VMAS簡易瞬態(tài)工況法排放檢測系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

嚴(yán)朝勇 張飛 蔣波 李波

摘要：本文介紹了簡易瞬態(tài)工況法的檢測系

統(tǒng)的組成及工作原理，該系統(tǒng)基于污染物質(zhì)量排放測試，具有測試方法簡單，排放判定方法科學(xué)的特點(diǎn)，有效地測試車輛污染物的排放。

測試結(jié)果表明，簡易瞬態(tài)工況法的排放檢測系統(tǒng)工作可靠，實(shí)現(xiàn)了汽車測試的數(shù)據(jù)傳輸，具有實(shí)時性、準(zhǔn)確性、易用性、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了汽車排放測試自動化。因此廣州市汽車綜合性能檢測站采用和推廣簡易瞬態(tài)工況法(VMAS)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：輕型汽油車質(zhì)量測試簡易瞬態(tài)工況檢測系統(tǒng)應(yīng)用與研究

1 推廣簡易瞬態(tài)工況法的必要性

近幾年來，由于我國汽車工業(yè)的發(fā)展較快，汽車擁有量越來越大，許多家庭都擁有私家車。每年，私家車的數(shù)量都在以驚人的速度增加。在北京、上海這些大城市擁有私家車數(shù)量更加可觀。隨著汽車保有量的增加，帶來城市交通的擁擠，同時汽車排放的一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等有毒、有害氣體，會對人身體造成一定的危害，而且還會污染空氣。汽車行業(yè)的迅速發(fā)展打破了交通資源、能源、環(huán)保、社會關(guān)系、社會規(guī)則等往昔相互平衡的社會系統(tǒng)，催生了“汽車社會成本”這個新的社會問題。因此，從保護(hù)大氣環(huán)境的角度來講，治理汽車尾氣排放污染是極其緊迫的。

汽油車簡易瞬態(tài)工況法(VMAS)為動態(tài)加載的檢測方法。汽車尾氣中所含的有害物（如NO、CO、HC等）都可以通過該方法檢測出來。另外，該方法也可用于裝備電子燃油噴射系統(tǒng)和三元催化轉(zhuǎn)化器的轎車的檢測。相較于新車排放認(rèn)證流程而言，該檢測方法無需太多儀器設(shè)備，大大節(jié)省了試驗(yàn)檢測時間。因此廣州市綜合性能檢測站大力推廣和應(yīng)用汽油車簡易瞬態(tài)工況法(VMAS)檢測機(jī)動車尾氣的排放污染物。

從目前來看，質(zhì)量排放測試可以準(zhǔn)確獲知汽車污染物的排放總質(zhì)量，模擬車輛工況時更加精準(zhǔn)，可以不受車型或排量的干擾就能對汽車的排放情況做出更加客觀的評定。

2 VMAS檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

VMAS采用與系統(tǒng)硬件相關(guān)的BorlandC++Builder語言程序，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集、實(shí)時顯示、分析處理，硬件設(shè)備的標(biāo)定和操控，以及與上位機(jī)的通信等功能，建立良好的人機(jī)交互界面，便于操作。

本系統(tǒng)由五氣體分析儀、流量計(jì)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、底盤測功機(jī)、空氣壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、司機(jī)助手儀、安全裝置、操作提示屏、各傳感器及打印機(jī)等組成。機(jī)動車排放污染物檢測系統(tǒng)主要設(shè)備根據(jù)DB44/632-2009《在用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)輕型汽車排放污染物排放限值》（簡易瞬態(tài)工況法）的排氣污染物測量設(shè)備技術(shù)要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)及控制軟件功能的要求。檢測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是VMAS控制檢測系統(tǒng)的運(yùn)行、檢測的核心設(shè)備，利用車輛檢測相關(guān)的傳感器，通過配置顯示器和引車員的操作，在底盤測功機(jī)上車輛在加載時測試機(jī)動車排放污染物。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)控制軟件程序由BorlandC++Builder編寫，使用MicrosoftSQL2000數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，利用ADO實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的連接，確保編程高效率，同時提高數(shù)據(jù)管理的可靠性。

3.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

VMAS動態(tài)檢測系統(tǒng)由USB通訊、液晶顯示、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)儲存、通道選擇、紅外光源控制、觸摸屏控制、初始化模塊等幾大模塊構(gòu)成。

