关于一种适应环保新标准的车载排放测试方式探讨

关于一种适应环保新标准的车载排放测试方式探讨

张建伟

中国汽车技术研究中心排放节能部耐久试验室天津东丽区300300

摘要：随着汽车在我国的普遍使用,汽车尾气所造成的环境污染问题也日益突出。为了改善环境、达到排放限制,我国相继制定了越来越严格的汽车尾气排放标准,然而,目前常用的车辆实验室排放测量方法,由于其试验设备投资大,试验费用高等问题,在普及过程中受到诸多限制,且其工况不能完全反映车辆实际道路排放情况,不适用于在用车的大规模排放检测。因此文章就一种适应环保新标准的车载排放测试方式进行探讨。

关键词：环保新标准；车载排放测试；探讨

汽车的出现推动了人类文明的发展，汽车工业和汽车运输业的发展强有力地推动了经济的发展。随着汽车工业的快速发展，汽车保有量迅速增长汽车己成为当代中国社会最重要的交通运输工具，极大地改善了人们的出行条件。但随着汽车保有量的急剧增加，汽车排放污染问题成为社会普遍关注的焦点之一。

一、当前汽车排放控制策略存在的问题

机动车的实验室排放测试方法是我们了解每种类型车辆排放水平的重要手段和基础。但是实验室测试方法存在的问题在于，实验室的法规测量方法只能测量在某些特定工况下(如NEDC,FTP75等)车辆(或发动机)的排放水平。这些工况只是针对特定的地区和特定的环境开发而成的，不能模仿实际道路复杂的工况情况。其测量排放的数据，只能表明车辆(或发动机)在当前测试工况下的排放状态。而在实际道路行驶过程中，车辆的行驶工况千变万化，再加上环境条件的差异，车辆的排放都是各不相同的。一般情况下，城市车辆的道路排放值要比实验室测量所得的排放值高的多。

二、关于一种适应环保新标准的车载排放测试方式

（一）测试方法

车辆按照《标准》规定的试验工况循环在道路上行驶时，其总排放质量是由N个瞬时排放分量叠加而形成的，通过将车载排放污染物测量装置直接连接在汽车排气尾管上，对车辆尾气进行直接采样，利用排放分析仪，实时测量汽车的未稀释排气中的各排气污染物浓度；利用流量传感器实时测量排气的体积；利用温度传感器和压力传感器实时对温度和压力进行测量，在温度和压力的校正下转化到标准状态的体积，通过对体积流量和体积浓度进行时间的积分，再乘以标准状态排放成分的密度可得到整个过程的总排放质量，因此，我们能够通过上述方法对车载总排放质量进行测试，该方法基于实际路面行驶，其试验条件等同于环保新标准规定的试验方法，相对于定容取样系统，与实验室方法相比，在既相对简单又能较好反映汽车实际排放情况，并能达到一定精度的前提下，该方法免去了底盘测功机以及定容取样系统(cvs)，可大大降低仪器及试验的成本，以满足普及使用的要求。

采用各传感器实时记录全过程中瞬时汽车车速、瞬时排气量等参数。利用这些参数可绘出排放随时间和各工况变化的曲线，较直观地了解各工况对排放的影响，为进一步的分析提供数据。在实际道路运行条件下对车辆排放进行实时测量。

这样就能够反映外界环境条件的变化对车辆排放的影响。

（二）关键问题和解决方法

关键问题之一：传感器在高温条件下的适应性；

为了保证流量体积测量的准确性，必须在整个测试系统中保证气密性。这就要求流量传感器与汽车尾管紧密相接，我们知道：在普通行车条件下，废气温度为100-200℃，在高速、重负荷等极端条件下，汽车尾管温度高达300-400℃。这就对流量传感器在高温条件下工作的适应性和可靠性提出很高的要求。

