【正文】 ................................................. 40 4 引 言 學(xué)校汽車動(dòng)力性及排放測試專業(yè)實(shí)驗(yàn)室有兩套高新設(shè)備，一套為汽車底盤測功機(jī)，購自深圳大雷公司，另一套為汽車尾氣排放分析儀，購自廈門海騰公司。影響國家實(shí)驗(yàn)室的形象 及聲譽(yù)。 5 第一章 緒論 選題背景及意義 汽車是現(xiàn)代社會(huì)最重要的發(fā)明之一，它的誕生改變了這個(gè)世界。 因此，一方面要從技術(shù)上入手，努力研究開發(fā)高性能、低污染的汽車，這是汽車研究、生產(chǎn)部門孜孜以求的目標(biāo)；另一方面要加強(qiáng)對在用汽車的定期檢測，以便及時(shí)維修調(diào)整，使汽車處于良好的技術(shù)狀況，這就是汽車檢測技術(shù)要解決的問題。因此，重視對汽車的檢測設(shè)備和測控系統(tǒng)的創(chuàng)新研究，提 高檢測精度、可靠性與公正性，降低系統(tǒng)的制造和使用成本，是國內(nèi)汽車檢測行業(yè)孜孜努力的方向 底盤測功機(jī)發(fā)展歷史 國內(nèi)外的汽車底盤測功機(jī)的發(fā)展由機(jī)械式到電子式，結(jié)構(gòu)由復(fù)雜到簡單的過程。 在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的汽車檢測設(shè)備的基礎(chǔ)上，盡量減少機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，并采用反應(yīng)速度快的高精度傳感器，電子計(jì)算機(jī)與機(jī)械裝置相結(jié)和的方法來設(shè)計(jì)汽車檢測設(shè)備，為檢測高速行駛中的汽車的真實(shí)性能提供了可能性。對 于測定穩(wěn)定工況下的汽車性能而言，在轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上只要裝有作為負(fù)荷的測功機(jī)就可以，而且希望旋轉(zhuǎn)部分的慣性矩盡量小，以減少慣性對測量裝置的影響；對于測定非穩(wěn)定工況的汽車性能而言，為了模擬汽車重量的影響，實(shí)驗(yàn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的動(dòng)能應(yīng)與行駛汽車的動(dòng)能相等。它利用電磁力及發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)提供測功機(jī) 所需要的負(fù)載。通過設(shè)計(jì)良好的汽車底盤測功機(jī)測控系統(tǒng)使其能自動(dòng)調(diào)節(jié)，并具有滿意的動(dòng)靜態(tài)品質(zhì) [6, 7] 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車底盤測功機(jī)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)發(fā)達(dá)國家的汽車制造、檢測和維修業(yè)當(dāng)中。 1981 年，天津公共汽車公司三廠和交通部科學(xué)研究院參考 引進(jìn)日本彌榮的 CDM310 型底盤測功機(jī)，研制出汽車性能試驗(yàn)臺(tái)?？刂品绞届`活，既可由轉(zhuǎn)鼓在某種恒定速度下反拖汽車行駛，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦損失的測量研究， 又可以對汽車在不同速度情況下的道路阻力進(jìn)行模擬，施加給電機(jī)而完成汽車動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的研究。 PLC 主要實(shí) 現(xiàn)各種邏輯切換控制功能，工控機(jī)主要用作道路阻力設(shè)定器的功能，實(shí)時(shí)計(jì)算得到當(dāng)前應(yīng)該給定的阻力大小并送至變頻器。單片機(jī)的程序主要用 C 語言進(jìn)行編寫，這樣有利于程序的移植和修改，同時(shí)應(yīng)用 7 模塊化編程，使得程序的可讀性強(qiáng)，修改和維護(hù)方便。德國申克公司生產(chǎn)的汽車底盤測功機(jī)，它自己帶有的一套控制模式能實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制和模擬控制 轉(zhuǎn)速、滑行等功能，可逼真地再現(xiàn)實(shí)際工況。 2）數(shù)字控制，計(jì)算機(jī)的輸入輸出信息都是數(shù)字信息，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是對被控對象的信息進(jìn)行采樣、量化、保持等變換。其中 DCS 是融 DDC 系統(tǒng)及整個(gè)工廠的生產(chǎn)管理為一體的高級(jí)控制系統(tǒng)。它利用單元組合儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，用軟件組成各種功能模塊，并用顯示器顯示溫度、壓力、流量等過程參數(shù)，通過高速通訊網(wǎng)絡(luò)把二者連成一個(gè)系統(tǒng)，從而可以采集更多的點(diǎn)和控制更多的回路。