《汽车检测与试验技术教材》课件第5章 汽车环境保护特性测量

5.1排气污染物测量5.2汽车噪声测量5.3汽车电磁兼容性测量5.1排气污染物测量5.1.1汽油车排气污染物测量汽油车排气污染物主要指CO、HC和NOx，其中HC以正己烷当量表示，而NOx以NO表示。装用点燃式发动机的新生产汽车和在用汽车排气污染物排放限值见GB18285—2018《汽油车污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》。废气分析仪中的NO2检测原理见图51。分析仪由反应室、催化转化器、光电倍增器、放大器和指示仪表等组成。检测时，汽车尾气进入催化转化器，尾气中的NO2经催化转化器转化为NO后进入反应器，O3发生器产生的O3也同时进入反应器。在反应器中，NO与O3发生化学反应，产生化学发光，并经滤光片进入光电倍增器转化成电信号，此信号经信号放大器放大后由指示仪表显示出NO2的浓度。汽油车排气污染物的测量方法主要有双怠速法和简易工况法(加速模拟工况法)。1.双怠速法双怠速法是参照ISO3929中制定的双怠速排放测量程序进行的。双怠速是指高怠速工况和怠速工况。高怠速工况指在满足怠速工况条件下，用油门踏板将发动机转速稳定控制在50%额定转速或制造厂技术文件规定的高怠速转速时的工况。2.简易工况法简易工况法是在汽车有载荷的情况下进行的排放测试，该方法利用底盘测功机模拟道路行驶阻力，汽车按照一定速度，并克服一定的阻力，在保持该阻力不变的情况下进行试验。简易工况法包含稳态工况法、瞬态工况法与简易瞬态工况法等。稳态工况又称加速模拟工况(ASM)。稳态工况法是指汽车预热到规定的热状态后加速至规定车速，根据汽车规定车速时的加速负荷，通过底盘测功机对汽车加载，使汽车保持等速运转工况，测试汽车发动机排出的有害气体的浓度值。进行ASM试验需要使用底盘测功机和排气分析仪。5.1.2柴油车排气污染物测量1.柴油车排气污染物的测量仪器柴油车排气污染物的测量仪器主要有滤纸式烟度计和不透光烟度计两种。滤纸式烟度计用于柴油车的烟度测量，不透光烟度计用于柴油车的可见污染物测量。1)滤纸式烟度计滤纸式烟度计是一种非直接测量仪器，通过检测测量介质被所测烟度污染的程度大小来间接读出烟度的大小。烟度用符号SF表示，其大小用FSN值表示。滤纸染黑的程度不同，则对照射到滤纸表面光线的反射能力不同。烟度SF可表示为2)不透光烟度计不透光烟度计可分为全流式不透光烟度计和分流式不透光烟度计两类。全流式不透光烟度计测量全部排气的透光衰减率;分流式不透光烟度计将排气中一部分废气引入取样管，然后送入不透光烟度计进行连续分析。我国标准规定使用分流式不透光烟度计，如图53所示。不透光烟度计检测原理如图54所示。由式(55)可得由于我国新的排放标准中用光吸收系数作为柴油机排放烟度的评价指标，因此不透光烟度计应使用光吸收系数作为计量单位，它是一种光吸收的绝对单位。但有的不透光烟度计用不透光度作为计量单位，其不透光度是指光线被排烟吸收而不能到达光接收器的百分率。仪表的不透光度可用下式换算为光吸收系数:2.测量方法柴油车排气污染物的测量分为稳态烟度测量和非稳态烟度测量两种。1)稳态烟度测量稳态烟度测量方法有全负荷工况法和加载减速工况法两种。(1)全负荷工况法。全负荷工况法是一种柴油机在全负荷稳定转速下测量柴油机排气烟度的方法。由于柴油车冒黑烟在全负荷运转时较为严重，因此全负荷工况法是柴油车烟度检测中最常用的方法。(2)加载减速工况法。加载减速工况法是一种在汽车底盘测功机上模拟车辆负载稳定运行时测量压燃式汽车排气烟度的方法。2)非稳态烟度测量非稳态烟度测量是指柴油车在变工况条件下利用不透光烟度计检测其排气烟度。目前，非稳态烟度测量广泛使用自由加速烟度法。