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汽车自动检测线计算机控制系统的研究 摘要 随着我国汽车工业的发展，汽车数量逐年增加。汽车已经成为当今主要的 交通运输工具，它在给人类带来巨大效益的同时，也可能给人类带来巨大的灾 难。汽车安全性能检测正是为经济建设提供基本的交通安全保障，它是车辆交 通管理的主要工作。汽车检测线就是在这种背景下应运而生的专门用于检测汽 车综合安全性能的检测系统。近年来，随着计算机技术应用到汽车检测系统中 来，汽车检测线的自动化程度大大提高，它有效地提高了检测的速度和效率， 并为汽车检测站提供了许多新的检测手段。 本文对现有的汽车检测线计算机控制系统的工作方式以及各工位检测设备 的工作原理做了详细地分析，并且在此基础之上，结合现代测控技术和网络技 术，建立了基于c a n 总线技术和嵌入式系统技术的汽车检测线计算机控制系统 的模型。该控制系统在总体结构上打破了传统的星型串行通信方式，采用流行 的c a n 总线结构。针对各检测项目的特点和工作方式，本文确定了汽车检测线 的检测设备类型，规范了汽车检测线的布局，详细介绍了c a n 总线工位节点的 硬件设计和软件设计。整个系统布局更加合理，通信速率大大提高，对提高汽 车的检测速度、精度以及实现方便、快捷的管理具有重要的理论意义和推广使 用价值。 关键词：汽车检测线；计算机控制系统；c a n 总线；嵌入式系统 t h er e s e a r c ho fc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mo i la u t o m o b i l e d e t e c t i o nl i n e a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n a sa u t o m o b i l e i n d u s t r y t h en u m b e ro f a u t o m o b i l eh a si n c r e a s e dy e a rb yy e a r a u t o m o b i l eh a sb e e nt h em a i nm e a n so f t r a n s p o r t a t i o ni nc o n t e m p o r a r yc h i n a ，i tn o to n l yc a nb r i n gg r e a tb e n e f i t st oh u m a n b e i n g s ，b u ta l s o c a nb r i n gg r e a td i s a s t e rt oh u m a nb e i n g sa tt h es a m et i m e a u t o m o b i l es a f e t yd e t e c t i o ni st op r o v i d et h eb a s i cp r o t e c t i o no ft r a f f i cs e c u r i t yf o r e c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，i ti st h em a i nv e h i c l et r a f f i cm a n a g e m e n t a u t o m o b i l e d e t e c t i o nl i n et h a te m e r g e si nt h i sc o n t e x ti sas p e c i a ls a f e t yp e r f o r m a n c eo f a u t o m o b i l ec o m p r e h e n s i v ed e t e c t i o ns y s t e m i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya p p l y i n gi na u t o m o b i l ed e t e c t i o ns y s t e m ，a u t o m o b i l e d e t e c t i o ni sm u c hm o r ea u t o m a t i c ，w h i c hm a k e sa u t o m o b i l ed e t e c t i o ns p e e d i l ya n d e f f e c t i v e ，a sw e l la sp r o v i d e sal o to fn e wm e t h o d sf o ra u t o m o b i l ed e t e c t i o ns t a t i o n t h i sp a p e rd e t a i l e da n a l y z e st h ew o r kw a yo ft h ee x i s t i n gl i n eo fa