稳态加载汽油车排放测试系统设计论文

南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 1 南京林 业 大 学 本科 毕业设计 （ 论 文） 题 目： 稳态加载汽油车排放测试系统设计 学 院： 应用技术学院 专 业 ： 交通运输（汽车运用工程） 学 号 ： 学 生姓名： 指 导教师 ： 职 称 ： 摘 要 为保护环境，提高人民的生活质量，汽车排放 治理已成为各级政府部门的重要工作。实施 I/M制度是目前控制在用汽车排放污染的最行之有效的手段之一，为了满足 I/M制度的实施要求 ,在用汽车的排放检测方法由怠速 /双怠速法向工况法发展。 论文介绍了在用汽车尾气排放工况法检测方法；通过尾气污染物生成机理和影响因素的分析，证明了尾气排放检测时， 测试 工况精确控制的必要性；根据 GB18285-2005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 )的要求， 构建了稳态加载工况法排放检测系统，选用美国 NI 公司的 LabVIEW 软件和 VC+软件 为开发工具，运用虚拟仪器技术，独立地设计出在稳态加载工况下汽车排放污染物数据采集系统。系统采用 A/D 数据采集卡，运用可控硅整流电路及动态链接库技术，实现了实时控制底盘测功南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 2 机的加载量，同时采集系统所需的各种参数。 关键词 : I/M 制度、稳态加载工况、检测系统、在用汽车 Abstract In order to protect environment and raising the life quality of the people, administering the automobile emission becomes the important work of government departments. Implements of the I/M system is the most effective method of controling in-use automobile to discharge the pollution. In order to satisfy the request of the I/M system, the examination method of in-use automobile is discharged from speed idel/two-speed idel mode to the simple driving mode. The methods on examining the exhaust of in-use automobile are introduced. Through analysis the mechanism and influence factor of the exhaust pollutant production, proves that when examine the exhaust discharges accuracy control the test operating mode is necessity. According the request of GB 18285-2005 limits and measurement methods for exhaust pollutants from vehicles equipped ignition engine under two-speed idle conditions and simple driving mode condition , designed the Acceleration Simulation Mode detecting system ,this system chooses the LabVIEW software of American NI corporation and the VC+ software, using virtual instruments technology and independently designing out that the automobile exhaust pollutant detecting system under the ASM. The system is designed for the testing application development, using A/D data acquisition (DAQ) card, silicon controlled rectifier rectification circuit and dynamic link library (DLL) technology. It has realized the loading capacity of real-time control vehicle chassis dynamometer, and gathers at the same time the various parameters that the system needed. Keywords: I/M program Acceleration Simulation Mode detecting system in-use vehicles 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 3 目 录 第一章 在用车 I/M 制度分析及发展方向 1 1.1 汽车排放对人体健康和环境的影响 1 1.2 控制汽车排放的途径 3 1.3 I/M 制度主要作用及发展过程 3 1.4 I/M 制度主要内容及实施 I/M 制度的基本要求 5 1.5 我国 I/M 制度的发展现状 6 1.6 在用车尾气污染物检测方法 7 1.7 本设计的主要内容 9 第二章 汽车排放污染物生成机理及影响因素 11 2.1 汽车排放污染物的生成机理 11 2.1.1 碳氢化合物的生成机理 11 2.1.2 一氧化碳的生成机理 12 2.1.3 氮氧化物的生成机理 13 2.2 影响汽车尾气排放的因素 14 第三章 稳态加载工况法排放检测系统设计 16 3.1 稳态加载工况法排放检测系统的构建 16 3.2 检测设备各部分 功用 17 3.3 在底盘测功机上的测试运转循环 23 3.4 测试程序 24 第四章 稳态加载工况法排放测试系统软件开发与试验 27 4.1 开发工具的选择 27 4.1.1 Labview 软件概述 27 4.1.2 Labview 软件功 能特点 28 4.2 测试软件开发 29 4.2.1 加载力矩与车速测量软件程序开发 29 数据采集卡的驱动 29 数据采集程序 32 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 4 4.3 运行试验 33 第五章 结论 36 致谢 37 参考文献 38 第一章 在用车 I/M 制度分析及发展方向 1.1 汽车排放对人体健康和环境的影响 随着社会经济和汽车工业的发展，汽车保有量急剧增加。据统计，目前我国汽车保有量已超过 2700 万辆，摩托车 4500 万辆，农用运输车 2400 万辆。车辆的排气污染己成为当今大气污染的主要贡献者，这在大城市中表现得尤为突出。进入 21 世纪，我国汽车生产和销售增 长速度达到了两位数，汽车对城市的污染也以惊人的速度增长。 2001 年“环境与交通工作组”指出，一些大城市机动车排放污染物的贡献率在多项大气污染指标中占到了 60%以上。根据预测，到 2010 年，我国的汽车尾气排放量将占空气污染源的 64%1。汽车排放污染己对城市大气环境构成了严重威胁，直接和间接地损害着人们的健康，破坏着自然界的生态环境。 衡量机动车尾气对城市大气污染贡献的一个重要指标就是机动车排放污染物分担率，它是用城市机动车污染物排放量占大气总污染物量的百分数来计算。表 1-12列出了国内部分城市机动车排 放污染物分担率。从表中可以看出，所统计城市的 CO, HC 分担率大部分都超过 60%，济南等少数城市竟达 90%以上，北京的 NOX排放分担率己接近 55%，而且有继续增大的趋势。这说明机动车排放污染物已真正成为一些城市大气环境的第一大污染源3。 表 1-1 部分城市的机动车排放污染物分担率（ %） 分担率 北京 天津 上海 济南 深圳 兰州 CO 80.3 95.4 61.8 96 37.1 59.7 HC 79.1 - 56.7 92 - 81.9 NOx 54.8 41.9 20.9 22 20.3 26.9 汽车排气是低空排气，因此气体排出后首先会对人造成伤害，汽车排放的一氧化碳 (CO),碳氢化合物 (HC)、氮氧化物 (NOx),碳烟、苯并花 ( BaP )等对人体都有直接的危害。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 5 CO经人呼吸进入肺部，被血液吸收后能与体内血红蛋白结合成一氧化碳 -血红蛋白。CO与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力要大 250 倍，因而导致人体组织缺氧。当大气中的 CO 浓度达 70 80ppm 以上时，人在暴露几个小时后，一氧化碳 -血红蛋白浓度就可达 10%，它影响氧的输送，阻碍血液循环，引起头痛、心跳等症状 :当人体 血 .液中一氧化碳 -红蛋白含量为 20%左右时，就会引起中毒。当含量达 60%时，即可因窒息而死亡 4。 烃为各种碳氢化合物的总称，以符号 HC 表示。汽车排出的废气中所含的烃类，成分有 200 多种。其中有苯并花、硝基烯、甲醛、乙烯、丙烯醛等。各种成分对人类的直接影响，目前还不完全清楚。但可以肯定，苯并花 (一种五个环的稠环芳香烃 C20H12)和硝基烯是致癌物质。