VMAS簡易瞬態工況法排放檢測系統的應用與研究

嚴朝勇 張飛 蔣波 李波

摘要：本文介紹了簡易瞬態工況法的檢測系

統的組成及工作原理，該系統基于污染物質量排放測試，具有測試方法簡單，排放判定方法科學的特點，有效地測試車輛污染物的排放。

測試結果表明，簡易瞬態工況法的排放檢測系統工作可靠，實現了汽車測試的數據傳輸，具有實時性、準確性、易用性、性能可靠等優點，實現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工況法(VMAS)，具有重要的現實意義。

關鍵詞：輕型汽油車質量測試簡易瞬態工況檢測系統應用與研究

1 推廣簡易瞬態工況法的必要性

近幾年來，由于我國汽車工業的發展較快，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。汽車行業的迅速發展打破了交通資源、能源、環保、社會關系、社會規則等往昔相互平衡的社會系統，催生了“汽車社會成本”這個新的社會問題。因此，從保護大氣環境的角度來講，治理汽車尾氣排放污染是極其緊迫的。

汽油車簡易瞬態工況法(VMAS)為動態加載的檢測方法。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和三元催化轉化器的轎車的檢測。相較于新車排放認證流程而言，該檢測方法無需太多儀器設備，大大節省了試驗檢測時間。因此廣州市綜合性能檢測站大力推廣和應用汽油車簡易瞬態工況法(VMAS)檢測機動車尾氣的排放污染物。

從目前來看，質量排放測試可以準確獲知汽車污染物的排放總質量，模擬車輛工況時更加精準，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檢測系統的硬件設計

VMAS采用與系統硬件相關的BorlandC++Builder語言程序，實現測量數據的準確采集、實時顯示、分析處理，硬件設備的標定和操控，以及與上位機的通信等功能，建立良好的人機交互界面，便于操作。

本系統由五氣體分析儀、流量計、計算機控制系統、底盤測功機、空氣壓縮機、冷卻風機、司機助手儀、安全裝置、操作提示屏、各傳感器及打印機等組成。機動車排放污染物檢測系統主要設備根據DB44/632-2009《在用點燃式發動機輕型汽車排放污染物排放限值》（簡易瞬態工況法）的排氣污染物測量設備技術要求，進行設計、安裝和調試，滿足國家標準和地方標準及控制軟件功能的要求。檢測系統的組成結構如圖1所示。

計算機控制系統是VMAS控制檢測系統的運行、檢測的核心設備，利用車輛檢測相關的傳感器，通過配置顯示器和引車員的操作，在底盤測功機上車輛在加載時測試機動車排放污染物。

3 系統的軟件設計

本系統控制軟件程序由BorlandC++Builder編寫，使用MicrosoftSQL2000數據管理系統，利用ADO實現應用程序與數據庫的連接，確保編程高效率，同時提高數據管理的可靠性。

3.1 上位機軟件設計

VMAS動態檢測系統由USB通訊、液晶顯示、A/D轉換、數據儲存、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成。

主控制柜中的RS232串口使上位機直接控制下位機和尾氣分析儀執行與預定操作任務。上位機向工控機發送控制指令，工控機將接收的控制指令轉換為電壓及開關信號傳輸至渦流加載控制裝置，裝置內部的模擬調節電路執行閉環控制，工控機通過繼電器控制其它執行機構；外部的扭力、電流兩個測量值(電壓信號)由工控機采集并經串口傳送到上位機，進行相應處理和進一步控制。

3.2 下位機軟件設計

上位主控計算機向工控機發送控制指令，由工控機將指令信號傳輸至底盤測功機對電渦流加載裝置進行操控。底盤測功機接收控制指令后，通過自帶的傳感器及扭力傳感器向工控機反饋信號，繼而通過RS232串口將信號傳輸至主控計算機。與此同時，USB負責向主控機傳輸與汽車尾氣排放相關的參數信息。主控計算機接收服務器發送的待檢汽車的檢錄信息后，隨即遵循調度順序開始檢測。

3.3 硬件設備及其傳感器的標定

硬件設備及其傳感器的標定是對VMAS系統對每一設備設置了具體的標定限定時間，并將其寫入注冊表，按日計算并依照倒計時的順序標定相關設備。限時到期，系統轉入標定程序，標定結束后自動回復標定限定時間，程序恢復正常運作。

底盤測功機標定除了涉及壓力計和轉速傳感器標定以外，還關系到加載滑行、寄生功率以及變載荷等測試項目；五氣儀標定具體涉及HC、CO、CO2、NO零點標定。O2量距點標定，HC、CO、CO2、NO高量程和低量程標定。流量計標定為稀釋O2傳感器的標定。設備標定需要操作者根據系統所提供的提示信息對標定過程進行人為干預，以確保標定工作順利完成。

4 VMAS系統的檢測原理

VMAS的控制系統按照檢測站的實際進行設計和安裝，并滿足國家標準和地方標準及控制軟件功能的要求。其主要由三臺計算機、信息登錄計算機、服務器(本地數據庫)、主控計算機等構成。車輛測試的參數信息通過信息登錄計算機錄入，并將其作為服務器的客戶端傳輸至服務器上的本地數據庫。

汽車在道路上行駛，相對于靜止的路面做縱向運動，會受到各種阻力如空氣阻力、滾動阻力、爬坡阻力等。在測功機試驗臺上以滾筒的表面代替路面，使滾筒的表面相對于靜止的汽車作旋轉運動。通過試驗臺的加載裝置，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算機的視頻轉換器傳輸的。引車員根據提示信息可順利進行汽車檢測。

工控機接收到底盤測功機自帶的速度傳感器及扭力傳感器發送的信號，再通過RS232串口傳輸至主控計算機。另外，RS232串口還負責向主控計算機傳輸尾氣分析儀和VMAS氣體流量分析儀采集的汽車尾氣排放數據，由主控機換算處理，并向服務器傳輸檢測結果，存儲于本地數據庫。本地數據庫利用網絡定期、批量的向遠程管理部門的數據庫系統傳輸本地數據。

5 試驗分析與研究

VMAS195測試過程中，系統可以對車輛排放數據進行實時采集。這些排放數據主要涉及原始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瞬態檢測階段，五氣分析儀的排放氣體采集單元負責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，借助鼓風機被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，并將實時的測試結果傳輸給主控計算機。

表1某捷達FV7160C1FE客車在簡易瞬態工況（VMAS）

試驗數據比對分析

[序號

1

2

3

標準值

結論][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測試結果表明，捷達FV7160C1FE客車采用VMAS瞬態工況法測試性能好，符合國家標準和地方標準的要求；

②測試結果表明，捷達FV7160C1FE客車采用VMAS瞬態工況法測試時，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，造成檢測數據有偏差；

③測試結果表明，計算機控制系統滿足系統功能設計的要求，計算機的通訊介質及串行接口數據傳遞準確。

6 結束語

本系統滿足了GB18285-2005《點燃式發動機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《在用點燃式發動機輕型汽車排放污染物排放限值》（簡易瞬態工況法）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用，有利于機動車排放污染物管理，輕型汽油車簡易瞬態工況污染物排放檢測系統具有很強的科學性、客觀性和公正性。

因此，采用VMAS方法進行在用汽油車排放檢測是可行的，該系統已經在廣州市機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實意義。

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作者簡介：

嚴朝勇（1963-），男，高級實驗師，研究方向：車輛工程。