u t o m o b i l e d e t e c t i o nl i n ec o m p u t e rc o n t r o ls y s t e ma sw e l la st h ep r i n c i p l eo fa u t o m o b i l e d e t e c t i o ne q u i p m e n t ，a n do nt h i sb a s i s ，c o m b i n e dw i t hm o d e r nm o n i t o r i n ga n d c o n t r o lt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y ，b u i l d st h ea u t o m o b i l ed e t e c t i o nl i n e c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mm o d e lt h a tb a s e do nc a nb u st e c h n o l og ya n de m b e d d e d s y s t e m st e c h n o l o g y 。t h ec o n t r o ls y s t e mb r e a k st h eo v e r a l l s t r u c t u r eo ft h e t r a d i t i o n a ls t a r s h a p e ds e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，u s i n gt h ep o p u l a rc a nb u ss t r u c t u r e a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ed e t e c t i o np r o j c o t sa n dw o r km e t h o d s ，t h i s p a p e ri d e n t i f i e st h et y p eo fd e t e c t i o ne q u i p m e n to fa u t o m o b i l ed e t e c t i o nl i n e , a n d s t a n d a r d i z e st h el a y o u to fa u t o m o b i l ed e t e c t i o nl i n e ，a n dd e t a i l e di n t r o d u c e st h e h a r d w a r ed e s i g na n ds o f t w a r ed e s i g no fc a nb u sp o s i t i o nn o d e t h el a y o u to ft h e e n t i r es y s t e mi sm o r er e a s o n a b l e ，a n dt h ec o m m u n i c a t i o ns p e e di sg r e a t l yi m p r o v e d ， a c c u r a c ya sw e l la sc o n v e n i e n ta n de f f i c i e n tm a n a g e m e n th a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u e k e y w o r d s ：a u t o m o b i l et e s t i n gl i n e ；c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m ；c a nb u s ；e m b e d d e d s y s t e m 插图清单 图2 1 集中式控制方式结构图6 图2 2 接力式控制方式结构图6 图2 3 分级分布式控制方式结构图7 图2 4 系统检测流程图1 3 图3 1 一号工位硬件结构图1 4 图3 2 二号工位硬件结构图1 4 图3 3 三号工位硬件结构图1 5 图3 4 脉冲硬件原理图2 0 图4 1 登录机软件结构图。2 4 图4 2 主控机软件结构图2 4 图4 3 一号工位检测流程图2 5 图4 4 二号工位检测流程图2 7 图4 5 三号工位检测流程图。