甲醛、丙烯醛对眼睛和呼吸器官具有强烈的刺激性，对肺部防御机理产生恶劣影响。乙烯在常见浓度下，会伤害农作物和某些观赏植物 4。 氮氧化物有 NO, NOZ, N2O3, N2O, N2O5, N2O4及 NO3等。从大气污染的角度来看，最重要的是 NO 和 NO2，其余的氮氧化物除了 NO2在环境中有少量可见外都可以忽略不计，与环境污染有关的 NO 和 NO2总称 NOx。高浓度的 NO 能引起中枢神经的瘫痪及痉挛。 NO 是一种褐色气体，有特殊刺激性臭味，是汽车排气中的恶臭物质成分之一，它使人中毒的症状是在发生肺水肿的同时，引起独具特点的闭塞性纤维性细支气管炎。对健康人来说，当 NOx 浓度大约在 16ppm 时，暴露 10 分钟后，肺气流阻力有明显上升 4。 黑烟通常在柴 油机大负荷时产生，例如当汽车加速、爬坡及大负荷时，排气常常会冒黑烟 :黑烟不但限制了柴油机的最大输出功率，影响其动力性，而且污染大气，对人体健康不利。黑色多孔的碳烟往往吸附有 S02和致癌物苯并花等有机化合物。一般说来， 2 10um的碳烟吸入人的气管后可排出体外，对身体影响不大； 2um 以下的碳烟吸入肺部后会沉积起来，而 0.1 0.5um 的碳烟对人体肺部危害最大，除了致癌作用外，这种碳烟吸入肺部，还会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病 5。 此外，大气中的 NOx 和 HC 在太阳照射下会发生化学反应，形成 光化学烟雾光化学烟雾产生的真正罪魁祸首是 NO2和 HC，当空气中存在这两种物质时，经强阳光照射，在波长4000 10-10m 以下的紫外线区内会进行一系列的光化学反应，生成臭氧 (O3)和过氧化酞基硝酸盐 (PAN)等光化学过氧化物以及各种游离基醛、酮等成分，形成一种毒性较大的浅蓝色烟雾。光化学烟对人的影响主要是对眼睛和呼吸道产生刺激，使红眼病患者增加，促进哮喘病人发作，并引发其它疾病。美国洛杉矶市在 1943 年夏季发生了令人震惊的第一起光化学烟雾事件，使该市大多数市民患了眼红病和头疼病。又于 1955 年和 1970 年两 度发生光化学烟雾事件，前一次有 400 多人因五官中毒、呼吸衰竭而死亡，后一次使全市居民的眼睛受害达 128 天之久， 3/4 以上市民患上红眼病。日本东京也在 1970 年发生过光化学烟南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 6 雾，造成 6000 人死亡， 2万人染上红眼病 6。我国虽然没有发生过光化学烟雾事件，但在广州、上海、成都等地出现过多次光化学烟雾现象 5。 汽车排气对大城市环境造成的影响尤为剧烈。因为大城市人口稠密、汽车数量多、排气难以扩散。而在城市现代化的过程中，政府一般都将工厂搬迁到郊区。 1.2 控制汽车排放的途径 鉴于日益严重的 环境污染己威胁到人类的生存和发展，联合国 1992 年 6 月在巴西里约热内卢召开了有世界各国代表团参加的环境与发展大会，通过并发表了名为 21 世纪议程的大会宣言，要求各国政府制定出各自国家相应的 21 世纪议程，以便有效地扭转全球环境日益恶化的趋势，使经济、社会与环境得以协调地持续发展 9。 随着我国加入 WTO，我国在各方面已融入了国际社会，控制汽车排放不仅可以改善国内环境，还可以改善全球环境。所以，控制汽车排放对我们国家发展的重要性不言而喻，而且高排放车辆燃烧一般都不完全，自然要消耗更多的能源，从这 个层面上讲，制定更加严格的排放标准对保护环境、节约能源、提升国际形象、提高我国汽车制造业的国际竞争能力，都有着重要的现实意义 10。 有效控制汽车污染需作好 以下 两方面的工作 ： 第 一 、 是实施新车排放法规，从新车开始就控制好污染物的排放水平； 第二、是对在用汽车执行严格的 I/M（ Inspection/Maintenance/检测 /维护）制度，确保在用汽车排放控制系统正常工作，使在用车保持良好的技术状况。 1.3 I/M 制度的主要作用及发展过程 1.3.1 I/M 制度的主要作用 在用车检测与维修工作的顺利 开展依赖于行之有效的制度。美国最早以法律的形式建立了在用车检测与维修制度，叫做 I/M制度。 I/M制度或称 I/M计划，来源于英语 Inspection and Maintenance programme，其含义为检查 /维修制度，简称 I/M 制度。该制度在美国、加拿大主要是针对在用车排放污染物控制的制度，通过立法以及科学的质量控制、质量保证体系和管理机制，对在用车定期进行强制排放检测，发现排放超标车和私自排放控制装置的车辆，责令其限期进行修理，使在用车最大限度地发挥自身的排放净化能力。 I/M 制度的基本流程如图 1-1所示。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 7 图 1-1 I/M 制度的基本流程 I/M 制度是通过对在用车进行定期 (年检 )和不定期 (路检 )的排放检测，确定排放污染严重的车辆并诊断其产生的故障原因，然后采取相应的维护或修理措施，监督检验车上原有污染控制装置工作是否正常，充分发挥汽车的自身排放净化能力，使车辆最大限度地保持原制造厂的技术指标。实施 I/M 制度可以促进车辆的正常维护，使得在整个车辆使用寿命期中排放控制系统始终能够保持良好的技术状态，因此， I/M 制度是目前国际上公认的在用车排放治理最有效、最快速、最经济、 最合理的措施，主要表现在 : a.根据国外经验，占汽车总数 10% 15%的高排放在用车排出的污染物占机动车污染物排放总量的 50%，而这些车辆中绝大多数是由于没有进行良好的维护造成的， I/M 制度正是着眼于治理这部分高排污车辆的排放。因此它可以使在用车总排污量减少 50%以上，这是目前任何一种所谓的净化器所望尘莫及的。 b.I/M 制度治理在用车排放是发挥自身的净化潜力，结合二级维护工艺进行，无需进行大量匹配研究，因此是最快速、最立竿见影的方法。 c.随着汽车技术水平不断提高，各种新型车不断出现，需根据生产厂 家的要求，制定不同的 I/M 检测方法与维修工艺。因此 I/M 制度治理汽车排放是不会过时的，它是非常有效和非常及时的措施。 d.I/M 制度的检测法规中，根据不同车型制定不同的排放限值，制定不同的工况测试方法，对控制在用车排放和减少在用车总的排放量比目前怠速法和双怠速法优越得多，因此，特别对我国而言是一种非常有效的控制在用车排放的制度。 e.I/M 制度主要是利用目前现有的检测设施 (除需投资测功机外 )和维护体制进行治理在用车排放，因此投资少。不像采用净化器那样，用户增加费用大，净化效果又不好。 f.如果要采用净化 装置 (如尾气催化净化器等 )，必须进行大量研究和匹配工作，不同机型要有不同的匹配和产品，费用和投资都非常大，而 I/M 制度用不着这种投资和费用。 g.I/M 制度的管理体制中，十分重要的一条就是全部 I/M 检测站与 I/M 管理部门联网，定期向公众报告车主参与 I/M 制度的情况及 I/M 制度对清洁城市大气的贡献，使车主直接南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 8 了解他们参与 I/M 制度后，自身及其后代所获得的好处，从而参与治理在用车排放的 I/M制度。安装净化装置是达不到这种效果。 根据国外统计资料，实行 I/M 制度可使在用车排放污染降低 17% 25%。北京市从 1999年试行了这个制度之后其效果十分显著。 1998 年在用车的排放路检合格率不到 40%, 1999年就上升到了 68%, 2000 年在用车的排放碳氢化物合格率就达到了 90%以上。据中国汽车维修市场杂志 1999 年第 12 期介绍 :“上海对 1800 台桑塔纳化油器轿车、 300 辆解放牌货车、 200 辆东风牌卡车、 900 辆柴油车进行二级维护前后比对检测，经过二级维护之后，汽车的排放数值明显下降。以桑塔纳为例，维护前 HC 的排放在 200ppm。仅有 14%，维护后增加到 26.4%；维护前的 CO 在 3%以下的仅有 34.4%，维护后增加到 73.4%。哈尔滨铁路公安局机动车辆安全技术检测站，自 1993 年成立以来，共计受理各种机动车辆检测 /维护车辆近一万辆 (次 )，经过 16 个周期检测与维护，绝大部分车辆在没有经过任何“改造”，没有添加任何附件的情况下，尾气排放的状况越来越好。 1.3.2 I/M 制度的发展过程 美国是最早实施 I/M 制度的国家，各州中最早开始执行 I/M 制度的是加里福尼亚州 (简称加州 )。加州的汽车维修局 (英文为 Bureau of Automotive Repair，缩写为 BAR)从 1974年开始执行怠速法排放检测制度，直到 1990 年 为止，在用车排放检测都采用怠速法。 1990年，美国颁布了“清洁空气法案修正案”，定义了极其严重、严重及适度的空气质量地区标准，确定了更加严格的新车型式认证排放标准，并要求制造厂推行全面的保修制度，即将保修范围扩大到排放。只要用户没有使用不当的情况发生，制造厂就要对排放不达标的汽车实行保修若干年。因此，美国环保署 (EPA)规定了基本的和强化的检测规范，以及对强化检测设备的要求。美国还第一次应用（ MOBILE)电脑软件对排放控制措施进行评估。所以，美国从 1990 年开始在在用车中逐步引入工况法检测。起初只是将美国 环保署用于新车型式认证中排气排放物检测的 FTP 检测程序浓缩一下，称为 IM240 工况法，用于在用车排放检测。 IM240 所有的检测设备，除了底盘测功机比新车型式认证用的简单以外，排气分析仪器跟型式认证用的差不多，排气也要稀释，也用 CVS 系统收集排气并采样。这种检测方法的结果跟 FTP 检测程序的结果之间存在很高的相关性。 但是， IM240 工况法设备费用太大，为一般分散型检测 /维修所难以承担。于是，便提出采用简易的底盘测功机上额外添加负荷的方法来模拟加速工况，称为加速模拟工况法，缩写为 ASM。