機動車ASM尾氣排放檢測系統設計與控制方法研究

李文鏗

摘 要：對于機動車的尾氣檢測，我國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載檢測法，試驗方法比較簡單，而且價格便宜，但是由于車輛無載荷，檢測結果的真實性和代表性存在不足，這就需要使用到ASM檢測系統。本文簡要介紹了機動車ASM尾氣排放檢測系統的硬件設計和軟件設計，并對其控制方法進行了介紹。

關鍵詞：尾氣排放檢測系統；ASM；機動車

中圖分類號： O19 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）16-156-2

0 引言

在經濟發展的過程中，我國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，會造成大氣污染。為了對汽車的尾氣排放情況進行有效的檢測，必須對傳統的機動車尾氣檢測方法進行改進，這就需要使用到機動車ASM尾氣排放檢測系統。

1 機動車ASM尾氣排放檢測系統的硬件設計

機動車ASM尾氣排放檢測系統立足于國際標準，由控制底盤測功機對道路行駛的阻力進行模擬，從而對汽車尾氣的排放濃度進行檢測，屬于動尾氣態檢測系統。該系統的硬件主要包括舉升控制單元、渦流機加載控制單元、傳感器信號處理單元、轉速計、司機助、風機、廢氣分析儀、底盤測功機、工控機等，具體結構如圖1。

1.1 底盤測功機的結構和功能

對被測車輛的加載需要應用到底盤測功機，底盤測功機能夠對道路行駛的阻力進行模擬是機動車ASM尾氣排放檢測系統的關鍵組成部分。底盤測功機包括反拖電機、滾筒裝置、舉升裝置、渦流機、應變片式拉壓力傳感器、轉速傳感器等部分。其中反拖電機的作用是對測功機的加載響應和計算功率進行測試，滾筒裝置的作用是對實際路面進行模擬，舉升裝置的作用是通過下降和上升來檢測車輛，渦流機的作用是對被測車輛進行加載，拉壓力傳感器的作用是對渦流機的加載阻力距進行測試，速度傳感器的作用是對汽車輪邊轉速進行測試。

1.2 傳感器信號采集與處理單元

對汽車進行穩態工況法測試時必須對渦流機的加長扭矩值和汽車的輪邊速度等數據進行收集，由于底盤測功機上的拉壓力傳感器和速度傳感器的信號無法被工控機直接識別，這就需要對其進行處理。處理該信號的單元是傳感器信號采集與處理單元。

該單元主要是由光電編碼器作為速度傳感器，使用DAM-3070D模塊作為速度信號處理模塊，中間還要設置一個485轉232通訊模塊，這是由于計算機識別的通訊方式是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，該模塊會使電壓信號放大，然后將其輸入數模轉換模塊，將其轉化為數字量輸入計算機，由計算機對拉壓力傳感器電壓值的變化量進行讀取。

1.3 舉升控制單元

矩陣控制單元的作用主要是是工控機對氣囊舉升的控制目的得以實現。工作機會產生數字信號，數字信號則對I/O電路板進行控制，產生電壓值的變化量，對繼電器閉合進行控制，從而對電磁閥的開閉進行控制。

1.4 司機助的設計

司機助主要是對引車員的操作進行提示，使用可移動式支架結構作為司機助，使用方鋼焊接制作司機助的底座，底座下的4個滾輪帶有自鎖功能，有利于移動和固定，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。司機助具有良好的剛度，自重較輕。

1.5 渦流機加載控制單元

渦流機的作用主要是加載道路行駛阻力，這就需要渦流機加載控制單元對其進行控制。在本系統中主要運用工控機控制I/O板卡來產生控制信號，并由信號處理芯片和控制晶體管來對信號進行轉換，通過勵磁電壓來控制電渦流機。該控制單元能夠對勵磁電壓的加載強度進行實時觀察，從而對加載的穩定程度進行判斷。

1.6 反拖電機控制單元

該單元的作用在于對底盤測功機的測試精度進行判斷，主要是通過反拖電機對滾筒進行帶動，通過滾筒轉動來對底盤測功機的加載響應時間、日常寄生功率進行測試。

2 ASM尾氣排放檢測系統的軟件設計

ASM尾氣排放檢測系統的軟件采用了模塊化的設計思路，包括以下幾個獨立模塊：底盤測功機校準模塊、廢氣分析儀校準模塊、系統參數設置模塊、傳感器標定模塊、檢測設備選擇模塊、工況法檢測模塊、車輛檢測模塊、車輛登錄模塊的各模塊相互聯系。

