1、1汽车底盘测功机与尾气排放分析仪通讯系统设计为防止文章剽窃，维护版权正当权益，特上传该文章。其他人所有均为侵权剽窃。本论文为毛老师写作文章，编号1207-sh36202W摘要用 VB 编程，编一个软件而实现汽车底盘测功机系统和尾气采集系统的联机控制。两系统联机后，各自独立的功能完全保留，消除了测试过程中的“人为的误差”因素，提高了测试精度，使汽车排放测试达到国内先进的水平。关键字：汽车底盘测功机、尾气排放分析仪、联机通讯2AbstractUse VB programming, compile one software realize automobile chassis examine wor
2、k machine system and tail gas gather system on-line to control. After two systems are on-line, each independent function is totally kept, dispel the“ error that people are“ factor in the course of testing, Improve the precision of testing, make automobile discharge tested and reach the international
3、ly advanced level.Key word: Automobile chassis dynamometer, tail gas discharges the analysis instrument, on- line communication3目 录引 言 .1第一章 绪论 .21.1 选题背景及意义 .21.2 底盘测功机发展历史 .21.3 国内外研究现状 .31.4 汽车尾气排放测控系统概述 .41.4.1 测控系统特点 .41.4.2 测控系统的发展趋势 .41.4.3 测控分析的必要性 .51.4.4 测控分析的发展现状 .5第二章 汽车排放污染概述 .62.1 汽车排放
4、污染现状 .62.2 汽车排放种类 .72.3 排放标准制定的背景 .92.4 国内内燃机的排放限制及测试标准 .92.5 汽油车怠速污染物排放标准及测量方法 .13第三章 实验设备的工作原理及构造 .163.1 KDCG-3 型汽车底盘测功机 .163.1.1 底盘测功机 .163.1.2 底盘测功机的工作原理及构造 .173.1.3 功率吸收装置 .233.1.4 滚筒装置 .243.1.5 测量装置 .243.1.6 其他装置 .243.1.7 系统组成及安装 .253.1.8 车速信号采集 .263.2 废 气 分 析 仪 .263.2.1 废气分析仪的构成 .263.2.2 AVL
5、DiGas 4000 Light 分析仪的测量原理结构组成 .273.2.3 废气分析仪 .27第 四 章 实 验 部 分 .304.1 方法 .304. 2 试验方案 .30第五章 软件的设计及程序代码 .33第六章 小 结 .38参考文献 .40致谢 .424引 言学校汽车动力性及排放测试专业实验室有两套高新设备，一套为汽车底盘测功机，购自深圳大雷公司，另一套为汽车尾气排放分析仪，购自厦门海腾公司。由于两套设备购自两个不同的公司，没有实现联机通讯，在研究汽车道路行驶瞬态工况排放特性过程中，通过用底盘测功机来模拟汽车实际道路行驶情况，在汽车怠速过程中运行中，给予一瞬间的外界脉冲，据废气排放分
6、析仪采集到的数据，得出转速信号和排放信号在时间上有一个差值，即有一个时间延后。在实验时，两套设备操作人员只能靠“打手势”的办法代替联机通迅，实现对排放仪的操作，这样会存在以下问题。底盘测功机系统人员和尾气采集设备操作人员存在视觉反应及动作误差，两项累积误差可达 1.23s；在实验过程中需要两个操作员；用“打手势”的方法实现两套大型高新设备的通讯与其本身的先进水平 相比显得不协调给车辆送检单位 留下不好的印象。影响国家实验室的形象 及声誉。假设我国施行试验过程中切换集气袋的排放测试 工况试航测功机操作人员和尾气设备操作人员需要多次手势通讯。非常麻烦，容易出错误差更大，测试结果不准确。为此，我们进