現(xiàn)場總線技術(shù)是 20 實(shí)際 90 年代興起的一種先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，它將當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通訊與管理的觀念引入工業(yè)控制領(lǐng)域。 近年來，分布式計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與微電子技術(shù)的長足發(fā)展為測控系統(tǒng)向分布式、網(wǎng)絡(luò)化和以計(jì)算機(jī)作為平臺(tái)的方向拓展提供了良好的條件，也為測控領(lǐng)域中 M3（測量、通信、控制、計(jì)算機(jī)）技術(shù)的應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。汽車排放法規(guī)的制定和實(shí)施，汽車排放新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究和開發(fā)都離不開汽車排放測試系統(tǒng)。 測控分析的發(fā)展現(xiàn)狀 在國外，先進(jìn)的汽車排放實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，歐洲、美國、日本等國家，已擁有先進(jìn)的排放測試設(shè)備制造技術(shù)和現(xiàn)代化的排放實(shí)驗(yàn)室。清華大學(xué)、吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校也籌建了自己的排放測試試驗(yàn)室。由此可見，根據(jù)實(shí)際需要，利用先進(jìn)的軟硬件編程技術(shù)，在國內(nèi)開發(fā) 與國外同等同能且適合國情的測控系統(tǒng)是必要和可行的，并且開發(fā)成功必然能創(chuàng)造較大的社會(huì)效益。國外發(fā)達(dá)國家在發(fā)展過程中也碰到同樣問題，因此已紛紛推出了限制車輛尾氣排放的法規(guī)，如 EURO I 歐洲一號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)， EURO II 歐洲二號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)， EURO III、 EURO VI 等，以及 SULEV 超低排放標(biāo)準(zhǔn)等。汽車排放法規(guī)的制定和測試，汽車排放新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究和開發(fā)都離不開汽車排放測試系統(tǒng)。而國內(nèi)目前還沒有能力生產(chǎn)成套的、達(dá)到法規(guī)認(rèn)證試驗(yàn)要求的產(chǎn)品。另外由于在進(jìn)口的成套系統(tǒng)中，主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的成本也占很大比重。因此，這部分單位也是自主開發(fā)主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的潛在用戶。汽車排放污染帶來環(huán)境保護(hù)問題越來越重視， 世界各國制定限制汽車排放污染法規(guī)日趨嚴(yán)格。治理在用車排放污染物問題是一項(xiàng)重大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，就汽車技術(shù)而言，控制汽車排放的措施主要包括兩個(gè)方面：一是制定嚴(yán)格且可行的汽車排放法規(guī)，推動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)和應(yīng)用汽車排放控制新技術(shù)，開發(fā)新能源動(dòng)力汽車，降低出廠新車的污染物排放量 ；二是對在用汽車執(zhí)行嚴(yán)格的 I/M（ Inspection/Maintenance 檢測 /維護(hù)）制度，確保在用汽車排放控制系統(tǒng)正常工作[4][6]，因此在用車排放的檢測 [7][10]越來越受到重視。目視檢測主要 11 檢查排放系各部件有無丟失、脫落或外觀損壞；功能檢測主要檢測發(fā)動(dòng)機(jī)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)工作 是否正常、系統(tǒng)點(diǎn)火正時(shí)是否準(zhǔn)確、 EGR 系統(tǒng)工作是否正常、車載診斷系統(tǒng)故障指示燈是否亮等；排氣污染物檢測主要檢測尾氣中 CO 、 HC 和 NOx 的排放情況。目前美國根據(jù)排放檢測的效果和可行性，簡易工況法較 為良好?，F(xiàn)代高新技術(shù)在汽車應(yīng)用：控燃油噴、三效化器等技術(shù)，簡的無負(fù)檢測法已經(jīng)無能力識(shí)出這類現(xiàn) 技術(shù)制造的汽車的排放故障，因此，怠速或雙怠速法不能滿足目前我國 I/M 制度實(shí)施要求。 2020 年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對 GB 182852020 進(jìn)行了修訂，發(fā)布了 GB182852020《點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物限值及測量方法 (雙怠速法及簡易工況法 )》，提出 ASM 穩(wěn)態(tài)工況法，IM195 瞬態(tài)工況法和 VMAS195 瞬態(tài)工況法。