主控制柜中的RS232串口使上位機(jī)直接控制下位機(jī)和尾氣分析儀執(zhí)行與預(yù)定操作任務(wù)。上位機(jī)向工控機(jī)發(fā)送控制指令，工控機(jī)將接收的控制指令轉(zhuǎn)換為電壓及開關(guān)信號傳輸至渦流加載控制裝置，裝置內(nèi)部的模擬調(diào)節(jié)電路執(zhí)行閉環(huán)控制，工控機(jī)通過繼電器控制其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)；外部的扭力、電流兩個測量值(電壓信號)由工控機(jī)采集并經(jīng)串口傳送到上位機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)處理和進(jìn)一步控制。

3.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位主控計(jì)算機(jī)向工控機(jī)發(fā)送控制指令，由工控機(jī)將指令信號傳輸至底盤測功機(jī)對電渦流加載裝置進(jìn)行操控。底盤測功機(jī)接收控制指令后，通過自帶的傳感器及扭力傳感器向工控機(jī)反饋信號，繼而通過RS232串口將信號傳輸至主控計(jì)算機(jī)。與此同時，USB負(fù)責(zé)向主控機(jī)傳輸與汽車尾氣排放相關(guān)的參數(shù)信息。主控計(jì)算機(jī)接收服務(wù)器發(fā)送的待檢汽車的檢錄信息后，隨即遵循調(diào)度順序開始檢測。

3.3 硬件設(shè)備及其傳感器的標(biāo)定

硬件設(shè)備及其傳感器的標(biāo)定是對VMAS系統(tǒng)對每一設(shè)備設(shè)置了具體的標(biāo)定限定時間，并將其寫入注冊表，按日計(jì)算并依照倒計(jì)時的順序標(biāo)定相關(guān)設(shè)備。限時到期，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入標(biāo)定程序，標(biāo)定結(jié)束后自動回復(fù)標(biāo)定限定時間，程序恢復(fù)正常運(yùn)作。

底盤測功機(jī)標(biāo)定除了涉及壓力計(jì)和轉(zhuǎn)速傳感器標(biāo)定以外，還關(guān)系到加載滑行、寄生功率以及變載荷等測試項(xiàng)目；五氣儀標(biāo)定具體涉及HC、CO、CO2、NO零點(diǎn)標(biāo)定。O2量距點(diǎn)標(biāo)定，HC、CO、CO2、NO高量程和低量程標(biāo)定。流量計(jì)標(biāo)定為稀釋O2傳感器的標(biāo)定。設(shè)備標(biāo)定需要操作者根據(jù)系統(tǒng)所提供的提示信息對標(biāo)定過程進(jìn)行人為干預(yù)，以確保標(biāo)定工作順利完成。

4 VMAS系統(tǒng)的檢測原理

VMAS的控制系統(tǒng)按照檢測站的實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，并滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)及控制軟件功能的要求。其主要由三臺計(jì)算機(jī)、信息登錄計(jì)算機(jī)、服務(wù)器(本地?cái)?shù)據(jù)庫)、主控計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。車輛測試的參數(shù)信息通過信息登錄計(jì)算機(jī)錄入，并將其作為服務(wù)器的客戶端傳輸至服務(wù)器上的本地?cái)?shù)據(jù)庫。

汽車在道路上行駛，相對于靜止的路面做縱向運(yùn)動，會受到各種阻力如空氣阻力、滾動阻力、爬坡阻力等。在測功機(jī)試驗(yàn)臺上以滾筒的表面代替路面，使?jié)L筒的表面相對于靜止的汽車作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。通過試驗(yàn)臺的加載裝置，模擬汽車在道路上行駛時受到的各種阻力，再現(xiàn)汽車行駛中的各種工況。引車員在操作檢測車輛時，提示屏所接收的提示信息是通過主控計(jì)算機(jī)的視頻轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)?。引車員根據(jù)提示信息可順利進(jìn)行汽車檢測。