7、行了汽车底盘测功机系统和尾气排放系统联机通讯控制的实验及开发工作。5第一章 绪论1.1 选题背景及意义汽车是现代社会最重要的发明之一，它的诞生改变了这个世界。由于汽车工业具有很强的产业关联度，因而汽车工业的发展程度一度被视为一个国家经济发展水平高低的重要标志。 汽车作为一种代步工具也逐渐进入一般家庭，随之带来的驾驶员非职业化、车流密集化等因素对汽车的安全性能提出了更高的要求。汽车本身又是一个复杂的系统，在使用过程中，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，汽车技术状况不断恶化，出现动力性、经济性下降，排放污染物增加，使用的可靠性降低，故障率上升等现象，严重时汽车不能正常运行1。 因此，一方面要从技
8、术上入手，努力研究开发高性能、低污染的汽车，这是汽车研究、生产部门孜孜以求的目标；另一方面要加强对在用汽车的定期检测，以便及时维修调整，使汽车处于良好的技术状况，这就是汽车检测技术要解决的问题。近些年发展起来的汽车检测技术，就是以研究汽车技术状况变化规律为基础，合理制定检测规范、检测参数和检测标准。充分利用现代化检测手段，在汽车不解体的条件下迅速准确地检测汽车各机构、系统、零部件的技术状况和使用性能，查找故障或隐患所在，采取相应的预防措施，确保车辆在良好的技术状况下运行。汽车底盘测功机就是常用的检测汽车性能的设备，其测控系统的好坏直接影响对汽车的检测结果，所以对汽车底盘测功机测控系统的研究就显
9、得十分的必要。因此，重视对汽车的检测设备和测控系统的创新研究，提高检测精度、可靠性与公正性，降低系统的制造和使用成本，是国内汽车检测行业孜孜努力的方向1.2 底盘测功机发展历史国内外的汽车底盘测功机的发展由机械式到电子式，结构由复杂到简单的过程。在 80 年代以前，汽车检测设备主要以机械结构为主，如机械式测滑实验台，测力弹簧结构的制动实验台等。汽车底盘测功机也主要以机械模拟为主，即采用飞轮模拟汽车行驶时的平移质量和旋转质量的惯量阻力，只能检测汽车在低速行驶状态下的参数，且精度很低。 进入 80 年代，随着汽车机电一体化的发展，汽车检测设备也进入了机电一体化设计阶段4。 在传统结构的汽车检测设备
10、的基础上，尽量减少机械传动环节，并采用反应速度快的高精度传感器，电子计算机与机械装置相结和的方法来设计汽车检测设备，为检测高速行驶中的汽车的真实性能提供了可能性。此阶段的汽车底盘测功机主要采用机械电模拟方式，用飞轮模拟汽车惯性阻力，用电负荷模拟汽车的另一部分行驶阻力，大大提高了检测的精度。当时，德、日、美三国的很多公司纷纷投入大量的人力、物力开发研制机械电模拟的汽车底盘测功机，并取得了很大成果。 随着研究的不断深入，人们发现采用飞轮组来模拟汽车的惯性阻力是有级模拟。对于测定稳定工况下的汽车性能而言，在转鼓实验台上只要装有作为负荷的测功机就可以，而且希望旋转部分的惯性矩尽量小，以减少惯性对测量装
11、置的影响；对于测定非稳定工况的汽车性能而言，为了模拟汽车重量的影响，实验台旋转质量的动能应与行驶汽车的动能相等。因此，必须采用惯性可调的飞轮，传动比可以改变的增速器或通过电力驱动的调节来改变实验台旋转质量6的动能，以适应重量不同的各种车型的需要。这将使试验台结构变得复杂且增加制造成本5。 因此人们开始研制通用的转鼓实验台，即电力汽车底盘测功机。它利用电磁力及发电机结构提供测功机所需要的负载。一般电力测功机至少有两种工况：一是拖动工况，在这种工况下，测功机的测功器作电动机运行，实现发动机起动、冷磨合、测定摩擦功率；二是消耗工况，在这种工况下，测功机的测功器作为发电机运行，以电阻作为负载，吸收转子
12、轴的输入功率。在消耗工况下，通过改变磁通量和改变负载电阻均可改变回路中的电流，这些都将改变汽车发动机的负载(即输出功率和扭矩)。电力测功机这种实验台没有飞轮装置汽车的惯性力的模拟也是通过电信号来调节，实现无级模拟。通过设计良好的汽车底盘测功机测控系统使其能自动调节，并具有满意的动静态品质6, 71.3 国内外研究现状汽车底盘测功机被广泛应用于工业发达国家的汽车制造、检测和维修业当中。德国申克公司生产的汽车底盘测功机，它自己带有的一套控制模式能实现数字控制和模拟控制转速、滑行等功能，可逼真地再现实际工况。还有德国的马哈公司、美国的野马公司、CLAYTON 公司、法国的 TELMA 公司、西班牙的
