李文鏗

摘 要：對(duì)于機(jī)動(dòng)車的尾氣檢測(cè)，我國(guó)一般使用自由加速煙度法和雙怠速法，這兩種方法均為無負(fù)載檢測(cè)法，試驗(yàn)方法比較簡(jiǎn)單，而且價(jià)格便宜，但是由于車輛無載荷，檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和代表性存在不足，這就需要使用到ASM檢測(cè)系統(tǒng)。本文簡(jiǎn)要介紹了機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)其控制方法進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)；ASM；機(jī)動(dòng)車

中圖分類號(hào)： O19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）16-156-2

0 引言

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，我國(guó)汽車的保有量也在不斷增加，汽車的尾氣含有大量的污染物，會(huì)造成大氣污染。為了對(duì)汽車的尾氣排放情況進(jìn)行有效的檢測(cè)，必須對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，這就需要使用到機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)。

1 機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)立足于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，由控制底盤測(cè)功機(jī)對(duì)道路行駛的阻力進(jìn)行模擬，從而對(duì)汽車尾氣的排放濃度進(jìn)行檢測(cè)，屬于動(dòng)尾氣態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件主要包括舉升控制單元、渦流機(jī)加載控制單元、傳感器信號(hào)處理單元、轉(zhuǎn)速計(jì)、司機(jī)助、風(fēng)機(jī)、廢氣分析儀、底盤測(cè)功機(jī)、工控機(jī)等，具體結(jié)構(gòu)如圖1。

1.1 底盤測(cè)功機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能

對(duì)被測(cè)車輛的加載需要應(yīng)用到底盤測(cè)功機(jī)，底盤測(cè)功機(jī)能夠?qū)Φ缆沸旭偟淖枇M(jìn)行模擬是機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。底盤測(cè)功機(jī)包括反拖電機(jī)、滾筒裝置、舉升裝置、渦流機(jī)、應(yīng)變片式拉壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等部分。其中反拖電機(jī)的作用是對(duì)測(cè)功機(jī)的加載響應(yīng)和計(jì)算功率進(jìn)行測(cè)試，滾筒裝置的作用是對(duì)實(shí)際路面進(jìn)行模擬，舉升裝置的作用是通過下降和上升來檢測(cè)車輛，渦流機(jī)的作用是對(duì)被測(cè)車輛進(jìn)行加載，拉壓力傳感器的作用是對(duì)渦流機(jī)的加載阻力距進(jìn)行測(cè)試，速度傳感器的作用是對(duì)汽車輪邊轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)試。

1.2 傳感器信號(hào)采集與處理單元

對(duì)汽車進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況法測(cè)試時(shí)必須對(duì)渦流機(jī)的加長(zhǎng)扭矩值和汽車的輪邊速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，由于底盤測(cè)功機(jī)上的拉壓力傳感器和速度傳感器的信號(hào)無法被工控機(jī)直接識(shí)別，這就需要對(duì)其進(jìn)行處理。處理該信號(hào)的單元是傳感器信號(hào)采集與處理單元。

該單元主要是由光電編碼器作為速度傳感器，使用DAM-3070D模塊作為速度信號(hào)處理模塊，中間還要設(shè)置一個(gè)485轉(zhuǎn)232通訊模塊，這是由于計(jì)算機(jī)識(shí)別的通訊方式是232通訊，而3070D模塊只能輸出485通訊。使用電阻應(yīng)變式傳感器作為抗拉力傳感器，并在中間放置電壓放大模塊，該模塊會(huì)使電壓信號(hào)放大，然后將其輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)拉壓力傳感器電壓值的變化量進(jìn)行讀取。

1.3 舉升控制單元

矩陣控制單元的作用主要是是工控機(jī)對(duì)氣囊舉升的控制目的得以實(shí)現(xiàn)。工作機(jī)會(huì)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)則對(duì)I/O電路板進(jìn)行控制，產(chǎn)生電壓值的變化量，對(duì)繼電器閉合進(jìn)行控制，從而對(duì)電磁閥的開閉進(jìn)行控制。

1.4 司機(jī)助的設(shè)計(jì)

司機(jī)助主要是對(duì)引車員的操作進(jìn)行提示，使用可移動(dòng)式支架結(jié)構(gòu)作為司機(jī)助，使用方鋼焊接制作司機(jī)助的底座，底座下的4個(gè)滾輪帶有自鎖功能，有利于移動(dòng)和固定，然后再使用螺柱將底座和立柱連接到一起，使用螺栓將立柱和屏幕固定架連接到一起。司機(jī)助具有良好的剛度，自重較輕。

1.5 渦流機(jī)加載控制單元

渦流機(jī)的作用主要是加載道路行駛阻力，這就需要渦流機(jī)加載控制單元對(duì)其進(jìn)行控制。在本系統(tǒng)中主要運(yùn)用工控機(jī)控制I/O板卡來產(chǎn)生控制信號(hào)，并由信號(hào)處理芯片和控制晶體管來對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過勵(lì)磁電壓來控制電渦流機(jī)。該控制單元能夠?qū)?lì)磁電壓的加載強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，從而對(duì)加載的穩(wěn)定程度進(jìn)行判斷。

1.6 反拖電機(jī)控制單元

該單元的作用在于對(duì)底盤測(cè)功機(jī)的測(cè)試精度進(jìn)行判斷，主要是通過反拖電機(jī)對(duì)滾筒進(jìn)行帶動(dòng)，通過滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)來對(duì)底盤測(cè)功機(jī)的加載響應(yīng)時(shí)間、日常寄生功率進(jìn)行測(cè)試。