2 8 图5 1c a n 总线位的数值表示3 0 图5 2c a n 的i s o o s i 参考模型的层结构3 1 图5 3 分布式计算机控制系统结构图一3 3 图5 4c a n 总线计算机控制系统结构图3 5 图5 5 系统硬件原理图一3 6 图5 - 6 主程序流程图3 8 图5 7 初始化程序流程图3 8 图5 8 接收程序流程图3 9 图5 - 9 发送程序流程图一4 0 插表清单 表3 1 信号分类统计表1 5 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，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 金壁王、业太堂 或其他教育机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已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： j 乡专弓冬 签字日期： 2 0 l a 甲l v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒妲王些盎堂有关保留、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。本人授权盒壁工些厶堂可 以将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： 5 弓多弓多 签字日期： 2 c 7 ，甲乙中 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名绐电蒙导师签名：多u 也二厶 签字日期：弘口乒2 华 电话： 邮编： 致谢 本论文是在我的导师鲍远慧副教授悉心指导和无微不至的关怀下完成的， 从论文的选题到论文的完成都凝聚着鲍老师的心血。鲍老师在我的研究生学习 期间，不仅在学习上对我严格要求，使我树立了认真、严谨的学习态度，也在 生活上对我关怀备至，经常询问我的生活和学习情况并给予我很多的帮助。在 论文的写作阶段，鲍老师给了我许多宝贵的意见，使我获益匪浅；在论文的初 稿和定稿阶段，鲍老师对论文进行了数次审阅，仔细地帮助我修改，付出了大 量的时间、精力和心血，在此表示我由衷的感谢! 同时，我也得到实验室各位同学的帮助并提供了宝贵的建议，他们是徐晓 为、唐普霞、陈硕、杨艳丽、刘伟、段琼等同学。在这里我也一并向他们表示 真诚的感谢! 最后，我要真诚的感谢我的家人，他们不仅在生活上给予我无限的关心和 帮助，而且在精神上给予我极大的鼓励和支持! 作者：丁强强 2 0 1 0 年3 月 第一章绪论 1 1 本论文的研究目的及意义 在当今社会里，汽车已经成为人们工作、生活中必不可少的重要交通工具， 汽车方便了人们的工作和生活，并且给经济发展带来了很多好处；但是与此同 时，也会因汽车引发的交通事故，废气和噪声造成的环境污染等，给社会发展 带来了不少难题： 首先，交通事故增加，经济损失惊人。全世界每年有二十多万的人死于各 种公路交通事故，有上千万的人在各种公路交通事故中受伤，给人民生命和财 产带来了巨大的危害。 其次，空气污染严重，城市环境恶化。在城市里面，汽车尾气的污染状况 日益严重，约占大气污染总量的三分之二，成为首要公害。 最后，交通噪声日益增大，人体健康受到危害。随着机动车辆向快速和大 功率发展，公路交通噪声已成为一些大城市的主要噪声源。特别是车辆产生的 噪声，约占交通噪声的五分之四。 为了保证汽车行驶安全，降低汽车排气污染和噪声污染，我国相关的道路 交通法规强制规定了对上路行驶的汽车必须定期进行性能检测。因此，国家相 关部门非常重视汽车综合性能的检测。但是如何能更加有效地实现汽车综合性 能的自动检测，已经成为从事汽车检测技术研究和开发的高校、企业以及科研 机构十分关注的问题。本论文就是在现有检测技术的基础上，利用现场总线技 术，设计出分布式汽车检测线计算机控制系统，这种分布式汽车检测线计算机 控制系统可以提高检测的精确度，降低检测人员的工作强度，有效提高了汽车 检测线的检测效率。 1 2 汽车检测技术发展概况 1 2 1 国外汽车检测技术发展状况 在汽车检测技术发展的初期，技术人员主要是通过自己的经验来发现被检 车辆的故障并且做相应的维修。随着计算机技术和汽车电子技术的发展，汽车 检测技术也进入到一个全新的时代。当今社会，人们已经可以利用各种先进的 检测设备和仪器，对被检车辆进行不拆解的检测，达到快速、精准、安全地检 测汽车综合性能的目的，使得这些设备和仪器成为车辆检测与维修过程中必不 可少的工具。从汽车检测技术发展的过程来看，国外的汽车检测技术大概走过 了下面四个阶段： 第一个阶段是初期的单机检测设备操作阶段。早在1 9 5 0 年之前，国外就已 经研制出包括单项性能调试和故障检测等功能的检测设备。在19 6 0 年前后，英 国就研制出发动机点火实验仪、而美国研制出发动机分析仪，这些仪器的出现 标志着国外的汽车检测技术进入了一个以机械检测设备为主，人工操作为辅的 阶段。 第二个阶段是机械设备与电气设备相结合的机电一体化的检测阶段。在2 0 世纪6 0 年代末期，国外的汽车检测技术在精准化和自动化等方面有了较大的发 展，他们把单片机、计算机等与一些检测设备进行结合，研制出大量新一代的 检测设备，大量新兴技术的应用使得汽车检测技术走向了一个新的高度。1 9 7 0 年后，计算机技术突飞猛进，在汽车检测方面也出现了汽车检测自动化、数据 采集自动化等功能的检测设备。 第三个阶段是汽车检测技术网络化、智能化的检测阶段。