但是这种方法的误判率比较 高，而且检测结果只能以浓度表述。所以又在 ASM的基础上添加了一种叫做 VMAS 的传感器，检测结果以质量表述，叫做 IG240 工况法。 IG240南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 9 跟 IM240 工况法具有很高的相关性，误判率明显降低。 美国的在用车排放检测发展完善，现在不仅仅局限于排气排放物的检测，而且已经扩展到了一些附加检测 :包括车载故障诊断 OBD II ,油箱盖检测燃油系蒸发控制装置检测等。此外有些检测线还可以进行全面的安全检测。 1.4 I/M 制度主要内容及实施 I/M 制度的基本要求 我国的在用车维护制度是根据汽车的安全性、动力性、经济 性、可靠性和寿命来强制维护检测的，因此它的维护周期不一定与排放控制要求吻合，同时维护和检测的内容比 I/M制度广泛得多，但是其中很多内容与控制汽车排污的维护内容是一致的，例如 :点火系统维护、燃油系统维护、配气系统维护、 EGR 和 PCV 阀的检测等。 国外 I/M 制度涉及的内容有所不同，欧洲、日本的汽车检测 /维修体系包括汽车安全性和排放，实施方式与我国汽车年检相似。美国、加拿大的 I/M 制度只是针对汽车排放的检测 /维修制度，是一套独立的体系，制定了相应的法律、法规，例如美国的清洁空气法明确规定在用车实施 I/M 制度 控制污染物排放。此外，还有详细的 I/M 制度的技术法规和标准，明确了 I/M 制度的各项技术内容。 I/M 制度的实施由各州政府负责，环保局只是审查州执行计划，采用特定的模型评价各州的执行计划是否能取得预期的效果。如美国加州法规条例中规定了加州汽车维修管理局负责实施在用车的排放检测 /维修工作。 无论是针对排放的 I/M 制度，还是针对汽车行驶性能的 I/M 制度，基本上包含 2 部分内容 :其一是管理支持，包括法律法规依据、质量控制和质量保证体系以及宣传教育等 :其二是技术支持，包括检测方法标准、维修诊断规范、检测 /诊断 /维修设备供 应、数据自动传输及人员的培训。 I/M 制度是一项十分严格而完善的制度，通常实施 I/M 制度应满足以下基本要求： a.立法。立法是实施 I/M 制度的根本保障，通过立法能够 :明确在用车排放治理的主管部门 :建立在用车的 I/M 管理体制 ；确定检测标准、方法和应采用的检测设备 :制定科学合理的在用车排放控制质量保证期 ；规定检测站、维修站的认证条件 :规定在用车必须进行定期检测、强制维护、明确车主、检测站和维修站的责任、义务，以及与机动车辆排放治理有关的处罚条款等等。 b.建立检测、维修和监督评价的管理体 系。 c.建立完善的 I/M 网络。 d.人员培训。对从事汽车排放治理的检测、维修及监督评价体系的人员必须经过严格的培训，并考核合格，取得资格证书后方可上岗。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 10 e.主管部门对检测、维修企业和其所使用的检测设备进行资格认定。 f.建立完善的质量保证体系。 1.5 我国 I/M 制度的发展现状 我国对在用车的尾气检测，汽油车过去通常用的检测方法为怠速法 ， (或双怠速法 )，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。 因此逐步 趋向于向工况法方向发展。 北京市于 2002 年对机动车排放检测设备实施了核准测试， 2003 年率先实施了机动车工况法排放检测，对改善北京市大气质量起到了很好的作用。上海市于 2003 年开始对排放检测设备进行性能测试和研究工作，取得了一定数据，做了很多准备工作，并于 2006 年在全市范围内进行排放检测设备的核准测试工作和实施机动车工况法排放检测。广州、深圳、南京、济南、沈阳、呼和浩特等城市已建立了机动车排放检测中心站，对排放检测设备进行性能测试和对当地机动车的排放状况进行摸底研究，取得了很多成绩。其它大 城市和旅游城市也都在进行工况法排放检测的准备工作。 1.6 在用车尾气污染物检测方法 对在用车尾气污染物检测方法 ，过去汽油车通常 采 用怠速法 (或双怠速法 )， 而现在趋向于采用简易工况法，其包括 瞬态加载法（ IM240， IM195） 、简易 瞬态加载法（ VMAS） 、稳态加载加速模拟法（ ASM） 。 一、怠速检测法 怠速工况是汽车多种工况的一种，指车辆变速箱位于空档、离合器为接合位置、发动机油门松开、低速空转的状态。在汽车启动后的稳定、暖机时，十字路口等红灯及交通堵车时，汽车为怠速工况。双怠速测量方法要求发动机由怠速工况加速至 0.7 额定转速，维持 60s 后降至高怠速（ 0.5 的额定转速）保持 15s，读取 30s 内最高值和最低值的平均值为高怠速测量结果，然后降至低怠速 15s 后用同样方法测量低怠速的检测值。怠速检测法的特点是只能反映车辆怠速状态下空负荷排放情况，这时发动机为贫氧偏浓燃烧，主要产生 CO 和 HC，产生少量或不产生 NOx。 其存在着以下弊端： a、 怠速法不能全面反映出汽车真实的排放状况。一些排放达到欧 或欧 标准的车辆行驶了仅两万多公里，用有负载的工况法检测表明其排放已超标，但怠速检测的 CO 和HC结果却仍然很低，达标并远有 富余。一些新车作排放匹配试验时，也出现过怠速排放很好，工况法检测却达不到欧 或欧 标准。化油器车也有类似情况：工况法检测 CO 很高，南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 11 超出了新车标准，但怠速检测结果却正常。 b.怠速法检测车辆无负荷，不能反映 NOx 的排放。对于那些 NOx 排放已经很高的车，怠速法检测却无能为力。 c.对于化油器车留下作弊机会。检测超标的车本应通过维修、保养，使车况正常，从而降低 CO、 HC 浓度。但一些车主在年检前自己将化油器怠速螺钉、节气门螺钉向混合气偏稀调整，偏离正常的怠速浓混合气设计状态。混过年检后，为不使车辆启动困 难，再将化油器调整恢复到原状态。 二、简易工况法 针对上述情况，一些发达国家发展了车辆有载荷检测法。即将车辆置于底盘测功机上，车辆按规定车速在底盘测功机上 “ 行驶 ” 。驱动轮带动滚筒转动，滚筒并非处于自身无阻力可旋转状态，底盘测功机会按照检测标准的事先设定向滚筒、最终向驱动轮施加一定的负荷，来模拟汽车道路行驶阻力。车辆按一定的速度、克服一定的阻力，走完试验工况，同时测量尾气中污染物含量。由于在用车的有载荷检测法与新车试验的完全工况法相比，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 ” 。 1、 瞬态加载法（ IM240， IM195） 美国的 瞬态工况法 IM240， IM240试验工况采用美国联邦新车型式认定用测试规程 FTP曲线前 0 333秒的两个峰，经修改缩短为 240秒，如图 1-2所示。 IM240测试结果与 FTP结果有很好的相关性，捕捉高排放汽车的错判率很低。但 IM240是一种技术含量高的检测方法，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，因此不容易普及。 图 1-2 IM 240 试验工况 另外，由于我国汽车型式论证试验采用 ECE试验循环，因此， 瞬态工况法采用 IM195，试验循环采用了 GB 18352轻型汽车排气污染物排放标准中试验工况的市区运转循环的一个单元，见图 1-3所示。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 12 图 1-3 IM 195 试验运转循环 2、简易 瞬态加载法（ VMAS） VMAS 是一种瞬态加载简易工况法。它使用与 IM240 相同的底盘测功机，它吸取了 IM240瞬态工况、测量稀释排气量最终可得出污染物排放质量的优点，也吸取了 ASM 直接利用简便式尾气分析仪就可对各个污染物浓度测试的长处，采用一个被称为 “ 气体流量分析仪 ”的装置来测得汽车的排气流量（经稀释），经处理计算，最终也可得出 每种污染物每公里的排放质量。 该 试验循环包含了怠速、加速、匀速和减速各种工况，能反映车辆实际行驶时的排放特征 ， 与新车检测有高的相关性 ， 准确率高，误判率仅为 5%以下（以 IM240 准确率为 100%计）。 但其 价 格要 比 ASM 贵。 3、 稳态加载加速模拟法（ ASM） 国际上 I/M 制度执行较成功的国家 (主要是美国 )采用瞬态短工况多年之后发现，这种方法尽管有很多优点 (主要是与 FTP-72 相关性极好 )，但是操作较复杂，费用高。另外，一些污染不特别严重的地区偏爱更为简便的方法，因此提出了稳态短工况测试方法 7。 稳态加速模拟工 况 (ASM)将车辆放置在底盘测功机上 ,模拟汽车以一定车速 (一般为15mile/h或 25mile/h)上坡时的道路负荷 ,稳定运转几分钟后 ,测试汽车尾气排放的 HC、 CO、NOx的浓度 ,对机动车排放废气中的 HC、 CO及 CO2浓度进行检测采用不分光红外吸收法原理，对 O2及 NO浓度进行检测采用电化学传感器。 虽然 IM240和 VMAS240的 测试结果与 FTP结果有很好的相关性，捕捉高排放汽车的错判率低，但检测费用相对较高。 IM240和 VMAS240的 测试结果与 FTP结果相关性好并不能说明IM195和 VMAS195的测试 结果与 ECE结果相关性就一定好， 其 测试结果有待进一步研究验证。IM和 VMAS测试工况控制复杂，测试设备核心技术 我国尚未掌握，设备依赖进口。 成功申办2008年奥运会后， 2001年起，北京市开始实施 IM制度，到目前为止，汽油车的尾气污染物检测方法采用的仍是 稳态工况法。可以预见，在相当长的时间内，稳态工况法是我国在用汽油车 尾气污染物检测的主要方法之一。