13、 FRENELSA 公司等生产的底盘测功机在其各自的国家均得到广泛应用，并出口到世界其他国家。 国内引进的大多是日本模拟电子式底盘测功机。1981 年，天津公共汽车公司三厂和交通部科学研究院参考引进日本弥荣的 CDM-310 型底盘测功机，研制出汽车性能试验台。1991 年，交通部公路研究所和成都汽车保修机械厂制成DCG-1OA 汽车底盘测功机，结束了我国不能生产底盘测功机的历史。 华中科技大学开发了一种基于 PC486 微机并结合模拟调节器的直流电力底盘测功机，这种三轴六轮驱动直流电力底盘测功机(每轴带有两个直径 0.8 m 的转鼓) ，可实现单轴、双轴或三轴驱动。基本上可对各种中小吨位的汽
14、车进行道路模拟实验。控制方式灵活，既可由转鼓在某种恒定速度下反拖汽车行驶，实现传动系统摩擦损失的测量研究，又可以对汽车在不同速度情况下的道路阻力进行模拟，施加给电机而完成汽车动力性及经济性的研究。 TL-DCG-60 型底盘测功机是武汉汽车工业大学、华南理工大学和广东省南海市闯拓高科技有限公司联合开发的产品。该底盘测功机的加速性能采用了电模拟方式，由测量系统对汽车加速过程中的车速、加速度实现实时检测，并由计算机依据行驶阻力的理论公式控制电涡流机，实时生成各种行驶阻力，实现模拟加载。 西安交通大学的交流底盘测功机的控制系统由一台工控机和一台 ROCKWELL 公司的 PLC 来协调整个控制功能。
15、 PLC 主要实现各种逻辑切换控制功能，工控机主要用作道路阻力设定器的功能，实时计算得到当前应该给定的阻力大小并送至变频器。两台变频器分别用于控制冷却风机和测功机。DPC-1 底盘测功机采用全数字四象限运行的直流调速电机在检测设备和工控机控制下，再现道路行驶阻力，模拟匀速、变速、爬坡各种状况的道路阻力和惯性力作用；采用机械惯量和电惯量模补偿相结合的方法，实现无级差地模拟受试车的惯性作用；采用配有能耗制动单元的变频控制器，控制风速达到风速跟踪的要求。 浙江大学设计采用基于 CAN 总线的摩托车底盘测功机系统，同时在硬件7的设计方面采用 CAN 总线作为硬件系统的数据采集、参数控制以及传输总线。单
16、片机的程序主要用 C 语言进行编写，这样有利于程序的移植和修改，同时应用模块化编程，使得程序的可读性强，修改和维护方便。上位机与下位机的通讯采用 CAN 转 USB 的接口，从而达到传递速度快、实时性好、连接方便的目的。上位机的控制软件则采用 Delphi 进行编写。采用电涡流机在检测设备汽车底盘测功机被广泛应用于工业发达国家的汽车制造、检测和维修业当中。德国申克公司生产的汽车底盘测功机，它自己带有的一套控制模式能实现数字控制和模拟控制转速、滑行等功能，可逼真地再现实际工况。还有德国的和单片机的控制下再现道路行驶阻力，模拟匀速、变速、爬坡各种状况的道路阻力和惯性力作用；采用机械惯量模拟受试车的
17、惯性作用，采用变频器控制风速，达到风速跟踪的要求。1.4 汽车尾气排放测控系统概述1.4.1 测控系统特点在计算机测控系统中，用数字计算机代替传统控制设备，对系统进行调节和控制，由于数字计算机具有采集、传送、存储、处理大量数据的能力，使控制过程进入了以计算机为主要控制设备的自动控制阶段。计算机系统与模拟硬件构成的系统相比较，具有一下特点:1) 程序控制，任何一种控制规律的实现都可以程序化，而控制规律的改变只不过是程序的改变而已。2）数字控制，计算机的输入输出信息都是数字信息，计算机控制系统是对被控对象的信息进行采样、量化、保持等变换。3）实时控制，计算机的信息处理过程与控制过程相适应，两者保持
18、同步。4）综合控制，可以以计算机为中心实现多变量、多回路、多对象、多工具、变参数和自适应的综合控制。1.4.2 测控系统的发展趋势计算机系统的发展经历了三个阶段：直接数字控制 DDC(Direct Digital Control System)系统、集散型控制系统 DCS(Distributed Control System)和现场总线控制系统 FCS（Field Bus Control System） 。其中 DCS 是融 DDC 系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统。该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性，但是为了进一步适合现场的需要，DCS 也