随着智能控制技 术的全面发展，汽车检测技术也在向智能化方向靠拢，出现了大量的具有智能 控制功能的检测设备，这样的检测设备可以快速诊断出被检汽车故障所处的位 置，并且可以引导技术人员快速排除故障，具有很高的时效性。 第四个阶段是汽车故障自诊断系统和汽车自带检测系统的检测阶段。它们 都是汽车整体结构的一部分，通过汽车内部各个部分的传感器，将汽车的主要 技术指标自动地显示给驾驶员看，其中显示信号可以是数字信号，也可以是声 音和光电信号。 1 2 2 国内汽车检测技术发展状况 我国从2 0 世纪6 0 年代开始研究汽车检测技术，为满足当时条件下汽车检 测和维修的需要，在交通运输部主持下，我国技术人员先后研发出点火正时灯 以及发动机气缸漏气量检测仪等检测设备。 进入2 0 世纪7 0 年代，我国大力发展汽车检测技术。国家科委把汽车不解 体检测技术列为重大开发和应用项目。在交通运输部主持下，我国技术人员先 后研发出发动机综合检测仪以及汽车性能综合检验台等检测设备。 进入2 0 世纪8 0 年代，随着我国经济的快速发展，汽车检测技术领域也随 之得到迅猛发展，加上我国的交通运输业以及汽车制造业发展迅速，对高质量 的汽车检测设备的需求也日益迫切。我国汽车数量的迅速增加，使得交通安全 问题和环境保护问题都越来越引起人们的重视。如何保证上路车辆安全、平稳、 快速的运行，并且尽量不造成社会危害等大量现实问题，已经被提到国家相关 部门的议事日程中来，因此，汽车检测技术发展迫在眉睫。在交通运输部主持 下，我国技术人员先后研发出汽车速度试验台、侧滑试验台、制动试验台、底 盘测功机等。 为了加强上路汽车的管理工作以及发挥检测设备的作用，我国在单机检测 设备研发成功的基础上，在1 9 8 0 年开始在全国各地有计划地建立汽车检测站， 在8 0 年代初，交通运输部在辽宁省大连市建立了全国首个汽车检测站，并且提 出了将单机检测设备联网的要求，使得我国的汽车检测线雏形基本形成。 继大连汽车检测站建成后，交通运输部先后在十几个省市自治区建立汽车 2 检测站，8 0 年代中期，公安部主管汽车的监督管理工作，公安部在交通运输部 建成的汽车检测站的基础上，开展了大量的推广工作，到1 9 9 0 年底，我国建成 汽车检测站六百多个，初步形成了网络覆盖。到1 9 9 7 年，我国已经有上千家汽 车综合性能检测站，其中包括1 4 0 多家a 级站。 进入二十一世纪，我国的汽车检测技术已经有了很大的进步，但是与世界 先进水平仍然有一定的差距。我国的汽车检测技术要想世界先进水平，应该从 汽车检测技术的基础化、汽车检测设备的智能化以及汽车检测管理的网络化等 方面进行全方位的研究。 1 3 本论文的主要研究内容 本论文采用现场总线技术建立汽车检测线计算机控制系统不仅可以提高系 统的实时性和可靠性，与传统控制系统相比还可以大大减少布线数量，降低系 统成本。现场总线标准有许多种，其中c a n 总线因其模型简单、通信可靠、价 格低廉，在我国得到较广泛的应用，因此本系统采用c a n 现场总线进行构建。 本论文包括以下几个方面： 1 分析各工位检测设备原理以及待检信号提取方式，根据设备不同类型的 特点确定合理的检测线各项设备。由于检测项目较多，而每一种检测设备又有 不同类型，如何根据需要确定合理的设备类型对建立一个高效率的检测线是十 分重要的。 2 设计规划检测线的总体结构，网络的总线拓扑结构形式。合理的布局可 以大大减少网络布线量，节省空间，因此降低工程费用。 3 设计具有c a n 现场总线网络通讯接口的工位节点，其功能包括数据采集 和c a n 网络通信。这些工位节点具有一定的通用性，稍作改动后可以作为各检 测设备接入c a n 网络标准接口。 第二章系统总体结构设计 2 1 系统构成概述 汽车检测线计算机控制系统的任务是数据采集、处理、判断、实时控制、 数据管理。它是整个汽车检测线的指挥中心，因此在设计、使用、维护上应特 别注意。汽车检测线计算机控制系统一般由主控机、登录机、工位机、检测设 备、附属设备以及供电系统等组成。各部分的作用如下： 1 主控机 主控机是全系统的指挥、调度中心，一般由工业计算机担任，主控机的任 务是收集数据，并根据有关标准判断是否合格，然后显示、打印、指挥l c d 显 示屏，并将数据储存，同时主控机还要根据登录机申报的数据和光电开关的信 号决定检测过程，指挥各工位的l c d 显示屏显示和检测试验台动作。检测数据 的打印一般由主控机完成，在车辆检测中由主控机打印的检测数据记录单，它 是记录检测数据和对车辆技术状况判定的最后文件，由检测站和车辆管理部门 认定后正式生效。 2 登录机 登录机主要用来输入被检车辆的主要参数和申报将要检测的类型，在一些 检测系统中，登录机还作为当地车辆的技术档案数据库使用。只要输入车辆牌 照号码。就能调出该车主要参数。登录的汽车参数通过总线，将登录内容传送 到主控机，主控机将根据登录参数来设置主控程度和判断标准。 3 工位机 工位机主要用来进行汽车性能检测传感器的数据采集和数据处理。每个工 位由a r m 微控制器组成的嵌入式系统代替工控机，连接到c a n 总线上，且带有 c a n 卡的设备挂接在总线上，而不需要每个下位机与工控机相连，具有节省成 本、布线方式简单和抗干扰性强的优点。 