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 13 1.7 本设计的主要内容 自 2000 年以来北京市采用 ASM 法检测在用车，初期设备 完全依赖进口，目前北京、广东、四川等地企业开始生产测试设备，但处于模仿阶段，核心 技术没有完全掌握，有必要开展 稳态加载测试系统的研究和开发。根据论文开题报告的要求，本论文重点开发稳态加载工况下汽车排放检测系统的数据采集。 本设计 的主要任务和内容是： 1、通过 熟悉在用车 I/M 制度，了解在用汽车排放测试方法发展方向。 2、了解汽油车排气污染物生成机理和影响因素，介绍汽油车排气污染物 稳态工况测试方法， 明确 ASM 测试过程中汽车运行工况控制的必要性。 3、根据 ASM 测试要求，设计 ASM 测试系统。 4、运用虚拟仪器技术，开发测试软件，实现 ASM 测试过程中加载力矩和试验车速的测量。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 14 第二章 汽车排放污染物生成机理及影响因素 2.1 汽车排放污染物的生成机理 人们对汽车排气污染大气的重视始于 1943 年 4，半个多世纪以来人们为了控制其污染，深入研究了汽车尾气污染物的形成机理并达成了一些共识，考虑到其成分复杂，下面重点介绍三种主要污染物的形成机理。 2.1.1 碳氢化合物的生成机理 汽车 HC 排放又称未燃烃 UHC 排放，是由汽车排放的没有燃烧或部分燃烧的碳氢化合物的总称。汽油车的 UHC 包括排气甲的未燃烃、燃油供给系统和燃烧室的蒸发排放和泄漏排出的 HC。由汽车发动机曲轴箱排出的气体混合物其组成大约为 85%的未燃燃料空气混合气和 15%的废气 (由燃烧室泄漏的燃烧产物 )，泄漏量随发动机的磨损而增加。在没有控制的汽车上从曲轴箱通风管排入大气的泄漏气体大约为汽车 HC化合物排放量的 25%。在发达国家对汽车泄漏气体己全部进行了控制，使泄漏气体由曲轴箱循环进入发动机中燃烧掉。 燃烧室中 HC 的生成主要有下列几条途径 2,5。第一类是由于多种原因造成的不完全燃烧所生成的 HC；第二类是燃烧室壁面的淬熄作用形成的 HC；第三类是润滑油及燃烧室壁面的多孔性积碳等的吸附 及释放所形成的 HC 排放；第四类是由于燃烧过程中狭缝效应所生成的 HC。具体有下面几种原因 : 1、烃的氧化反应终止 碳氢燃料的氧化随着其温度、压力、混合比、燃料种类及分子结构的不同而有着不同的特点。各种烃燃料的燃烧其实质是烃的一系列氧化反应，这一系列的氧化反应有随着温度而拓宽的一个浓限和稀限。混合气过浓或过稀以及温度过低都将出现氧化反应终止，导南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 15 致火焰传播中断，燃烧停止。在烃类燃料的燃烧过程中，一般而言，即使混合比在可燃界限之内，当高温火焰贴近冷的燃烧室表面时，由于散热损失大，火焰将中断，出现所谓“ 壁面激冷现象”。另外，虽然供给的混合气的平均混合比在可燃界限之内，但燃烧室内混合气浓度的分布很难保持均匀一致，难免有局部过浓或过稀现象，致使局部反应过慢或断火。可见，烃的氧化反应不完全是生成 HC的一个途径。 2、火焰淬熄 由于冷态的 (或温度较低的 )燃烧室壁面对火焰产生的热量或活性物质具有吸收或吸附作用，故当火焰接近燃烧室壁面时将会发生淬熄现象。淬熄过程可以分为两个阶段 :第一阶段是在接近冷态的壁面时火焰的熄灭，由热反应区传递壁面的热量和在反应区火焰释放的热量两者的平衡决定的；第二阶段是淬熄后 1ms 或数毫秒发生的扩散和氧化过程，它最终降低日淬熄层引起的 HC 排放。淬熄现象在燃烧室壁面留下一薄层未燃烧的混合气，形成一个重要的 HC 排放源。但也有人认为淬熄对 HC 排放的影响是可以忽略不计的。 3、润滑油及燃烧室壁面沉积物的吸附及释放 在发动机的燃烧室、气缸壁面等任何有润滑油或沉积物的地方，在燃烧前和燃烧后，这些润滑油层或沉积物都能吸收和释放出燃油，从而使部分燃油避开主燃烧过程而不被燃烧，导致废气中 HC 化合物含量增多。 在发动机的进气过程中，气缸里的燃油浓度增大，壁面上的润滑油或沉积物 将吸收燃油蒸汽，压缩行程后期，燃油蒸汽压力增大 ；燃烧阶段燃油蒸汽浓度接近于零，吸收的燃油蒸汽将从液态润滑油膜或沉积物中释放出来进入气态的燃烧产物中，释放过程一直延续到整个膨胀及排气行程。油膜释放出的部分燃油蒸汽将与高温燃烧产物混合并氧化。然而，后期释放的燃油蒸汽由于与温度较低的燃烧产物混合，因而避开了完全氧化，促使了未燃HC排放的增加。对燃油蒸汽具有吸附和释放作用的有壁面润滑油膜和燃烧室壁面的多孔性碳质沉积物等。 4、狭缝效应 狭缝主要指活塞、活塞环和气缸壁之间的狭小缝隙，火花塞中心电极的空隙，火花 塞的螺纹、喷油器周围的间隙等。 当压缩过程中气缸压力升高时，未燃混合气或空气被迫进入各个狭缝区域 ；由于这些狭缝都有较大的面容比，故流入狭缝的气体被冷却到接近壁面的温度。在燃烧过程中由于缸内压力继续上升，未混合气继续流入狭缝。由于狭缝里气体温度较低以及壁面的淬熄作用，火焰很难进入狭缝烧掉这些气体。当狭缝中气体压力高于气缸压力时，狭缝中的气体重新流回气缸。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 16 2.1.2 一氧化碳的生成机理 一氧化碳是碳氢燃料在燃烧过程中生成的中间产物。理论上当氧气不足时，燃烧反应进行不充分才导致 CO 出现。实际上 发动机在任何空燃比时都生成 CO原因是混合气的不均匀性和 CO2高温分解所致。 鲍曼（ 1975）用一步反应的准完整模型来描述了一氧化碳的生成机理 . CnHm+(n/2)O2 nCO+(m/2)H2 (2-1) 当混合气中有足够的氧气时，会有下述反应 : 2H2 + O2 2H2O (2-2) 2CO + O2 2CO2 (2-3) 同时一氧化 碳还与生成的水蒸汽作用 : H2O + CO H2 + CO2, (2-4) 可见，当空气量充足时，理论上燃料燃烧后不会存在 CO。实际上，由于局部或瞬间空气量不足、发动机的混合气成分的分布不是完全均匀以及位于温度较低的燃烧室壁面附近的激冷层的混合气会没有燃烧或燃烧不完全，所以燃烧后还会存在中间产物的 CO。 另外， CO 的氧化速度较小，在膨胀过程中，会以高温下的高浓度状态“冻结”住，排气中有一部分的 HC 会被部分氧化为 CO，这也增加了 CO 的排放量 。 此外，燃烧高温会引起气体离解，生成 CO: 2CO2 2C0 + O2 (2-5) 2H2O 2H2 + O2 (2-6) CO2+H2 CO + H2O (2-7) 因而排气中总会有少量的 CO存在的 6,7,8,9。 2.1.3 氮氧化物的生成机理 氮氧化物包括 NO, NO2, N2O4, N2O, N2O3, N2O5以及 NO:等。发动机排放的氮氧化物主要是指 NO 和 NO2，特别是在汽油机排放的氮氧化物中 95%以上为 NO。从化学性质和排放量而言，比较受到重视的是 NO7,9。 由于汽油中基本不含氮，故 NO 主要是空气中的氮气和氧气在高温下生成的“热力”NO，其形成机理十分复杂。目前被广泛采用的理论是前苏联学者泽尔多维奇 (Zeldovich)提出的链反应机理 7,8,9: O2 O+O (2-8) N2+O NO+N (2-9) 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 17 O2+N NO+O (2-10) 以上表明链反应是从反应式 (2-8)中在燃烧的高温下，由氧气分子分解成的原子氧开始的。反应开始后，分子状态的氮与原子状态的氧或氧分子与氮原子碰撞生成 NO。反应式(2-9)左边的氧原子除一小部分由反应式 (2-10)右边生成的氧供给外，大部分由反应式（ 2-8)的分解反应生成。反应式 (2-10)左 边的 N,主要靠反应式右边 (2-9)生成的氮原子供给。反应式 (2-9)和 (2-10)生成的 NO 是同一数量级的。从三个反应式可以看出，氧气的浓度对 NO 的生成影响很大。温度和时间对 NO 的生成量也有影响。气体在高温滞留的时间越长， NO 的生成量越大。因而汽油机排放的 NO 浓度主要取决于燃烧温度、氧气含量以及高温滞留时间的长短 7,8,9,10。 影响氮氧化物生成的因素有空燃比、点火时间、发动机转速、进气管压力和大气湿度。空燃比和点火时间的影啊比较大，它们都能影响燃烧时的燃烧室内的温度、压力以及可利用的氧的浓度 。转速的影响在不同空燃比下表现不同 :在稀混合气时由于燃烧速度慢，在高转速情况下，大部分燃烧是在膨胀行程中压力和温度不太高时进行的， NO 的生成量减少。在浓混合气时燃烧速度较快，发动机转速的提高加强了缸内气体的扰动，使燃烧速度增加，热损失降低，因此 NO 的生成增加。减小进气管压力，使发动机负荷和温度降低，残余废气冲淡作用增强，使燃烧速度下降，结果是 NO 浓度随进气管的压力下降而减少。大气中的水分在汽缸内蒸发时吸收热量，使汽缸内温度下降，因此大气湿度增大， NO的生成减少。 此外冷却水的温度提高，不利于汽缸体的散热，也 会促使 NO的生成。 2.2 影响汽车尾气排放的因素 在稳态运行下，转速、负荷、点火时间、混合气浓度、水温、燃烧室壁面温度、排气背压及燃烧室表面沉积物对排放的影响。 1、汽油机转速 汽油机转速的变化将引起充气系数、点火提前角、空燃比、缸内气体流动、温度以及排气在排气管中停留的时间等的变化。一般当转速增加时，缸内气体流动增强，燃油雾化质量及均匀性得到改善，湍流强度增大，燃烧室温度提高。这些都有利于改善燃烧，降低CO及 HC 的排放。对 NOx 的排放影响较复杂，随空燃比不同会有不同的反应。 2、负荷 如果维 持混合气空燃比及转速不变，点火提前角调整到最佳点，则负荷增加对 HC 排放基本上没有影响。因为负荷增加虽然使缸内压力及温度升高，激冷层变薄， HC在膨胀及排气冲程的氧化加速，但压力升高使缝隙容积中的未燃烃储存量增加 ；而进气流量增加，南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 18 使排气在排气管高温度段停留的时间缩短，从而抵消了前者对 HC 排放的有利影响。