汽车加速 性能和滑行性能，需要模拟汽车行驶时的惯性，为此在测功机上安装了飞轮。 功率吸收装置 l - 定子2 一线圈3 一转子 4 磁力线5 铁芯每涡流机轴 图2 - 3f 1 6 - 2 0 0 c 型电涡流测功器图片图2 4电涡流测功器工作原理示意图 其中，功率吸收装置采用f 1 6 2 0 0 c 电涡流测功器，其图片如图2 3 所示。工作原理 示意图如图2 4 所示。 电涡流测功器主要有定子和转子两大部分。定子是一个钢制的机壳，在圆周方向上 装有若干个带铁芯的励磁线圈；转子是一个很厚的钢制圆盘( 涡流盘) ，固定在转轴 上，可随转轴一起转动。定子与转子之间以及转子涡流盘与线圈铁芯之间都只有很小的 间隙。若在线圈中通入直流电，就会产生较强的磁场。磁力线将经过铁芯、转子盘以及 定子外壳的一部分形成闭合回路，如图2 4 中虚线所示。当转子转动时，转子盘将切割 磁力线而感应很强的涡流。涡流与励磁线圈磁场间的相互作用，将使转子的转动受到一 定的阻力或制动转矩。汽车驱动轮要带动涡流测功器的转子转动，就必然要克服这种涡 流阻力而消耗能量。调节励磁线圈的电流，就能改变磁场和涡流的强度，也就可以轻而 易举地改变驱动轮的负荷。 测量控制系统 底盘测助机为了测量驱动功率，必须分刺测量驱动力和转速，所以测量控制系统包 2a s m 工况铡试系统的系统配置 括测力装置、测速装置等部分。 压力传感器 测力臂定子铁芯线圈 图2 - 5 驱动力测试原理图图2 4 5 光电式速度传感器工作图 测力装置：测力装置如图2 5 所示，电涡流测功器的定子不是固定安装的，而是在定 子表面固定一个测力杆，并将测力杆压在一个压力传感器上面，这样，当定子受到反作 用力矩时，将通过测力杆对传感器施加一个压力。测力杆的长度l 是一定的，从而可以 通过传感器受的力f 计算出汽车在各种不同工况下驱动轮的驱动力。 测速装置：光电式速度传感器见图2 6 和图2 2 中的7 。汽车驱动轮驱动滚筒转动时， 带动装于滚筒上的齿轮与其啮合的编码器齿轮旋转。传感器内部有一个带孔或带齿的编 码盘，还有一对由红外光源和光接收器组成的光电开关。光接收器多由光敏三极管和放 大电路组成，可将收到的光信号变为电信号。光源和光接收器分置于编码盘的两侧，并 彼此对准。当编码盘转动时，光源发出的光线周期性地被遮住，于是光接收器将收到断 续的光信号，并转换成一系列的电脉冲，脉冲频率与滚筒转速成正比。 ( 2 ) 使用前的准备工作 检察各部分电缆、电源线、插头、插座、传感器等完好无损： 所使用的电源应确认符合a c 2 2 0 v _ + 1 0 ，a c 3 8 0 + 1 0 ，5 0 h z 电压波动过大，所 以要为工控机专门配置稳压电源； 设置良好的接地，接地电阻应 8 0 k m h ) 在测功机上运行( 不应超过5 分钟) ； 每月检查一次滚