工控機(jī)接收到底盤測功機(jī)自帶的速度傳感器及扭力傳感器發(fā)送的信號，再通過RS232串口傳輸至主控計(jì)算機(jī)。另外，RS232串口還負(fù)責(zé)向主控計(jì)算機(jī)傳輸尾氣分析儀和VMAS氣體流量分析儀采集的汽車尾氣排放數(shù)據(jù)，由主控機(jī)換算處理，并向服務(wù)器傳輸檢測結(jié)果，存儲于本地?cái)?shù)據(jù)庫。本地?cái)?shù)據(jù)庫利用網(wǎng)絡(luò)定期、批量的向遠(yuǎn)程管理部門的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)傳輸本地?cái)?shù)據(jù)。

5 試驗(yàn)分析與研究

VMAS195測試過程中，系統(tǒng)可以對車輛排放數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集。這些排放數(shù)據(jù)主要涉及原始HC、CO、NO、O2、CO2和稀釋O2的濃度、稀釋氣體的流量、溫度、濕度、壓力等。在VMAS瞬態(tài)檢測階段，五氣分析儀的排放氣體采集單元負(fù)責(zé)采集汽車排放的一部分原始尾氣，剩下的一部分尾氣與空氣混合，借助鼓風(fēng)機(jī)被VMAS氣體流量分析儀的排放氣體采集單元采集，測量汽車排出剩余氣體和空氣混合氣的流量、溫度、壓力、稀釋氣體氧氣濃度，并將實(shí)時的測試結(jié)果傳輸給主控計(jì)算機(jī)。

表1某捷達(dá)FV7160C1FE客車在簡易瞬態(tài)工況（VMAS）

試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對分析

[序號

1

2

3

標(biāo)準(zhǔn)值

結(jié)論][CO（g/km）

0.75

0.64

0.59

≤8.80

HC+NOX（g/km）

0.60

0.60

0.50

≤3.10

校正驅(qū)動輪輸出功率/額定扭矩功率（%）

59.50

60.20

58.62

≥35][合格]

①測試結(jié)果表明，捷達(dá)FV7160C1FE客車采用VMAS瞬態(tài)工況法測試性能好，符合國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)的要求；

②測試結(jié)果表明，捷達(dá)FV7160C1FE客車采用VMAS瞬態(tài)工況法測試時，分別由3名引車員操作檢測車輛，由于個人操作熟練程度不同，造成檢測數(shù)據(jù)有偏差；

③測試結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)滿足系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的要求，計(jì)算機(jī)的通訊介質(zhì)及串行接口數(shù)據(jù)傳遞準(zhǔn)確。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)滿足了GB18285-2005《點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法和工況法)》和DB44/632-2009《在用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)輕型汽車排放污染物排放限值》（簡易瞬態(tài)工況法）的要求。

檢測時間短，檢測成本和維修成本低，效率高，操作簡單，可在汽車檢測站推廣應(yīng)用，有利于機(jī)動車排放污染物管理，輕型汽油車簡易瞬態(tài)工況污染物排放檢測系統(tǒng)具有很強(qiáng)的科學(xué)性、客觀性和公正性。

因此，采用VMAS方法進(jìn)行在用汽油車排放檢測是可行的，該系統(tǒng)已經(jīng)在廣州市機(jī)動車綜合性能檢測站投入使用，對于控制大氣污染具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊風(fēng)和.VMAS195汽車排放測試工況控制系統(tǒng)的研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[2]黃孝慈，宋敬斌.VMAS簡易瞬態(tài)工況法汽車尾氣排放檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].天津：小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2009(04).

[3]閔永軍.車輛排氣污染物測試技術(shù)研究與工程實(shí)現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.

[4]GB18285-2005，點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)汽車排放污染物排放限制及測量方法(雙怠速及工況法)[S].北京：國家環(huán)境保護(hù)總局，2005.

[5]申莉華.VMAS195工況法尾氣檢測系統(tǒng)的軟件開發(fā)[D].石家莊：河北工業(yè)大學(xué)，2009.

[6]DB44/632-2009，在用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)輕型汽車排放污染物排放限值（簡易瞬態(tài)工況法）[S].廣州：廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2009.

[7]工況法汽車排放測試系統(tǒng)操作指南[M].石家莊：石家莊華燕交通科技有限公司，2010.

[8]劉建春，邵明亮.汽車尾氣成分動態(tài)檢測技術(shù)研究[J].北京：中國測試，2013(9).

作者簡介：

嚴(yán)朝勇（1963-），男，高級實(shí)驗(yàn)師，研究方向：車輛工程。