自由加速烟度法是指柴油机从怠速状态突然加速至高速空载转速过程中进行排气烟度测量的一种方法。典型的自由加速烟度检测规程如图55所示。5.2汽车噪声测量5.2.1噪声及其评价指标1.声压级声压是指声波作用于大气使大气压强发生变动的变动量，单位为Pa。它是表示声音强弱的客观度量指标。声压级是指将待测声压与参考声压比值取常用对数，再乘以20的量值，单位为dB。声压级越大，表示声音越强。2.计权网络在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，这种网络称为计权网络。3.计权声级噪声的大小、危害程度以及对周围环境的污染，用噪声级来评定。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(即线性声压级)，而是经过听感修正的声压级，即计权声级或噪声级。国际标准组织近几年发布的标准都采用A声级表示。5.2.2噪声来源及测量仪器1.噪声来源汽车噪声可简要分为以下几种:发动机噪声、进排气系统噪声、风扇噪声、传动系统噪声、轮胎噪声、制动噪声、起动噪声、车身结构噪声等。2.噪声测量仪器汽车噪声的测量是汽车噪声控制与评价的重要组成部分。汽车噪声测试的常用设备是声级计。声级计(也称分贝仪，俗称噪音计)是一种最基本的噪声测量仪器，它可以按人耳相近的听觉特性检测汽车噪声和喇叭声响。声级计主要由传声器(也称话筒、麦克风)、放大器、衰减器、听觉修正网络(线路)、指示仪表和校准装置等组成，如图56所示。3.声级计工作原理如图57所示，声级计检测时，噪声通过传声器转换成电压信号，并由前置放大器变换阻抗，使其与输入衰减器匹配，然后信号经输入放大器送入计权网络处理，再经输出衰减器及放大器将信号放大到一定的幅度，最后经有效值检波器进入指示仪表，从表头得到相应的声级读数。5.2.3汽车噪声测量方法及标准1.车外噪声测量噪声测量场地示意图如图58所示。车外噪声测量分为加速行驶车外噪声测量与匀速行驶车外噪声测量两种。2.车内噪声测量1)车内噪声测点位置在人耳附近布置测点，话筒朝向车辆前进方向。驾驶室内噪声测点位置如图59所示。客车室内噪声测点可选在车厢中部及最后一排座的中间位置，话筒高度可参考图59。2)车内噪声测量方法车内噪声测量是指测量车辆以常用挡位，50km/h以上的不同车速等速行驶时的车内噪声。用声级计“慢”挡测量A、C计权声级，分别读取表头指针最大读数的平均值。GB7258—2017《机动车运行安全技术条件》规定，客车以50km/h的速度匀速行驶时，客车车内噪声声级应不大于79dB(A)。3.驾驶人耳旁噪声测量将变速器置于空挡，使车辆处于静止，而发动机在额定转速状态下运转时，声级计用A计权网络、“快”挡进行测量，读取声级计的读数。GB7258—2017《机动车运行安全技术条件》规定，汽车驾驶员耳旁噪声声级应不大于90dB(A)。4.汽车喇叭声级测量汽车喇叭声级的测点位置如图510所示，测量时应注意不被偶然的其他声源峰值所干扰，测量次数定在2次以上，测量喇叭声级的同时也要监听喇叭声音是否悦耳。从防止噪声对环境污染的角度出发，汽车喇叭噪声越低越好。从保证行车安全的角度出发，汽车的喇叭必须有一定的响度。为此，GB7258—2017《机动车运行安全技术条件》对汽车喇叭作出如下要求:(1)具有连续发声功能，其工作应可靠。(2)在距车前2m，离地高1.2m处测量时，喇叭声级的数值应为90~115dB(A)。5.汽车定置噪声测量汽车定置噪声是指车辆不行驶，发动机处于空载运行状态时的噪声。汽车定置噪声测量按GB/T14365—2017《声学—机动车辆定置噪声声压级测量方法》的规定进行，汽车定置排气噪声测量场地及传声器位置如图511所示。5.3汽车电磁兼容性测量5.3.1汽车电磁干扰的危害1.