4 检测设备 检测设备除了采集显示单机检测设备结果外，还应该起到向工位机传输数 据的作用。数据传输有模拟传输和数字通讯两种方法，前一种简单易行，后一 种方法准确可靠。因为传统仪表的单机检测设备，基本上没有数字量和模拟量 的输出口，所以当检测设备与工位机连接时，应该增加传感器和现场放大器， 然后把信号输出至工位机。 5 附属设备 为了完成数据传输和自动控制功能，汽车检测线还需要一些附属设备，它 们主要有： ( 1 ) l c d 显示屏：通过l c d 显示屏上显示的指令来指示引车员和工作人员 进行操作。l c d 显示屏般通过r s 2 3 2 串行接口与主控机进行通信。主控机将 4 所要显示信息发送给显示屏内的单片机，再由单片机调用汉字库中的汉字进行 显示，它可以任意显示汉字字符和一些其他常用字符，显示字符更加清晰可见， 而且控制方式更加灵活。 ( 2 ) 红外光电开关：由红外发光体和接收体及继电开关或电子开关组成， 当汽车通过时，红光开关发生变化，把开关量信号传至主控机，通知主控机车 辆到位情况。 ( 3 ) 摄像机和监视器：通过电视监视系统可以观察全场或车辆各部位的情 况，便于操作人员工作。 ( 4 ) 对讲机：便于操作人员互相联系。 6 供电系统 供电质量是关系检测系统是否能稳定工作的重要一环。供电原则是：动力、 照明、仪表、计算机必须分别供电，并注意各相负载要均衡，要根据设备不同 的要求，采用不同的稳压方式。 2 2 系统方案选择 2 2 1 控制系统要求 1 检测的数据要保证准确、公正、可靠：要特别注意单台检测设备采集处 理数据的准确性，要从机电一体化全系统的观点出发进行设计，从机械设备到 主控机应构成一个完整的系统，不能互相脱节。 2 实时响应性好：要求它即时响应控制对象各种参数的变化，抓住时机进 行控制，所以它必须具有实时时钟，此外，由于多种事件和多种设备均请求执 行相应的任务，因而要求具有完美的中断系统，保证及时的中断响应。 3 环境适应性强：检测现场干扰大，供电系统也常有波动，有些现场还有 振动、腐蚀、尘埃，因而要求系统能适应较恶劣的环境，特别是现场控制级的 设备，对温度、湿度变化的适应范围要宽，必要时采取防尘、防腐蚀措施。现 场控制级设备中的元器件必需符合工业级标准。 4 系统配套性好：控制系统包括各种类型的过程i o 通道，如模拟量、开关 量、脉冲量、频率量的实时采集、处理、控制，此外还要求具有一系列外部设 备，如人机对话设备和操作台等。 5 控制软件支持功能强：操作系统方面要求具有实时操作系统，为了提高 可靠性，应具有在线及离线的诊断软件等。 6 人机对话手段方便：采用l c d 显示屏，对各种画面、工艺流程指示等进 行显示，具有专用控制功能键盘，菜单式工作方式，使人机对话十分方便灵活。 为适应我国国情，还要配备汉字显示系统等。 7 系统通信能力强：为了构成分级分布式计算机控制系统，要求系统中的 所有机器都具有通信能力，从而能将各控制系统有机的连接起来，构成较大规 模的控制系统。 2 2 2 控制方式比较 目前，按系统结构形式，汽车检测线计算机控制系统常用的控制方式可分 为：集中式控制方式、接力式控制方式和分级分布式控制方式。 1 集中式控制方式 集中式控制方式结构图如图2 1 所示。这种控制方式由主控机单独完成测控 工作。除汽车资料输入由登录机完成并发送到主控机外，各个检测设备的模拟 信号经放大后，都直接送至主控机进行模拟量到数字量的变换。单台检测设备 可以用仪表显示，也可以不配备仪表显示，直接由主控机显示测量结果，因而 全线的数据采集、处理、判定、显示、打印、存储、统计和检测过程控制等全 部工作均由主控机完成。这种控制方式的优点是价格低廉、结构简单；缺点是 主控机的负担重，可靠性差，发生故障后易造成全线停止工作。 i 登录机l ，显示器 主 i 信号1 卜- 叫放大器控 - 4 检验程序指示器 机 1 信号nh 放大器l - 打印机】 图2 1 集中式控制方式结构图 2 接力式控制方式 接力式控制方式结构图如图2 2 所示。这种控制方式由各工位机完成测控工 作，各工位检测信号经放大后送入工位机处理、判定，然后在检验程序指示器 显示，并按顺序传送至末级工位机。全线检测数据和检测结果由末级工位机显 示并打印出检测结果报告单。这种控制方式的优点是结构简单、价格也较低廉， 可靠性也较好：缺点是功能稍差，对较高程度的自动控制和较复杂的控制对象 适应性差。 图2 - 2 接力式控制方式结构图 3 分级分布式控制方式 分级分布式控制方式结构图如图2 3 所示。这种控制方式是应用较为广泛的 一种控制方式。图2 3 为二级分布式控制方式，其第一级为测控现场控制级，由 分布在各工位上的工位机完成测控工作，主要担负检测设备运行控制、数据采 6 集和通信等任务；第二级为监督管理级，由主控机完成测控工作，具有安排检 测程序、担负全线调度、综合判定检测结果，存储并集中打印检测结果报告单 和管理数据库等功能。 图2 - 3 分级分布式控制方式结构图 2 3 汽车检测线结构介绍 2 。3 1 检测工位顺序设置 汽车检测线的布置形式多为直线通道式，其检测工位按一定顺序分布在直 线通道上。