既日起，我國將拒絕以上污染物排放重的新車領(lǐng)去行車排照，從“流動(dòng)源”污染的新車源頭開始控制機(jī)動(dòng)車排放污染。柴油車第二階段，即到2020 年實(shí)施歐盟 II 號(hào)水平的排放標(biāo)準(zhǔn)。但有后發(fā)優(yōu)勢，只要在發(fā)展中堅(jiān)持采用高起點(diǎn)，高效能，低污染的技術(shù)，是可以在較短時(shí)間內(nèi)迎頭趕上的。最后實(shí)行工況法控制，對柴油機(jī)則先實(shí)行“自由加速法”及“全負(fù)荷法”控制煙度，然后再與汽油車同步實(shí)施工況法。我國現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)排放限值標(biāo)準(zhǔn)體系見表 我國發(fā)動(dòng)機(jī)排放值標(biāo)準(zhǔn)體系 序號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目 標(biāo)準(zhǔn)及編號(hào) 適用范圍 1 輕型汽車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法 限值方法 GB — 93 GB 1164289 400Kg〈 =總質(zhì)量 〈 3500Kg 2 車用汽油機(jī)排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法 限值方法 GB — 93 GB/T 1476293 總質(zhì)量 3500Kg 的汽油車 3 汽油車燃油蒸發(fā)物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法 限值方法 GB — 93 GB/T 1476293 汽油車 4 汽油車曲軸箱污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法 限值方法 GB — 93 GB 1134089 汽油車 5 汽油車怠速污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法 限值方法 GB — 93 GB/T 384593 汽油車 6 柴油車自由加速煙度排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法 限值方法 GB — 93 GB/T 384693 柴油車 7 汽車柴油機(jī)全負(fù)荷煙度排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法 限值方法 GB — 93 GB/T 384783 柴油車 8 柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)及測量方法 GB 948688 柴油車 9 柴油機(jī)排放限值及測量方法 限值方法 GBn 267— 87 GB 6456— 86 GB 818787 10 摩托車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測 量方法 限值方法 GB14621— 93 GB/T14622— 93 GB/T 546693 13 （ 1）輕型汽車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量規(guī)程： 本標(biāo)準(zhǔn)適用于最大總質(zhì)量為 400~3500kg，最大設(shè)計(jì)車速在大于或等于50Km/h，裝點(diǎn)燃式四沖各及壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車、貨車與客車，冷啟動(dòng)后排氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)值?；鶞?zhǔn)質(zhì)量 =整車質(zhì)量 +100Kg 排放污染物的測試為 15 工況法試驗(yàn)，是模擬汽車城市繁華地區(qū)的行駛模式，其運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)祥見下表 ，被測汽車放置于底盤測功機(jī)上每次測量共為 13min，包括4 個(gè)循環(huán)，中間不得有間斷。 （ 2）車用汽油機(jī)排放污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量法規(guī) 本標(biāo)準(zhǔn)適用于最大總質(zhì)量 3500Kg 以上的汽車裝用汽油機(jī)，分為型式認(rèn)證試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值和產(chǎn)品一致檢查試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值。100r/min 下運(yùn)轉(zhuǎn)，每一個(gè)工況的最初 10s 內(nèi)，轉(zhuǎn)速偏差不得超過 177。各 15 工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為 60S，前 35s 為控制期，對測功機(jī)進(jìn)行調(diào)整。輕型車指最大總質(zhì)量 =3500Kg 的汽車 ,重型車是指 最大總質(zhì)量 3500Kg 的汽車。 