在上述条件下，负荷变化对 CO 的排放基本上也没影响，但对 NOx 的排放有影啊。负荷增加，进气歧管压力增加，缸内温度提高， NOx 排放增加，在使用稀混合气时更明显。 3、点火时间 空燃比一定时，随着点火时间推迟 HC 及 NOx 的排放减少。 HC 减少的主要原因是点火时间延迟后，排气温度上升，使 HC 在排气行程及排气道中的氧化加强。 NOx 降低的原因主要是由于点火延迟后，最高燃烧温度直线下降 1。 4、混合气浓度 HC 的浓度随空燃比增加而减少 ；但当空燃比大于 18 时， HC 随空燃比增大而增加，这主要是由于混合气变稀后，产生部分燃烧及失火致使 HC 排放增加。在空燃比小于 18 时，随 A/F 增大， HC 排放减少的原因是由于混合气变稀后，壁面淬熄层中燃料浓度减少以及在排气行程和排气道中氧浓度的增大从而使 HC 进一步氧化所致。 NOx 的排放 在 16 附近最大，比这个值小或大的空燃比都使 NOx 排放浓度降低。在稀混合气一侧 NOx 降低的原因是由于最高燃烧温度降低。在浓混合气一侧降低的原因是由于氧浓度的降低。可见在稀的一侧对 HC, NOx 及燃料消耗率都是有利的。但是混合气太稀将使燃烧的稳定性变差，导致 HC 增加及有效耗油率上升。 5、汽油机冷却水及燃烧室壁面温度 提高汽油机冷却水及燃烧室壁面温度，可降低缝隙容积中储存的 HC 的浓度，减少激冷层的厚度，改善缝隙容积逸出的 HC 及激冷层扩散出来的燃油的氧化条件，而且可改善燃油的蒸发、分配 ；提高排气温度，这些都使 HC排放物减少。 6、排气背压 排气背压增加会使未燃烃浓度高的排气留一部分在缸内，并在下一循环中烧掉，因此排气的 HC 浓度将降低。然而，如果排气背压过大，则留在缸内的废气过多，稀释了混合气，燃烧恶化，排气中的 HC 反而会增加。 7、燃烧室壁面沉积物 燃烧室壁面沉积物的主要成分有两类 :一种是燃油中抗爆震添加剂氧化分解生成的各种盐 ；另一种是燃油及润滑油未完全燃烧的碳元素。这类物质多呈微孔型，能吸附混合气中的燃料，在排气过程中再释放出来。因此，燃烧室壁面沉积物的增加将使 HC 排放量增加。随沉积物厚度的增加，发动机的压缩比也 随着增加，导致最高燃烧温度升高， NOx 排放量增加。 综上所述，发动机的工况对汽车尾气排放有直接影响，为保证检测结果的真实性、精南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 19 度和重复性，汽车尾气污染物简易工况法测试过程中，必须保证汽车运行在规定的工况范围内，即在尾气污染物测量时的车速和加载负荷在规定的范围内。 第三章 稳态加载工况法排放检测系统设计 3.1 稳态加载工况法排放检测系统的构建 为了能准确快速地检测出在稳态加载工况下汽车的排放污染物的含量，必须借助必要的检测设备才行。构建的 ASM 测试系统主要由 底盘测功机、工业控制计算机、 A/D 数据采集板、晶闸管调压器、尾气检测仪、司机助、传感器等组成，如图 3-1 所示。 图 3-1 稳态加载工况系统总图 整个系统以工业控制计算机为核心，实现汽车检测工况控制和汽车排气污染物测试。在系统检测过程中实时采集各传感器的信号，经分析整理后由工控机输出特定的控制信号。系统中底盘测功机加载装置采用电涡流测功器，主控计算机通过数据采集板，实时采集底盘测功机车速、扭矩等信号，在软件分析的基础上经分析判断计算后实时向晶闸调压南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 20 器输出数字控制信号，通过改变调压器的 输出电压达到改变电涡流测功机吸收功率的目的。主控计算机与废气分析仪的信号传输，既可通过数据采集板的 A/D 通道，亦可通过RS-232 数字串行通信接口实现。根据排气污染物检测要求，主控计算机向晶闸管调压器控制单片机、废气分析仪等输出控制信号。主控计算机还将检测要求工况和实际运行工况的相关参数显示在司机助上，通过司机助可以将汽车的运行状态如速度和工况运行时间等必要参数显示出来，检测员可根据这些参数控制汽车的运行状态，以满足 ASM 检测工况的要求。主控计算机通过数据采集板采集空气温度、湿度和大气压力信号，用于测量值的 校正。 本设计中 ,系统硬件主要依据汽车与交通运输实验中心现有设备进行选用。 测控计算机采用台湾研华公司 601 型工业控制计算机，处理器为 P 800。 数据采集板采用北京华远公司 HY-8021A 型多功能数据采集板。 底盘测功机选用的是 AHS-ELP300 型底盘测功机 ,该底盘测功机自带的控制系统能实现恒速和恒扭驱动轮输出功率的测量。基本惯量为 310kg，滚筒直径为 318mm,滚筒中心距550mm ,最大车速为 250km/h。底盘测功机有车速和扭矩信号处理、放大电路和模拟量输出端口，其中车速信号输出是频率信号，应用 实验室自制的 F/V 变换电路转换为电压信号后，输到 HY-8021A 型多功能数据采集板的 A/D 端口。 废气分析仪选用的是 FLA-502 型废气分析仪，采用不分光红外吸收法原理 ,对机动车排放废气中的 HC、 CO 及 CO2浓度进行检测，采用电化学传感器对 O2及 NO浓度进行检测。 空气温度、湿度和大气压力传感器采用 ACOIE 型三功能一体式传感器，其信号输入FLA-502 型废气分析仪，工业控制计算机通过 RS232 通讯接口采集。 晶闸管调压器采用晶闸管移相调压器，工控机通过控制晶闸管的导通角实现调压器输出电压的控制。本设计主要 任务是设计系统试验工况的测量软件，不涉及工况控制部分。 3.2 检测设备各部分功用 3.2.1底盘测功机 测功机结构应适用于最大总质量不大于 3500kg 的 M类、 N类车辆，根据检测录入的车辆参数，测功机应能自动选择测试工况的加载功率。 一、测功机功率吸收装置： （ 1）设定的测功机加载功率允许波动范围为 0.2kw。 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。 Pi=Pt-Pc-Pf 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 21 P=Pi+Pc 式中： P 设定功率值，根据基准质量和 试验工况确定， kw； Pi 测功机的指示功率， kw； Pt 车辆规定工况的输出功率， kw； Pf 测功机滚筒与轮胎表面摩擦损失功率， kw； Pc 测功机内部损失功率， kw。 （ 2） 测功机功率吸收装置应能满足最大总质量（ GVM）小于 3500kg的 M类、 N类车辆进行 ASM5025和 ASM2540工况时的试验载荷要求。在滚筒转速大于 22.5km/h 时，功率吸收装置吸收的功率应不少于 15kw，稳定的试验状态应不少于 5min，每次试验间隔 3min，连续试验应不少于 10次。 （ 3） 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）。 （ 4） 应使用电功率吸收装置。在 0 到 40 环境范围内，测功机在 25 km/h 和 40km/h 的转速下，吸收功率应能以 0.1kw 为单位进行调整。功率设定的准确度应为 0.2kw。 二、滚筒 测功机应装备双滚筒。滚筒直径为 200 mm 到 530mm 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功机。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 L=（ 620+D） sin31.5 L 滚筒轴间距， mm； D 滚筒直径， mm。 滚筒轴间距公差为 -6.5mm 12.5mm。 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滑；测试距离、速度、精度恒定；轮胎磨损小、噪声低。 三、惯量 （ 1）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 900kg20kg 的基准惯量；并应在铭牌上标明基准惯量。 （ 2）惯量模拟 测功机应能模拟基准质量小于 3500kg 的车辆在加速度为 0 1.475 m/s2 时的瞬态惯南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 22 量。惯量为 800 2700kg，速度为 90km/h 的车辆加速时测功机最大模拟输出功率应大于18kw。应标明惯量模拟偏差，惯量模拟并应做相应修正。 （ 3）惯量模拟系统响应 惯量模拟扭矩响应在 0.3s 内应达到扭矩变化终值的 90%。 （ 4）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%。 四、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 90km/h。车速大于 10km/h 时，测量准确度应为 0.2km/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 22时冷却系统应启动。应避免冷却车辆催化转化器。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 , 四轮驱动测功机应能按规定对车辆正确加载，不能损坏车辆的四轮驱动系统，并适用于加装防抱死制动系统和牵引力控制系统的车辆。前后车轮滚筒速度同步误差应小于 0.3km/h。 3.2.2 测量仪器 排气分析仪 取样系统应有水气分离系统、颗粒过滤装置、取样泵和流量控制单元，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。取样系统必须耐腐蚀 ,并能耐受 ASM 工况检测过程中车辆的排气温度。取样探头插入车辆排气管深度应不小于 400mm，所用材料应能耐受600 C 的排气温度。