检测线工位的设置、工位检测项目的安排以及检测顺序的确定并无 确定标准。但设计时最好遵循以下四个原则： 1 对现场的环境污染最小。排污较大的检测项目( 如汽车排放检测) 靠近 大门，并在主风向的下风位，减少车间内部污染。 2 对检测精度影响小。如前照灯检测布置于车间中央位置，避免阳光照射 引起的检测误差。 3 应考虑每个工位的检测等时性，即各工位检测时间大体上相等，后面工 位比前面工位检测的时间短一些，以保证线上检测的流畅。 4 合理布置空间，尽量减少占地面积，使所有车型在空间上不会发生过多 的干涉。 2 3 2 系统检测项目确定 1 第一工位 ( 1 ) 尾气检测 我国对汽车排放监测的是排气中对人体危害最大和含量最多的c o 和h c 两 项。其中c o 的含量容积百分比浓度表示；而h c 的含量则用百万分容积浓度表 示。鉴于目前实施的怠速工况测定c o 、h c 两气体的排气检测手段已无法有效 反映汽车排起污染物对大气的污染现状，更不能满足环保部门对全球环境全面 严格监测的要求。因此，除测定c o 、h c 外，还必须测定汽车排气中的n o 。和 c 0 2 。汽车排气中含氧量是装有电控燃油喷射式发动机的汽车计算机监测空燃 比、控制排放量、保护三元催化反应器正常工作的重要信号。因此，现代开发 的汽车尾气分析仪又增加了0 2 的测量功能。对于这五种气体成分的浓度通常采 用两类不同的方法来测定，其中c o 、c 0 2 、h c 通过非分散红外线不同波长能量 吸收的原理来测定，可获得足够的测试精度。而n o 。与0 2 的浓度通常采用电化 学的原理来测定，排气中含氧量的浓度通过在测试通道中设置氧传感器即可测 定。n o 。浓度可采用化学发光法的原理进行精确测定。 检测方法是：双怠速测量法。发动机由怠速工况加速至0 7 倍额定转速，维 持6 0 秒后降至高怠速( 即0 5 倍额定转速) ；发动机降至高怠速状态后，将取样 探头插入排气管中，深度等于4 0 0 m m ，并固定于排气管上；发动机在高怠速维 持15 秒后开始读数，读取3 0 秒内的最高值和最低值，取平均值即为高怠速排放 测量结果；发动从高怠速状态降至怠速状态，在怠速状态维持1 5 秒后开始读数， 读取3 0 秒内的最高值和最低值，其平均值即为怠速排放测量结果；高怠速排放 的测量结果应低于怠速排放测量结果。 ( 2 ) 烟度检测 柴油发动机汽车排气管排出的可见污染物表现在排气烟色上。排气烟色主 要有黑烟、蓝烟和白烟三种。黑烟的发暗程度用排气烟度表示，柴油车只进行 烟度检测，排气烟度用烟度计检测。烟度计可分为滤纸式、透光式或不透光式、 重量式等多种形式。 检测方法是：柴油车自由加速烟度的检测应在自由加速工况下，采用不透 光烟度计按测量规程进行。自由加速工况是指发动机处于怠速工况，将加速踏 板迅速踩到底，维持数秒后松开。这样自由加速工况反复进行六次，在这六次 检测结果中取四次相差最小的数据，计算其平均值作为本次的检测结果。 ( 3 ) 车速表检测 车速表指示误差的检验宜在滚筒式车速表检验台上进行。车速表检测试验 台是将被测汽车的车轮放在试验台滚筒上模拟行使状态，根据车速表的指示值 与试验台指示测出车速表误差的一种设备。车速表试验台包括驱动轮带动滚筒 旋转的标准式和滚筒带有驱动装置的驱动式。进行车速表检测时，被检车辆通 过它们的轮胎带动实验台上的滚筒一起旋转，由物理学知识，我们可以得知滚 筒与轮胎的线速度是相同的，在滚筒直径是给定量的时候，我们只要检测出滚 筒的线速度，就能计算出汽车的车速了这个速度值为真实速度值。检测滚筒 转速一般使用光电式传感器。数字式车速表采用计量滚筒每圈产生的脉冲数来 计算实际车速。 检测方法是：将被测汽车驶上车速表检验台，驱动轮放在测速滚筒上使之 旋转，当车速表指示4 0 k m h 时，测取实际车速。车速表允许误差范围为+ 2 0 8 5 ，即当汽车车速表的指示值( v 1 ) 为4 0 k m h 时，车速表检验台速度指示仪 表的指示值( v 2 ) 在3 2 8 k m h 4 0 k m h 范围内为合格。当车速表检验台速度指示 仪表的指示值( v 2 ) 为4 0 k m h 时，汽车车速表的指示值( v 1 ) 在3 9 2 k m h 4 8 k m h 范围内为合格。 2 第二工位 ( 1 ) 前照灯检测 为了确保汽车夜间行驶安全，即不使汽车前照灯灯光对前方逆行汽车司机 引起眩目而引发交通事故，必须对汽车前照灯定期地进行检测。灯光的检测主 要是检测前照灯的发光强度和光轴的偏斜量。前照灯检测仪主要有聚光灯式、 屏幕式、投影式、自动追踪光轴式等几种形式。前照灯检验仪是一种专用的光 学仪器，其使用的主要元器件是硅半导体光电池和聚光透镜。我们采用目前最 常用的自动追踪光轴式前照灯检测仪，它是采用使受光器自动追踪光轴的方法 来检测发光强度和光轴偏移量的。 用前照灯检验仪检验将被检验的机动车按规定距离与前照灯检测仪对正 ( 宜使用车辆摆正装置) ，从前照灯检测仪的显示屏上分别测量左右远、近光 束的水平和垂直照射方位的偏移值。检验方法的选择：机动车安全技术检验时 宜采用前照灯检测仪检验前照灯光束照射位置。 