19、在不断更新换代。近年来，集 DCS 系统、计算机、通信控制三种技术为一体的控制体系结构，即现场总线控制系统，已成为国内外计算机过程控制系统的一个重要的发展方向。在采用集散型控制系统 DCS 的测控系统中，系统具有集中管理和分散控制的特点。它利用单元组合仪表及计算机系统的特点，用软件组成各种功能模块，并用显示器显示温度、压力、流量等过程参数，通过高速通讯网络把二者连成一个系统，从而可以采集更多的点和控制更多的回路。它的一个显著特点是各工作现场有现场控制站进行分散控制，各个分散控制得到的信息由管理站集中控制，即信息和操作管理集中化而控制分散化。集中是指管理、操作、监视三方面，分散是指功能分散、负荷
20、分散和危险分散，危险分散是 DCS 系统的主要特征之一。作为第 5 代控制体系结构8的现场总线控制系统 FCS 的核心是现场总线。现场总线技术是 20 实际 90 年代兴起的一种先进的工业控制技术，它将当今网络通讯与管理的观念引入工业控制领域。从本质上说，它是一种数字通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。现场设备互联、互操作性、分散的功能块、通信线供电、开发式互联网络等技术特点。这些特点不仅保证了它完全可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，而且使它与 Internet 网互连构成不同层次的复杂网络成为可能，代表了今后工业控制体系结构发
21、展的一种方向。近年来，分布式计算机技术、网络技术与微电子技术的长足发展为测控系统向分布式、网络化和以计算机作为平台的方向拓展提供了良好的条件，也为测控领域中 M3（测量、通信、控制、计算机）技术的应用提供了技术基础。M3 是工业自动化的一种全心的设计方法，其核心思想是以信息处理技术为核心，以网络技术为基础，以实现测控仪表智能化为手段，形成多级分布式智能测控系统，通过将测控系统数字化、智能化任务分布与多级测控系统的各级之上，形成集测量、通信、控制与处理于一身的低成本、高精度、高效率、高可靠性以及可管理的、具有自由扩展与升级能力的工业自动化系统。1.4.3 测控分析的必要性汽车排放污染带来的环境保
22、护问题越来越受到人们的重视，世界各国制定的限制汽车发动机排放污染的法规日趋严格。同时，排放控制新技术和新产品的开发是汽车排放控制的技术保证。汽车排放法规的制定和实施，汽车排放新技术、新产品的研究和开发都离不开汽车排放测试系统。相比之下，象以前那种设备由人力调控的情况，不仅劳动强度大，效率不高，而且同步性差，误差较高，已经不能满足现阶段科学研究的需要。因此，在排放测试系统中，运用计算机控制技术，确保测试控制精度和提高测试自动化水平是非常有必要的。具有自动功能，同时进行数据分析、存储和显示，同时能自动实现处理、曲线的绘制及报表的输出等是汽车排放测试分析系统的发展方向。1.4.4 测控分析的发展现状
23、在国外，先进的汽车排放实验室中已经基本实现自动化，欧洲、美国、日本等国家，已拥有先进的排放测试设备制造技术和现代化的排放实验室。计算机技术的应用更为广泛，几乎所有的排放测试工作都可以由计算机来控制完成，设备的控制和数据的分析后处理也是由计算机完成。在国内，各大汽车厂家和研究单位都十分重视排放实验室的建设，相继建立和改造了汽车排放试验室。例如，在上海泛亚实验室内计算机测控技术的应用已经达到了国际先进水平，一汽集团公司、东风汽车公司、上海大众、奇瑞公司曾大型企业都建立了自己的排放测试实验室。清华大学、吉林大学、同济大学等高校也筹建了自己的排放测试试验室。但是，整体而言，我国的排放测试设备制造技术还
24、很落后，自身所拥有的知识产权还很低，现在大多数专用的排放试验室的设备还是依赖进口。汽车排放测控系统主要涉及到计算机测控技术领域，近年来我国在这方面已有所突破。清华大学在 1999 年开发了轻型汽车排放测试主计算机系统，且已经在国内多家实验室内应用，效果良好。由此可见，根据实际需要，利用先进的软硬件编程技术，在国内开发与国外同等同能且适合国情的测控系统是必要和可行的，并且开发成功必9然能创造较大的社会效益。第二章 汽车排放污染概述2.1 汽车排放污染现状目前，随着国内经济的发展，汽车的拥有量越来越多。与此同时，由于车辆排放尾气引起的环境污染问题也日趋严重。限制和降低车辆排放尾气中含有的有害污染成