解决方法：首先对常用的几种气体流量计的性能进行比较，设计试验装置，通过对试验过程和结果的分析提出改进方案；让汽车尾气通过一段比较长的不锈钢波纹软管，软管连接汽车排气管和流量传感器，起着导气和冷却作用。在流量传感器之前测气体的温度和压力用来修正为分析仪工作的环境状态。把气体分析仪采样探头装在汽车排气管出口处使得排放污染物未经波纹管冷却，未经溶解在冷凝水之前就直接测量。这样，就解决了可溶性的排放物溶解在冷凝水中带来的试验误差和流量传感器高温适应性所带来的限制。

关键问题之二：不同响应特性的传感器的匹配问题。

由于该方法是建立在瞬态测量和计算的基础上，在同一时刻对各测量参数的计算结果进行时间上的积分即可得到整个试验过程最终的结果，但由于各传感器在测试原理(不同传感器响应特性、响应时间不同)、机械结构、分布走线等诸多方面的不同，在同一时刻采集到的数据实际上是代表了不同时刻测量数据，时间上某瞬时一记录的数据在实际中往往不能反映该时刻真实状态。因此，各传感器匹配方案的选择及各传感器信号之间时差特性的精确确定会影响测试结果。

解决方法：通过对气体传感器输出信号频率结构的分析确定采样频率；通过探寻尾气流量与气体浓度的阶跃响应特性和正弦响应特性确定各传感器的响应时间，并分析不同滞后时间对排放量的影响，修正各传感器的响应时间，从而解决了不同响应特性的传感器的匹配问题。

（三）总体方案设计

有别于传统的在实验室内采用底盘测功机的测量方法，本测试系统是一种车载式排放分析系统，要求直接而连续地在实际路面上对传感器的信号进行采样和记录，最后对采样数据进行计算，得到整个测试过程行驶车辆的排放总量。系统采用便携式(笔记本)微机((PC)做上位机，它具有快速的数据存储、处理功能和良好的用户图形界面，适合系统要求，但由于PC机缺少能够直接与底层硬件接驳的端口，不易于和传感器直接接口，故系统采用主从式结构，采用一个易于和传感器接口的单片机系统做下位机处理底层硬件管理事物，二者结合起来，充分发挥两种系统的优点，利用单片机作为前端机实现流量、气体浓度、压力、温度和车速的采样功能，利用PC机作为上位机对采集的数据进行显示、处理和分析功能。为简化操作，要求单片机系统由PC机控制，通过串行口接收PC机发出的命令开始采样或停止，采样完成后的数据亦通过串行口传输到PC机，由PC机进行数据的显示和存储。这也是系统称为主从式结构的原因所在。试验时操作人员只需操作PC机系统，有利于提高道路上试验的安全性。

测试系统要求采集的传感器信号有：CO和HC二种气体的模拟信号，温度和压力的模拟信号以及车速和流量两路脉冲信号，对于模拟信号，经过A/D转换后，连同脉冲信号经过数据采集装置传输至下位机单片机，单片机通过串行通信将数据传送到上位机PC机，由PC机对采集的数据进行处理和分析。

总之，车载排放测试方法是车辆道路排放测试技术的主要研究方法。文章针对当前汽车排放控制策略存在的问题，提出运用车载排放测试的新方法来研究实际道路行驶汽车的排放，该方法集传感器技术，计算机检测技术，网络通讯技术为一体，综合运用了传感器，电子及计算机技术，是一种适合我国国情的，价格相对较低的，既能真实反映汽车实际道排放水平，符合《标准》规定的工况法指标，又具有可接受测试精度的测试方法，期望能够起到一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]戴丽华.精致化管理角度下提升辅导员工作的科学化水平初探[J].教育教学论坛,2014,(15)

[2]郭栋,赵韩涛,王晓原,房海涛,田厚杰,孙文文.实际道路运行工况下轻型车排放特征研究[J].北京理工大学学报,2013,(12)

[3]郭栋,王云鹏,邹广德,高松,谭德荣,邵金菊.基于车载测试的机动车比功率与排放关系的研究[J].汽车工程,2012,(01)