检测方法是：在检验前照灯近光光束照射位置时，前照灯照射在距离1 0 m 的屏幕上时，乘用车前照灯近光光束明暗截止线转角或中点的高度应为 o 7 h 0 9 h ( h 为前照灯基准中心高度，下同) ，其它机动车应为且0 6 h 0 8 h 。 机动车前照灯近光光束水平方向位置向左偏不允许超过1 7 0 m m ，向右偏不允许 超过3 5 0 m m 。在检验前照灯远光光束及远光单光束灯照射位置时，前照灯照射 在距离10 m 的屏幕上时，要求在屏幕光束中心离地高度。对乘用车为o 9 h 1 o h ， 对其它机动车为0 8 h 0 9 5 h ；机动车前照灯远光光束水平位置要求，左灯向左 偏不允许超过17 0 m m ，向右偏不允许超过3 5 0m m ，右灯向左或向右偏均不允许 超过3 5 0m m 。 ( 2 ) 喇叭声级检测 汽车噪音的检测包括汽车的喇叭声响、车外噪声和车内噪声。测量噪声的 仪器为声级计。声级计是一种能够把工业噪声、车辆噪声按照人耳听觉特性近 似地测定噪声级的仪器。它一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波 器、指示仪表和电源组成。 传声器，是声级计的传感器，其作用是将输入的声压信号转变为电压信号。 放大器，在目前使用的声级计中，都采用两级放大器，即输入放大器和输 出放大器，作用是将微弱的电信号放大。输入衰减器和输出衰减器是用来改变 输入信号的衰减量和输出信号的衰减量的，以使表头指针指在适当位置，在每 一衰减器的衰减量为1 0 d b 。 9 计权网络，为了模拟人耳听觉在不同频率有不同灵敏性，在声级计内设有 一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为听感近似值的网络，这种网络 称为计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级( 叫 线性声压级) ，而是经过听感修正的声压级，称为计权声级或噪声级。计权网 络一般有a 、b 、c 三种。a 计权声级是模拟人耳对5 5 d b 以下低强度噪声的频率 特性，b 计权网络是模拟人耳对5 5 8 5 d b 的中强度噪声的频率特性，c 计权网络 是模拟高强度噪声的频率特性，a 计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听觉 特性，因此是世界上噪声测量中应用最广泛的一种计权声级，b 、c 应用较少。 从声级计上得出的噪声级读数，必须注明采用的是何种计权网络。 检波器，它的作用是把来自放大器的交流电压信号转变成直流电压信号， 这个直流电压的大小要正比与输入信号的大小，以驱动表头指针指示出相应的 声级的数值。 指示仪表，它是一只电表，只要对它刻度进行标定，就可以从表头上直接 读出噪声级的数值。表头指针的阻尼一般设有“快 和“慢”两个档位。当对 稳态噪声进行测量或需要记录声级变化过程时，使用“快 档；在被测噪声的 波动较大时，使用“慢”档。 检测方法是：( 1 ) 汽车应处于静止状态且置变速器于空档，发动机应处于 额定转速状态，车辆门窗应紧闭。( 2 ) 测量位置应符合g b t 1 4 9 6 的要求。( 3 ) 声级计置于“a ”计权、“快”档。机动车喇叭声级在距车前2 m 、离地高1 2 m 处测量时，其值对发动机最大静功率为7 k w 以下的摩托车及轻便摩托车为8 0 d b ( a ) 一1 2 d b ( a ) ，对其它机动车为9 0 d b ( a ) 1 1 5 d b ( a ) 。 3 第三工位 ( 1 ) 轴重检测 轴重也叫轴荷，是指汽车某一轴的质量。汽车各轴的轴重之和就是汽车的 总质量。在汽车性能检测中，轴重的检测并不是一个单独的项目，测量轴重的 目的是配合汽车制动性能的检测，提供在汽车制动检测时计算各轴及整车的制 动效能时所需的轴荷数据。检测汽车轴重的设备是轴重仪，轴重仪是各种汽车 检测站，用于分别测定汽车前后( 或左右) 轴荷分布情况的称重仪器。它由承 载台板、传感器和显示仪表等部分组成，安置在承载台板上的车轴的载荷，通 过传感器输出信号，经过处理在显示仪表上显示。 轴重仪根据结构形式分为移动式、固定安装式和组合式( 与其它检测设备 组合成一体) ；根据测量性能，只能测量轴载荷的成为轴重仪，可分别测量左、 右轮载荷，也可显示整个车轴载荷的称为轮重仪；根据测量原理，轴重仪可以 分为机械式和电子式。机械式轴重仪因功能简单、精度较低、不便于联网，目 前已很少使用。电子式轴重仪多配有智能化仪表，因其功能强、精度高，目前 已获得广泛应用。 l o 检测方法是：根据屏幕提示，被检汽车慢速前进，当汽车车轴到达轴重台 中心位置时停车2 秒钟，然后将汽车开出轴重台，轴重检测结束，屏幕会显示检 测结果。 ( 2 ) 制动检测 制动力的检测试验台主要有滚筒式和平板式两种。滚筒式制动试验台是当 前应用最广泛的一种制动力测试试验台。滚筒式制动试验台除能检测汽车各轮 的拖滞力、制动力、制动协调时间和释放时间等参数外，有的还可检测制动踏 板力及制动系管道压力，并能方便地记录制动过程曲线。其测试条件固定，重 复性好，结构简单。