25、分刻不容缓。国外发达国家在发展过程中也碰到同样问题，因此已纷纷推出了限制车辆尾气排放的法规，如 EURO I 欧洲一号排放标准，EURO II 欧洲二号排放标准，EURO III、EURO VI 等，以及 SULEV 超低排放标准等。我国政府也十分重视车辆排放引起污染问题，制定出一系列的法规和限制措施，并在逐步推广实施。比如北京为了迎接 08 年奥运会，规定到 2005 年新车上市必须达到 EUROII 的排放标准，更严格的如 EURO III 也将实施；上海也已有类似规定出台。同时，排放控制新技术和新产品的开发是汽车排放控制的技术保证。汽车排放法规的制定和测试，汽车排放新技术、新产品的研究和
26、开发都离不开汽车排放测试系统。高精度的排放测试仪器、先进的测试手段是人们对测试系统提出的越来越高的要求之一。汽车尾气排放测试设备一般由底盘测功机（也叫底盘转鼓，适用于整车测试）或试验台架（适用与发动机测试） 、CVS 定容采样系统、测试分析系统和主控计算机系统组成。目前国内能够做法规认证试验的系统都是由国外引进，存在初期投资高，建设周期长，维护成本大的问题。而国内目前还没有能力生产成套的、达到法规认证试验要求的产品。根据本人工作经验，认为如果国内设计开发整套汽车排放测试系统，存在周期长，风险大等困难，而且由于市面上进口系统流行，辛辛苦苦开发出来的系统也很难获得用户的认可与接受。经过认真考虑，发
27、现整个测试系统中，除了主控计算机系统与硬件结合较少外，其他子系统均与硬件结合紧密；而各个子系统之间都采用标准的通讯接口和协议。因此相比而言，主控计算机系统基本上是以软件为主，通过标准的通讯协议发送专门的指令到各个子系统中，就可以驱动、控制各个子系统进行工作，完成排放法规要求的测试循环。另外由于在进口的成套系统中，主控计算机系统的成本也占很大比重。同时，进口的系统中，采用纯英文操作界面，相关操作手册和技术资料也由英文或德文印刷，因此对使用者，特别是对一线试验人员的掌握、熟悉以及使用系统带来很大困难。如果能开发出一套优秀的主控计算机系统，能凭借低成本、纯中文化操作界面等特点，可以快速进入市场，获得
28、用户认可与接受。另外，在笔者实际工作中，也接触到一些国内单位，由于初期成本考虑，在引进排放测试系统时，没有引进主控计算机系统，在实际测试中，采用操作人员手工控制的方式或自行开发简单的主控计算机系统，不仅劳动强度大、效率不高，而且同步性差、数据重复性差，以及数据误差较高，已经不能满足现阶段科学研究的需要。因此，这部分单位也是自主开发主控计算机系统的潜在用户。纵观国内外排放测试技术的发展要求和趋势，在排放测试系统中运用计算机控制技术，确保测试控制精度和提高测试自动化水平愈加重要。具有自动控制功能，同时进行数据采集、显示和存储，并自动实现数据处理、试验曲线的绘制及报表的输出等功能的排放测试系统是汽车
29、排放测试系统的发展方向。102.2 汽车排放种类汽车有害排放物一般包括燃料燃烧后排出的废气、曲轴厢串气、机油蒸发、燃料箱和化油器（供油装置）的燃油蒸发排放等2，其成分主要有 CO、HC、NOX、SOX 颗粒（碳烟、铅化物、油雾）和臭气（甲醛、丙烯醛） 。汽车排放污染带来环境保护问题越来越重视，世界各国制定限制汽车排放污染法规日趋严格。为满足排放法规的要求及生产研究需要，国内外很多研究单位及生产厂家都建立排放试验室。汽车排放污染物对人体及环境的危害是非常显著的，简单列举如表 1 所示。日益严重的汽车尾气问题已经引起社会各界的高度重视，各级政府越来越重视汽车排放的治理。治理在用车排放污染物问题是一
30、项重大复杂的系统工程，就汽车技术而言，控制汽车排放的措施主要包括两个方面：一是制定严格且可行的汽车排放法规，推动汽车生产企业开发和应用汽车排放控制新技术，开发新能源动力汽车，降低出厂新车的污染物排放量；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4-6，因此在用车排放的检测7-10 越来越受到重视。所谓汽车 I/M 制度，就是以汽车排放控制为核心的在用汽车检测与维护制度其基本原则是抓住 10%15%的高排放汽车，强制进行维护和修理治理，使汽车排放控制装置保持良好的技术状况，实现在用汽排放污的总体控制。I/M 制度的作主要表两个方面：（1）是通一定的检测法别出在用总数 1015、排控系状态佳、排放显标的高排汽车(美国加州车维修局认为超过标准 2 倍的汽车即为高排放汽车)；二是加汽车(重点针排放汽车)排超标故障诊，根据诊断结果采取相应的维护或修理措施，使这些车的排放平到接近达到原车最佳水平，