2 ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)的軟件采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路，包括以下幾個(gè)獨(dú)立模塊：底盤測(cè)功機(jī)校準(zhǔn)模塊、廢氣分析儀校準(zhǔn)模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊、傳感器標(biāo)定模塊、檢測(cè)設(shè)備選擇模塊、工況法檢測(cè)模塊、車輛檢測(cè)模塊、車輛登錄模塊的各模塊相互聯(lián)系。

2.1 車輛信息登錄模塊

立足于穩(wěn)態(tài)工況法汽車尾氣檢測(cè)流程，汽車信息登錄模塊主要是對(duì)被測(cè)試汽車的基本信息進(jìn)行錄入，主要包括其車輛的號(hào)碼和類型、發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、供油方式、額定轉(zhuǎn)速和額定功率等，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中寫入這些信息。該模塊會(huì)產(chǎn)生與每輛車對(duì)應(yīng)的檢測(cè)流水號(hào)，以便對(duì)該車輛的檢測(cè)信息和登錄信息進(jìn)行查詢。

2.2 車輛檢測(cè)模塊

該模塊能夠?yàn)椴僮魅藛T的操作提供便利，以車輛的檢測(cè)狀態(tài)和基本信息為依據(jù)，對(duì)需要檢測(cè)的車輛進(jìn)行快速檢索，檢索條件主要有車輛的號(hào)碼、檢測(cè)狀態(tài)、是否有牽引輔助、驅(qū)動(dòng)方式等。

2.3 工況法檢測(cè)模塊

作為ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)的核心，工況法檢測(cè)模塊主要有兩種測(cè)試工況：ASM2540、ASM5025。工況法檢測(cè)模塊能夠?qū)ζ囄矚馀欧攀欠癯瑯?biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并顯示檢測(cè)的剩余時(shí)間，同時(shí)有利于引車員控制被測(cè)汽車的速度。測(cè)試界面中應(yīng)該包括當(dāng)前的檢測(cè)進(jìn)程、檢測(cè)流程、當(dāng)前的測(cè)試值、尾氣排放含量的限值以及速度曲線限值和汽車速度曲線等。

2.4 檢測(cè)設(shè)備選擇模塊

該系統(tǒng)中的各硬件設(shè)備都要和工控機(jī)保持通訊聯(lián)系，而工控機(jī)與各硬件設(shè)備都具有不同的通信協(xié)議，這就需要使用到檢測(cè)設(shè)備選擇模塊，將具有開放性的軟件檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建出來，使軟件具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。

2.5 傳感器標(biāo)定模塊

傳感器標(biāo)定模塊的作用是保障ASM汽車尾氣檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度，該模塊可以分為抗拉力傳感器標(biāo)定模塊和速度傳感器標(biāo)定模塊兩個(gè)部分。在標(biāo)定架上通過加載砝碼，也就是實(shí)際加載值，然后將拉壓力傳感器的測(cè)試值讀取出來，通過計(jì)算確定比例系數(shù)來對(duì)拉壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。速度傳感器的標(biāo)定則是由轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)試滾筒的實(shí)際轉(zhuǎn)速除以速度傳感器測(cè)得的轉(zhuǎn)速。

2.6 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊

該系統(tǒng)中的反拖電機(jī)控制模塊、轉(zhuǎn)速計(jì)、廢氣分析儀、速度模塊都需要和工控機(jī)進(jìn)行通訊，而且每個(gè)設(shè)備的串口各不相同，為了對(duì)各硬件連接的串口號(hào)進(jìn)行定義，就需要使用到系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊。該模塊的主要作用是對(duì)參數(shù)設(shè)置中的串口號(hào)進(jìn)行修改，使工控機(jī)和各硬件設(shè)備能夠順利地連接。

2.7 廢氣分析儀校準(zhǔn)模塊

廢氣分析儀校準(zhǔn)的作用是保障該系統(tǒng)的測(cè)試精度，該模塊要使用到低量程標(biāo)準(zhǔn)氣瓶，對(duì)當(dāng)前的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值體積分?jǐn)?shù)和實(shí)際測(cè)量的體積分?jǐn)?shù)來算出誤差，并對(duì)不符合測(cè)試精度的情況進(jìn)行重新標(biāo)定。

3 機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)的控制方法

機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)有兩個(gè)循環(huán)工況：ASM2540和ASM5025，共有3個(gè)測(cè)試階段：車輛加速階段、車輛穩(wěn)定階段和車輛測(cè)試階段。汽車尾氣檢測(cè)系統(tǒng)難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，具有一定的時(shí)間滯后性和非線性，為了使系統(tǒng)的控制精度能夠得到優(yōu)化，本文使用的控制方法是模糊PID復(fù)合控制算法。模糊PID復(fù)合控制算法將模糊控制和PID結(jié)合起來，能夠有效的對(duì)系統(tǒng)的控制精度進(jìn)行改善。PID控制的優(yōu)點(diǎn)在于算法簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)，而且具有較高的可靠性。但是普通的PID控制不能對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行很好的控制，這就需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。模糊控制立足于模糊推理理論能夠?qū)?fù)雜模型進(jìn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)在于具有良好的適應(yīng)性和魯棒性，而且操作比較便利，無需建立精確的數(shù)學(xué)模型。將二者結(jié)合起來，可以使用模糊控制算法來實(shí)時(shí)整定PID 控制參數(shù)，輸入變量為誤差變化率和誤差，輸出變量為PID的控制精度。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)動(dòng)車ASM尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)鹘y(tǒng)的改造方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高檢測(cè)的精度，減少誤判和人為作弊的情況，有利于相關(guān)部門對(duì)機(jī)動(dòng)車排放污染物進(jìn)行有效的管理。未來該系統(tǒng)的發(fā)展方向是不斷提高性價(jià)比，進(jìn)一步提高測(cè)量的精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性。