电磁干扰电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)是指任何可能会降低某个电气装置、设备或系统的性能,或可能对生物或物质产生不良影响的电磁现象。换言之,电磁干扰是指由电磁干扰源发射的电磁能量,经过耦合途径传输至敏感设备,敏感设备又对此表现出某种形式的响应,并产生干扰的效果。电磁干扰主要有传导干扰和辐射干扰两种。2.电磁干扰的危害当汽车在公路上运行时,汽油发动机的高压点火系统会产生强电磁波,干扰周围的无线电广播和无线电通信业务的正常运行,并且对电磁环境造成污染。车辆产生的电磁干扰不但对车辆外界的无线电设备造成影响,而且也会对车辆内部的各种电子部件造成不良影响。因此,人们将电磁污染(电磁干扰)列为汽车造成的三大污染(排放污染、噪声污染、电磁污染)之一。3.汽车自身的电磁干扰源汽车自身的电磁干扰源主要有高压点火系统、感性负载(如电机类电器部件)、开关类部件(如闪光继电器)、电子控制单元(ECU)以及灯具、无线电设备等,这些部件产生的干扰会在汽车内部造成相互影响。4.汽车内部电磁干扰的特点汽车内部电磁干扰的特点不同于汽车对外部的干扰。车内电磁干扰既会通过各种连接线缆传播,也会以耦合方式、空间辐射(发射)方式传播。5.3.2汽车电磁兼容性测试方法1.汽车电磁干扰评价指标汽车电磁干扰的评价指标是汽车的电磁辐射量。根据检波方式的不同,汽车的电磁辐射量可用平均值、峰值和准峰值表示。在规定的条件下,检测汽车的电磁辐射量可以评价汽车的无线电骚扰特性。在GB14023—2011中,规定测量频率范围为30~1000MHz的整个频段。在不具备连续扫描测量仪器的情况下,允许按表53中规定的11个频率点进行测量。如果11个频点的干扰场强均低于相应的限值,则可认为在整个频段内,被测车辆的干扰值不会超过规定的限值,如图512所示。2.测量评定1)测量设备频谱分析仪和扫频接收机适用于辐射干扰场强的测量。对于相同的带宽,频谱分析仪和扫频接收机的峰值检波器所显示的峰值均大于准峰值。由于峰值检波比准峰值检波扫描速度快,因此发射测量采用峰值检波更方便。在采用准峰值限值时,为了提高效率也可使用峰值检波器测量。任何测量的峰值等于或超过相应单个采样形式试验限值时,应使用准峰值检波器重新测量。测量仪器的最小扫描时间/频率(即最快扫描速率)见表54。测量仪器的带宽是一个重要的技术参数,选择带宽时,应使仪器的本底噪声值至少比限值低6dB。推荐的测量仪器带宽见表552)测量场地(1)开阔试验场的要求。试验场应是一个没有电磁波反射物,以车辆或装置与天线之间的中点为圆心,最小半径为30m的圆形平面空旷场地。大型汽车测量场地的要求如图513所示。长度和宽度小于2m的车辆和装置,其试验场地要求可参考GB/T6113.101—2016。其测量设备、棚或装有测量设备的车辆可置于试验场内,但只能处于图513中交叉阴影线标示的允许区域内。(2)天线位置的要求。天线位置的极化方向、天线高度与距离如图514和图515所示。(3)被测车辆的要求。在测量时,应分别在被测车辆两侧进行,发动机应处于正常工作温度,发动机的转速见表56。5.3.3测量结果统计分析与评定1.测量结果统计分析为了以80%的置信度保证在大量生产的车辆或装置中有80%的产品符合规定的限值L,应满足下列条件,即n个车辆或装置测量结果的标准偏差为2.测量结果评定(1)评定总则。评定单个车辆或装置时,采用扫描测量的全部数据;评定多个车辆或装置时,将前述的特性电平与对应的子频段内典型频率的限值进行比较。(2)形式试验结果的评定。单个样品的试验:对于新产品系列的样车或装置,测量结果应比规定的限值至少低2dB。多个样品的试验:应随机抽取5个或5个以上的样品进行测量,其测量结果要与单个样品的测量结果相结合,在每一个子频段的测