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。排气通风系统不应引起探头取样点尾气被稀释且不能引起车辆排气出口压力变化大于 0.25kPa。排气分析仪应能满足至少每秒一次的废气浓度测试能力。 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 10 10-6HC、 0.05% CO、 0.20% CO2 和 25 10-6 NO； 取样系统中 HC 残留量浓度大于 10 10-6； 零点漂移或标定时的读数漂移超过分析仪调整范围。 排气分析仪应能抗电磁干扰，抗振动冲击。 排气分析仪响应要求： 排气分析仪对 HC、CO、 CO2 分析，从探头输入被测气体到显示终值的 90%响应时间应小于 8s，显示终值的 95%南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 23 反应时间应小于 12s；对 NO 分析，从探头输入被测气体到显示终值的 90%响应时间应小于12s， NO 稳定值读数下降到 10%稳定读数值的响应时间应小于 12s。 HC、 CO 和 CO2 分析 应采用不分光红外吸收型（ NDIR）分析仪， NO 分析应采用电化学传感器分析仪或其它等效方法。仪器量程和测量误差应满足表 3-1 的要求（满足相对误差和绝对误差任一项即可）： 表 3-1 仪器量程和测量误差要求 气体种类 量程 测量误差 相对误差 绝对误差 HC 0 2000 10-6 5% 10 10-6 2001 10-6 9000 10-6 10% / CO 0 10% 5% 0.05% 10.01% 14% 10% / CO2 0 16% 5% 0.5% 16% 18% 10% / NO 0 40000 10-6 4% 25 10-6 4000 10-6 5000 10-6 8% / 其它测量装置 （ 1）湿度计 设备须配备湿度计，相对湿度测量范围应为 5% 95%，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 255K 333K（ -18 -60），测量准确度应为 1.5K。温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。 （ 3）气压计 设备应配备气压计，气压测量范围应为 80 kPa 110kPa，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地季节大气压力。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 24 （ 4）计时器 计时器 10s 1000s 测量准确度应为 0.1%。 3.2.3数据采集板的选用及原理 本系统的数据采集选用的 HY-8021A 多功能数据采集板。 HY-8021A 采集板上安装有 12位分辨率的 A/D 和 D/A 转换器，具备 8 双 /16 单的模拟输人通道和 2路模拟输出通道。输人信号的幅度可 以经程控增益仪表放大器调到合适的范围，以保证最佳转换精度。程控增益可选择 1、 2、 4、 8 或 1、 10、 100、 1000。 A/D 转换器可以选择模拟输人信号范围有5V、 0 l0V、 l0V。同时板上还装有可编程定时 /计数器 8253，以满足定时和计数的需要。HY-8021A 采集板上还有 8路数字量输人和 8路数字量输出通道。 一、 HY-8021A 多功能采集板的主要技术指标 1、模拟信号输人部分 模拟信号输人通道数 : 16 单端、 16 伪双端、 8双端模拟信号输人； 模拟信号输人范围： 5V, 0 10V, 10V； 模拟输人阻抗： 100 M S2； 模拟输人共模电压范围： 2V； 程控放大器增益范围： 1、 10、 100、 1000； 放大器建立时间： 2uS(精度 0.01%，增益 1000 时 )， 10uS(精度 0.01%，增益 =1000 时 )； 放大器增益误差性： 0.05%(增益 1000 时 )， 0.1%(增益 =1000 时 )； 2、 A/D 转换电路部分 A/D 分辨率 :12Bit(4096)； 非线性 : LSB(最大 )； 转换时间 (含采样时间 ):10uS； 孔径抖动时间 :150Ps； 系统侧量精度 (满量程 )0.05% ( G1000 时 )； 系统通过率 :110KHz(最大 )； 3、 D/A 转换电路部分 输出通道数 :2 路； 模拟输出电压范围 :0 5V, 5V, 0 lOV、 10V； 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 25 D/A 分辨率 :12Bit(4096)； 非线性 : LSB(最大 )； D/A 输出精度 (满量程 ):12LSB； 建立时 I旬 :5uS(0.01%精 度 )； 输出阻抗 :0.2 ； 4、数字量输入 /输出部分 数字量输人通道数 :8Bit(并行不锁存 )； 数字量输出通道数 :8Bit(并行锁存 )； 输人 /输出电平特性 :TTL 电平兼容。 5、可编程定时 /计数器部分 定时 /计数器板上时钟频率 :4MHz ； 定时 /计数器板上时钟频率 :延 4MHz ； 可使用定时触发频率 :0.001Hz 200KHz ； 输人 /输出电平特性 :TTL 电平兼容； A/D 转换外触发通道数 :1路； A/D 转换外触发信号特性 :下降沿有效。 6、中断申请和 DMA 部分 中断申请通道数 :2 路 (硬件选择 )； 中断申请级别 :IRQ3、 IRQ4、 IRQS、 IRQ7、 IRQ10、 IRQ11、 IRQ12、 IRQ 15； 中断申请信号有效电平 :高电平有效； 中断申请信号电平特性 :TTL 电平兼容； DMA 传输通道数 ；2 路 (硬件选择 )； DMA 通道级别选择 :DMA1,DMA3(硬件选择 )； DMA 传输信号电平特性 :TTL 电平兼容。 二、 HY-8021A 多功能数据采集板的工作原理 HY-8021A 板主要由模 /数转换 (A/D)电路、数 /模转换 (D/A)电路、数字量输人 (DI)电路、数字量输出 (DO)电路和定时 /计数器 (T1)电路及 PC AT 总线接口电路等六部分组成。通过各部分电路的组合，力求满足用户各种用途的要求。 在 HY-8021A 板上用户通过软件编程或硬件控制来启动 A/D 转换，当 A/D 转换完成后，可通过软件查询 A/D 完成位然后读取数据 ；或者通过 A/D 完成后 发出中断申请然后由中断服务程序读取数据 ；或者通过 A/D 完成后发出 DMA 请求，由 DMA 传送至主机内存。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 26 HY-8021A 板模拟输出可由软件分两次向板上 D/A 输出寄存器写人数据， D/A 转换器将D/A 输出寄存器中的数据转换为模拟量输出供用户使用， HY-8021A 板的数字量输人电路采用 74LS373 构成缓冲式输人，供用户软件直接读取 8Bit 输入数据 .数字量输出电路采用74LS273 构成锁存式输出电路，具有上电清零的功能。通过向 I/O 口地址写数据，可改变8Bit 数字量输出值。 在 HY-8021A 板 A/D 转换电路的触发方式主要分为软件触发、定时触发和外触发三种方式。 其中外触发主要有下列两种方式 : a、外触发方式 b、外门控定时触发方式 在 HY-8021A 板 A/D 转换的结果可通过下列三种方式传送给主机 : a、软件查询 A/D 转换完成位，然后由主机读人结果数据。 b、 A/D 转换完成后，发出中断申请信号，然后由主机读人结果数据。 c、 A/D 转换完成后，直接存储器存取 (DMA)工作方式。 3.2.4 自动检测控制系统和显示 自动检测控制系统应能根据输入的车 辆参数自动设置加载载荷和选择排放标准。检测程序，数据采集和分析判断检测结果应由计算机控制自动进行。自动检测控制系统应考虑到排气分析仪的响应时间，以确保记录的排气污染物检测值与相应的试验工况记录值互相对应。 系统应配备清晰可见的驾驶员引导装置。引导装置应不断显示所需速度，试验工况时间，驾驶实际速度和时间，以及其它必要的提示和警告。系统应具有设备数据生成功能，具体格式将根据国家环境保护主管部门的要求另行规定。 3.3 在底盘测功机上的测试运转循环 在底盘测功机上的测试运转循环由 ASM5025 和 ASM2540 两个工况组成，见图 3-2、表3-2 所示 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 27 图 3-2 稳态工况法（ ASM）试验运转循环 表 3-2 稳态工况法（ ASM）试验运转循环表 工况 运转次序 速度 km/h 操作时间（ mt） s 测试时间（ t） s 5025 1 25 5 / 2 25 15 3 25 25 10 4 25 90 65 2540 5 40 5 / 6 40 15 7 40 25 10 8 40 90 65 3.3.1 ASM5025 工况 经预热后的车辆加速至 25.0km/h，测功机以车辆速度为 25.0km/h、加速度为 1.475m/s2 时的输出功率的 50%作为设定功率对车辆加载，工况计时器开始计时（ t=0s）。车辆以 25.0 km/h 1.5km/h 的速度持续运转 5s，如果底盘测功机模拟的惯量值在计时开始后持续 3s超出所规定误差范围，工况计时器将重新开始计时（ t=0）。如果再次出现该情况，检测将被停止。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 10s，则预置时间为 10s， t=15）然后系统开始取样，持续运行 10s（ t=25s）即为 ASM5025 快速检查南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 28 工况。 