2.1 車輛信息登錄模塊

立足于穩態工況法汽車尾氣檢測流程，汽車信息登錄模塊主要是對被測試汽車的基本信息進行錄入，主要包括其車輛的號碼和類型、發動機的排量、供油方式、額定轉速和額定功率等，并在數據庫中寫入這些信息。該模塊會產生與每輛車對應的檢測流水號，以便對該車輛的檢測信息和登錄信息進行查詢。

2.2 車輛檢測模塊

該模塊能夠為操作人員的操作提供便利，以車輛的檢測狀態和基本信息為依據，對需要檢測的車輛進行快速檢索，檢索條件主要有車輛的號碼、檢測狀態、是否有牽引輔助、驅動方式等。

2.3 工況法檢測模塊

作為ASM尾氣排放檢測系統的核心，工況法檢測模塊主要有兩種測試工況：ASM2540、ASM5025。工況法檢測模塊能夠對汽車尾氣排放是否超標進行實時檢測，并顯示檢測的剩余時間，同時有利于引車員控制被測汽車的速度。測試界面中應該包括當前的檢測進程、檢測流程、當前的測試值、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 檢測設備選擇模塊

該系統中的各硬件設備都要和工控機保持通訊聯系，而工控機與各硬件設備都具有不同的通信協議，這就需要使用到檢測設備選擇模塊，將具有開放性的軟件檢測系統構建出來，使軟件具有更強的適應能力。

2.5 傳感器標定模塊

傳感器標定模塊的作用是保障ASM汽車尾氣檢測系統的檢測精度，該模塊可以分為抗拉力傳感器標定模塊和速度傳感器標定模塊兩個部分。在標定架上通過加載砝碼，也就是實際加載值，然后將拉壓力傳感器的測試值讀取出來，通過計算確定比例系數來對拉壓力傳感器進行標定。速度傳感器的標定則是由轉速計測試滾筒的實際轉速除以速度傳感器測得的轉速。

2.6 系統參數設置模塊

該系統中的反拖電機控制模塊、轉速計、廢氣分析儀、速度模塊都需要和工控機進行通訊，而且每個設備的串口各不相同，為了對各硬件連接的串口號進行定義，就需要使用到系統參數設置模塊。該模塊的主要作用是對參數設置中的串口號進行修改，使工控機和各硬件設備能夠順利地連接。

2.7 廢氣分析儀校準模塊

廢氣分析儀校準的作用是保障該系統的測試精度，該模塊要使用到低量程標準氣瓶，對當前的體積分數進行測試，通過對比標準值體積分數和實際測量的體積分數來算出誤差，并對不符合測試精度的情況進行重新標定。

3 機動車ASM尾氣排放檢測系統的控制方法

機動車ASM尾氣排放檢測系統有兩個循環工況：ASM2540和ASM5025，共有3個測試階段：車輛加速階段、車輛穩定階段和車輛測試階段。汽車尾氣檢測系統難以建立精確的數學模型，具有一定的時間滯后性和非線性，為了使系統的控制精度能夠得到優化，本文使用的控制方法是模糊PID復合控制算法。模糊PID復合控制算法將模糊控制和PID結合起來，能夠有效的對系統的控制精度進行改善。PID控制的優點在于算法簡單、魯棒性強，而且具有較高的可靠性。但是普通的PID控制不能對非線性系統進行很好的控制，這就需要對其進行改進。模糊控制立足于模糊推理理論能夠對復雜模型進行控制，其優點在于具有良好的適應性和魯棒性，而且操作比較便利，無需建立精確的數學模型。將二者結合起來，可以使用模糊控制算法來實時整定PID 控制參數，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 結語

機動車ASM尾氣排放檢測系統能夠對傳統的改造方法進行改進和優化，提高檢測的精度，減少誤判和人為作弊的情況，有利于相關部門對機動車排放污染物進行有效的管理。未來該系統的發展方向是不斷提高性價比，進一步提高測量的精度和運行的穩定性。