汽油車怠速污染物排放標(biāo)準(zhǔn) CO % HC x 106 四沖程 二沖程 L H L H L H 以前的 定型汽車 900 1200 6500 7000 新生產(chǎn)汽車 1000 1500 7000 8000 生產(chǎn)的在用車 1200 2020 8000 9000 后 定型汽車 600 900 6000 6500 新生產(chǎn)汽車 700 1000 6500 7000 生產(chǎn)的在用車 900 1200 7500 8000 怠速工況是指 :發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) ,離合器結(jié)合 ,加速踏板與油門處于松開位置 ,機(jī)械式或半自動(dòng)變速器的變速桿處于空擋位置 ,自動(dòng)變速器的變速桿則處于停車或空擋位置 . 采用不分光紅外線吸收型 (NDIR)監(jiān)測儀 ,取樣軟管長 于 600mm. 受檢發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)應(yīng)裝有空氣濾清器 ,排氣系統(tǒng)應(yīng)裝有消聲器 ,并不泄露 .自 1995 年 7 月 1 日起新生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有怠速螺釘限位裝置 ,點(diǎn)火提前角在其可調(diào)范圍內(nèi)都應(yīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求 . 測量時(shí) ,如有必要應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝轉(zhuǎn)速計(jì) ,點(diǎn)火正時(shí)儀 ,冷卻水和潤滑油等測試儀器 。 C測出的氣體濃度 。有電反的底盤測功還可以量汽底盤及機(jī)架的耗功率。在試驗(yàn)臺(tái)上利用慣性飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來模擬汽車旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及汽車直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣量，采用電磁離合器自動(dòng)或手動(dòng)切換飛輪組合，在允許的誤差范圍內(nèi)滿足汽車的慣量模擬，而汽車在運(yùn)行過程中所受的空氣阻力非驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力等則采用功率吸收加載裝置來模擬。 20 目前在普遍使用的是單輪雙滾筒以及直徑所不同的四滾筒試驗(yàn)臺(tái)，這種試驗(yàn)臺(tái)具有安全定位方便，適用車型較的優(yōu)點(diǎn)。定子內(nèi)沿圓周勵(lì)磁和流環(huán)，轉(zhuǎn)的外上加有鑲均分布的槽，頂渦流環(huán)間留一定的氣隙。測功器定子上安裝有一定長度的測力杠桿，并在其端部下方安裝有壓力傳感器，壓力傳感器受壓力作用而產(chǎn)生與此成正比的電信號(hào)。所以只要測出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn) 速就可以得到要求的功率大小。 m。 Ia。在系留裝置及車偃等安 21 全措施保障下，通過控制系統(tǒng)可對加 載裝置及慣性模擬系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)對車輛的動(dòng)力性檢測 [19]?？倽L動(dòng)阻力表示為： Ff = Gf(N ) (22) 式中： G 是汽車重力， f 是滾動(dòng)阻力系數(shù)，其中行駛速度影響較大，高速時(shí) f 迅速上升。 3) 坡度阻力 汽車在縱坡度傾角為 α 的公路上行駛時(shí)，汽 車重力 G 在平行于路面方向產(chǎn)生分力。汽車加速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，稱為加速阻力。 m2； ig為變速器速比；i0 為主減速器速比；η T 為汽車傳動(dòng)系的機(jī)械效率； r 為汽車車輪的滾動(dòng)半徑，單位為 m。 水平及垂直方向受力平衡方程為： FF11+FF22))scionsαα00++((NN22+NN11))csoinsααGHk==00 28 式中： F F2 為前、后滾筒對車輪的切向反作用力； N N2 為前、后滾筒 22 對車輪的支承力； Gk 為被測汽車驅(qū)動(dòng)軸落在滾筒上的載荷； H 為車橋?qū)囕喌淖饔昧?[23]。 (210) 式中： FR 為底盤測功機(jī)模擬加載的力； Fm 為底盤測功機(jī)內(nèi)部總的機(jī)械阻力 Ff1 為汽車驅(qū)動(dòng)輪與滾筒間的滾動(dòng)阻力； FJ 為底盤測功機(jī)滾筒 及軸系旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的慣性力，且 dtdvRFJ = IR2，其中 IR 為測功機(jī)滾筒等旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 R 為滾輪半徑； Fj 為驅(qū)動(dòng)輪、發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到車輪的慣性力，且 dtdvrFj= Iw1 +If2i g2i02?。 (212) 整理得：