ASM5025 快速检查工况结束后继续运行至 90s（ t=90s）即为 ASM5025工况。 3.3.2 ASM2540 工况 ASM5025 工况检测结束后车辆立即加速至 40.0km/h，测功机以车辆速度为 40.0km/h，加速度为 1.475m/s2时的输出功率的 25%作为设定功率对车辆加载。工况计时器开始计时（ t=0s）。车辆以 40.0 km/h 1.5km/h 的速度持续运转 5s，如果底盘测功机模拟的惯量值在计时开 始后持续 3s 超出所规定误差范围，工况计时器将重新开始计时（ t=0）。如果再次出现该情况，检测将被停止。系统将根据分析仪最长响应时间进行预制，（如果分析仪响应时间为 10s，则预时间为 10s， t=15）然后系统开始取样，持续运行 10s（ t=25s）即为 ASM2540 快速检查工况。 ASM2540 快速检查工况结束后继续运行至 90s（ t=90s）即为ASM2540 工况。 3.4测试程序 车辆驱动轮位于测功机滚筒上，将分析仪取样探头插入排气管中，深度为 400mm，并固定于排气管上。对独立工作的多排气管应同时取样 。 3.4.1 ASM5025工况 车辆经预热后，加速至 25km/h，测功机根据测试工况要求加载，工况计时器开始计时（ t=0s），车辆保持 25 km/h 1.5km/h 等速 5s 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 5s，检测应重新开始。然后系统根据所规定开始预置 10s 之后开始快速检查工况，计时器为 t=15s时分析仪器开始测量，每秒钟测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计算 10s 内的排放平均值。运行 10s（ t=25s） ASM5025 快速检查工况结束。车辆运行至 90s（ t=90s） ASM5025 工况结束。测功机在车速 25.0 km/h 1.5km/h 的允许误差范围内，加载扭矩应随车速的变化做相应的调整，保证加载功率不随车速改变。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 10s 内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于0.5km/h，测试结果有效。快速检查工况的 10s 内的排放平均值经修正后如果等于或低于限值的 50，则测试合格，检测结束；否则应继续进行至 90s 工况。如果所有检测污染物连续 10 秒的平均值均低于或等于限值，则该车应判定为 ASM5025 工况合格，继续进行ASM2540 检测；如任何一种污染物连续 10 秒的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。在检测过程中如任意连续 10s 内的任何一种污染物 10 次排放值经修正后均高于限值的 500，则测试不合格，检测结束。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 29 3.4.2 ASM2540工况 车辆从 25km/h 直接加速至 40km/h，测功机根据测试工况要求加载，工况计时器开始计时（ t=0s），车辆保持 40 km/h 1.5km/h 等速 5s 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 5s，检测应重新开始。然后系统根据所规定开 始预置 10s 之后开始快速检查工况，计时器为 t=15s时分析仪器开始测量，每秒钟测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计算 10s 内的排放平均值。运行 10s（ t=25s） ASM2540 快速检查工况结束。车辆运行至 90s（ t=90s） ASM2540 工况结束。测功机在车速 40.0km/h 1.5km/h 的允许误差范围内，加载扭矩应随车速的变化做相应的调整，保证加载功率不随车速改变。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 10s 内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于0.5km/h，测试结果有效。快速检查工况的 10s 内的排放平均值经修正后如果等于或低于限值的 50，则测试合格，检测结束；否则应继续进行至 90s 工况。如果所有检测污染物连续 10 秒的平均值均低于或等于限值，则该车应判定为合格。如任何一种污染物连续 10 秒的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。在检测过程中如任意连续 10s 内的任何一种污染物 10 次排放值经修正后如高于限值的 500，则测试不合格，检测结束。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 30 第四章 稳态加载工况法排放测试系统软件开发与试验 4.1 开发工具的选择 为了实现对检测系统各参数的检测和对设备及仪器的控制，必须依靠软件平台。在WINDOWS 操作系统下可以选用多种开发语言实现对系统的控制，常用的开发软件有 VC,VB， LabVIEW ( Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorbench)等。 VB 是一种容易上手的应用软件，但其不支持面向硬件的直接编程，编码运行速度比较慢，在高精度的测控要求下很难满足要求。 VC 可以实现对硬件的直接控制，功能强大，运行速度较快，但该软件开发要求较高，因此在本系 统中局部对运行速度要求较高的测控部分 (如转速、扭矩及排放物浓度等数据的采集部分和电压调节器的控制部分 )采用该开发工具编制。 LabVIEW 是美国 NI 公司 (National Instruments Company)的产品，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析和数据显示等方面。 LabVIEW 和 VC, VB,Delphi 语言一样，也是一种程序开发环境，但是 LabVIEW 与这些语言的之间最大的区别在于 :其他这些开发环境都采用基于程序代码的编程语言，而 LabVIEW使用的是一种图形化的编程语言 -G语言 (Graphics Language，这种语言采用流程图的形式开发应用程序。同时 LabVIEW 与 VC,VB,Delphi 语言一样，是一种具有函数库的通用程序开发系统。 LabVIEW 自带的函数库可以用于数据采南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 31 集、 GPIB 和串行设备的控制、数据分析、数据显示和数据存储。 LabVIEW 还提供了一些常用的开发工具，这些工具可以提高程序开发效率和质量，简化程序的开发工作。系统开发可充分利用其强大的虚拟仪器技术进行检测分析，直观明了，开发费用低。因此选择LabVIEW 作为加速模拟工况汽车排放污染物检测系统的总体开发工具是可行的。 4.1.1 Labview 软件概述 LabVIEW 是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。 LabVIEW 集成了与满足 GPIB、 VXI、 RS-232 和RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用 TCP/IP、 ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为 G语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码 ，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此， LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位编译器。像许多重要的软件一样， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh的多种版本 15。 NI LabVIEW 是行业领先的用于开发设计、控制和测试系统的软件工具。自 1986 年问世以来，世界范围内的工程师和科学家在整个产品设计周期内都依靠 NI LabVIEW图形化开发环境来开发项目，从而获得更高的质量，更短进入市场的时间，和更高的工程和生产效率。 LabVIEW的图形化数据流语言很自然地吸引了全世界的工程师和科学家将其作为一种更加直观的方式用于自动测量和控制系统。结合了内置 I/O、交互式用户界面控件和指示器的数据流语言使得 LabVIEW 成为工程师和科学家的理想选择。 使用 LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪 器程序，简称为 VI。 VI包括两个部分 :前面板和程序框图。 如下图 4-1所示。 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 32 图 4-1 前面板和程序框图 4.1.2 Labview软件功能特点 LabVIEW 软件的特点可归纳为 : 1、采用图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言。 2、提供了丰富的数据采集、数据分析及存储的库函数。 3、既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独到的高亮执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为方便和快捷。 