因检测车速低，所需驱动功率较小，操作安全性能好，设 备研制及试验的成本较低。所以在整个7 0 、8 0 年代已成为国内外诊断和检测汽 车制动性能的必备设备。由于现在使用的滚筒大多数是键槽式滚筒，它与被测 轮胎的实际接触近似于线接触，并且是周期跳跃型的，所以测取的制动力也是 跳跃型的，且所测的力越大，跳跃的幅度也越大。这种跳跃不仅与车的大小有 关，而且和轮胎的具体情况有关。同一种车辆，轮胎花纹越大，制动力的跳跃 幅度也越大。所以测取的制动力随机性较大。 检测方法是：滚筒式制动检验台检验。滚筒式制动检验台滚筒表面应干燥， 没有松散物质及油污，滚筒表面当量附着系数不应小于0 7 5 。驾驶员将机动车 驶上滚筒，位置摆正，置变速器于空档。启动滚筒，在2 秒后测取车轮阻滞力； 使用制动，测取制动力增长全过程中的左右轮制动力差和各轮制动力的最大值， 并记录左右车轮是否抱死。在测量制动时，为了获得足够的附着力，允许在机 动车上增加足够的附加质量或施加相当于附加质量的作用力( 附加质量或作用 力不计入轴荷) 。在测量制动时，可以采取防止机动车移动的措施( 例如加三 角垫块或采取牵引等方法) 。当采取上述方法之后，仍出现车轮抱死并在滚筒 上打滑或整车随滚筒向后移出的现象，而制动力仍未达到合格要求时，应改用 本标准中规定的其它方法进行检验。 ( 3 ) 侧滑检测 汽车侧滑试验台是用以检验汽车在行驶状态下，车轮外倾角与前束配合情 况的设备。由于车轮定位失常，会导致行驶方向失准，增加行车事故的潜在危 险。所以汽车转向轮的侧滑量值检测是安全检测中的重要项目，在侧滑试验台 机械结构完好的条件下，侧滑量检测的准确性，主要取决于检测仪表，了解侧 滑检验智能仪表的结构和工作原理，对于检测设备的标定，仪表的维修是很重 要的。同时侧滑检验仪表有一定的代表性，其他许多智能仪表在硬件结构上和 它类似，深入了解侧滑仪表的工作原理可以起举一反三的作用。 目前，国内大多数采用双滑板式侧滑试验台，一般双板式侧滑台由机械传 动部分、传感器、仪表三部分组成。其中机械传动部分，有可左右移动的两块 滑板，它们分别支承在各自四个滚筒上，每块滑板通过与其连接的导向轴承在 导轨内滑动，以保证滑板在左右方向的移动，并可限制纵向移动，从而使设备 能准确地测出侧滑量。测试过程中，汽车通过滑板，使滑板向有或左侧滑动， 该滑移量常用线性位移传感器测量位移，它转换成电量后，送到仪表，经处理 后，指示出来。信号经单片机处理后，由l c d 显示屏显示结果。 汽车侧滑检验方式有静态检验与动态检验两种方法： ( 1 ) 静态检验使用车轮倾角仪与前束尺测量车轮在静止状态下的车轮定位 的几何角度与尺寸值，多用于汽车维修场。 ( 2 ) 动态检验指汽车在行使状态下测量转向轮向内或向外的侧滑量，用于 汽车定期检验，主要确定汽车转向系统技术状态是否正常。 机动车运行安全技术条件推荐使用的检验方法是动态检验，其步骤为： ( 1 ) 汽车对正侧滑检验台，并使方向盘处于正中位置； ( 2 ) 使汽车沿侧滑台板上的指示线以从3 k m h 5 k m h 车速平稳前行，在行 进过程中，不允许转动方向盘； ( 3 ) 转向轮通过台板时，测取横向侧滑量。按国家标准g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机 动车运行安全技术条件规定对前轴采用非独立悬架的汽车，用侧滑台检验时 其转向轮的横向侧滑量应在5 m k m 之间。 2 4 系统检测流程 汽车进入检测站后，先由登录机录入车辆基本信息和设置检测方式，随后 登录机提示各工位机进入准备状态。其中，一号工位机完成外观检测、废气检 测、车速检测；二号工位机完成灯光检测、喇叭声级检测；三号工位机完成轴 重检测、制动性能检测和侧滑量检测。主控机开始接收检测数据之前，首先要 获得被检车辆的技术资料，如前照灯是四灯还是两灯；发动机的燃料是柴油还 是汽油，汽车是三轴还是两轴等，这些资料都是由登录机发送到主控机。接收 完登录机的资料后，l c d 显示屏显示“车辆进场”和“检测项目”，做完这些工 作后，主控机就转入对各工位机和开关量输入输出信号的监测。当主控机通过 开关量输入信号确定被检车辆到达工位，便通过开关量输出信号控制相应的动 作机构，例如降下试验台的举升平板等。当工位机采集到检测数据，就主动向 主控机发起中断申请，主控机检查目前是否正在检查这一测量项目，如果是， 则申请有效，否则就撤销中断申请。当工位机中断申请有效时，主控机便通过 总线接收检测数据，并做出是否合格的判断。将检测和判断结果在显示屏上显 示。当第一工位检测完毕，车辆到达第二工位时，主控机就可以接收下一部迸 检车辆的报检数据，然后允许下一部进检车辆进入一工位检测。当全部报检项 目检测完毕后、主控机控制打印机打印出检测结果表格，并将检测结果存入数 据库，并继续执行对现场的监控。系统检测流程图如图2 4 所示。 1 2 图2 4 系统检测流程图 1 3 第三章系统硬件设计 3 1 各工位硬件结构设计 3 1 1 一号工位硬件结构 一号工位硬件结构图如图3 1 所示。该工位的检测项目包括：尾气、烟度和 速度。根据l c d 显示屏的进线指示，被检车辆进入一号工位，如果被检车辆是 汽