4、通过 32bit 的编译 器编译生成 32bit 的编译程序，可以保证用户数据采集、测试和测量方案的高速执行。 5、包括了 DAQ,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485 在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器。 6、提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，如 DLLs(动态连接库 )、 DDE(共享库 )、南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 33 ActiveX 等。 7、具有强大的 Internet 功能，支持常用网络协议。方便网络、远程测控仪器的开发。 4.2 测试软件开发 4.2.1 加载力矩与车速测量软件程序开 发 数据采集卡的驱动 一、数据采集的基本原理 为了获取检测系统所需要的各种外部参数，同时为了利用计算机的数字信号处理技术，首先要将外部的模拟信号转换为数字信号。转换工作是由采集卡（ DAQ)的核心 -模数(A/D)转换器来完成的。采集卡的转换速率和精度主要和模数转换器的结构类型有关。目前使用较多的模数转换器主要有逐次逼近型、双积分型、并行式转换型、 V/F 转换型及 -型等多种类型。其中逐次逼近型和并行式转换型转换速率较快，常常构成高速数字信号通讯；双积分型及 V/F 转换型转换速率不高， 转换时间较长，但其转换精度较高，常构成低速 A/D 转换器；而 -型 A/D 转换器是近年研制出来的新型模数转换器，它的优点是分辨率高 ( 16 位 )、线性度好、成本低，目前已成为高分辨率 A/D 转换器的主流产品。 数据采集可以分为两个阶段 :首先是模拟信号的量化，然后是进行编码。编码后的信号即成为数字信号，可以被计算机所识别。量化是指将连续变化的模拟信号离散为一系列不同的模拟量状态，而编码则是将每一个已经离散了的模拟量再确定一个二进制数字量。 从模拟量转换到数字量时，需要一定的时间来完成模拟量的量化和编 码工作，该时间被称为 A/D 转换器的转换时间。在转换时间内，转换器只能完成一次转换并产生一个输出编码，因此在转换时间内也只能有一点的信号振幅可能与输出编码对应。实际转换过程中，在转换时间内，一个输出编码对应的是输人模拟量的一段变化量，这样就产生了转换误差。采集时总是希望分辨率要高，同时转换时间要短。为了实现这一功能，在采集卡中设计了采样保持电路来解决这一难题。采样保持电路的作用是将所采集的信号电压在完成数据转换所需的时间内进行锁存。这样在一个采样周期内，采样保持器内存储并输出的电压将是一个恒值，当转换器对该电 压进行数据转换时，就不必考虑数据转换所需的时间长短，从而可以使用高分辨率的转换器来提高转换转换精度，这种技术已广泛使用在 A/D 采集技术中 10。 在采集过程中，对采集结果影响最大的因素主要有两个，一个是采样分辨率，另一个是 A/D 转换速度。采样分辨率即是通常所说的 A/D 转换器输出的二进制数的位数，位数多时其转换精度也较高。转换速度即是采样速率，是指在单位时间内数据采集卡对模拟信号南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 34 的采样次数。较高的采样速率就意味着在给定的时间内采集更多的点，因而可以更好地还原原始信号，信号的失真度就较低。相反，如果采 样速率较低则可能会导致原始信号的畸变，使整个系统的精度降低。通常将这种信号畸变叫做混频 (Alias)。根据奈奎斯特理论(Nyquist theorem )，为了防止在采集时产生混频，最低采样频率必须是原始信号频率的两倍。对于某个给定的采样率，能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做奈奎斯特频率。在实际采集系统中，往往会同时使用多个输人通道，为了保证采样的精度，要求采样率应该是通道数与信号频率之积的 (7 10)倍，否则无法得到准确的检测结果。其表达式如式 4-1 所示 : Fc=(7 10)FmaxN (4-1) 式中 :Fc:系统采样频率 ； Fmax:源信号最高频率 ； N:采样通道数。 二、 稳态加载 工况下采集过程的实现 稳态加载工况下数据采集主要通过动态链接库 (DLL)文件实现。在此文件中通过 VC+ 6.0 语言编写了采集程序，供 LabVIEW 在采集和控制时调用。 其中采集子程序简述如下 : #include stdafx.h #include sys2l.h #include dos.h #include stdio.h #include conio.h #include math.h /略 float PASCAL EXPORT ADCAIJI(int chno,int addly) int i,j,ad； float adv； _inp(646)； _outp(640,0)； _outp(641,chno)； for(i=0； iaddly； i+)； for(j=0； j5； j+) 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 35 _inp(642)； do ； while(!(_inp(640)&0x40)； adj=_ inp(643)+(_inp(644)&0xf)+8)； advj=(float)(float)adj-2047)*20/4096)； /略 return adv； /略 . 在采集过程中大气压、大气湿度及大气温度数值可在检测准备阶段进行采集，汽车尾气排放值 (最多 5组通道 )同时采集。本系统中源信号的最高频率为 50Hz，采集板的系统采样频率为 50KHz，根据奈奎斯特理论 (Nyquist theorem )11和多通道采集原则，此信号采集装置可以保证采集数据的精度。系统采集采用调用子程序的方法进行。 LabVIEW 强大的测控功能还和其选用的采集卡有关。一般来说 LabVIEW 只支持 NI 公司的采集卡，而且软件本身还带有 NI 公司采集卡的驱动，使用非常方便，测控功能强。但是 NI 公司的采集卡都很贵，普通用户很难承受。为了弥补这一不足， LabVIEW 还支持其他公司的采集卡，但 LabVIEW 并不提供它们的驱动和应用程序，需要用户自己开发。本系统选用华控公司的 HY-8021A 采集卡，其 驱动程序由用户开发。在开发过程中，我们运用LabVIEW 可以调用外部动态链接库 (Dynamic Link Library，简称 DLL)的特性，通过 LabVIEW本身提供的调用库函数节点 CLF（ Call Library Function)功能实现对自编的动态链接库文件的调用，以实现数据的采集和控制作用。自编的 DLL 文件建立在 Visual C+6.0 环境 下，是和 LabVIEW 相兼容的 32 位程序。 数据采集程序 测控程序是计算机实现数据采集功能的核心部分，也是 ASM 测试系统的关键。以LabVIEW 为平台，编写的测控程序分为前、后面板两部分。 前面板如图 4-2 所示 ： 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 36 图 4-2 前面板 该测控程序的后面板如图 4-3所示： 图 4-3 程序框图 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 37 4.3 运行试验 试验用长安 SC6372A 汽车在本设计构建的试验系统上进行，系统试验的实景照片如图4-4 所示。长安 SC6372A 汽车基准质量为 990kg。根据 ASM2540 与 ASM5025 工况测试要求，底盘测功机控制加载扭矩，驾驶人员控制测试车 车速。 图 4-4 测试试验实景图 实验时 ASM2540 与 ASM5025 工况施加扭矩计算如下： 测功机内部为摩擦阻力矩按式 4-2 计算。 TB=0.00048V2+0.05546V+3.643(N m) (4-2) 式中 TB为内部摩擦阻力矩， V为车速 (km/h)。 则 ASM5025 与 ASM2540 工况测试时，内部摩擦阻力矩 TB5025和 TB2540分别为： TB5025=5.3295(N.m) (4-3) TB2540=6.6294(N.m) (4-4) 分别根据式 4-3、 4-4 计算可得 ASM5025 与 ASM2540 试验时，加载所知的设定值分别为： T5025=（ 0.15479 RM TB5025） /0.159 930(N.m) (4-5) T2540=（ 0.07739 RM TB2540） /0.159 440(N.m) (4-6) 试验中，采样频率为 1.5Hz 时，试验车速与加载扭矩的原始采集数据结果如图 4-5、4-6 所示 ,实验时，计算机 自动保存了测试数据为了显示数据，运用 LABView 语言编辑软件，用来采集测试数据。在采集之前要对实验数据进行滤波处理，以保证图形的准确性，程序框图如图 4-7所示 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 38 ASM5025 工况： 图 4-5 5025 工况数据分析前面板 ASM2540 工况 南京林业大学本科毕业设计 稳态加载汽油车排放测试系统设计 第 页 共 39 页 39 图 4-6 2540 工况数据分析前面板 图 4-7 数据分析软件程序框图 第五章 结论 实施 I/M制度是目前控制在用汽车排放污染的最行之有效的手段，为了满足 I/M制度的实施要求 ,在用汽车的排放检测方法由怠速 /双怠速法向工况法发展。 通过对 I/M制度的了解，掌握了在用车排放污染物简易工况检测方法。简易工况法包括 稳态工况法