机动车ASM尾气排放检测系统设计与控制方法研究

李文铿

摘 要：对于机动车的尾气检测，我国一般使用自由加速烟度法和双怠速法，这两种方法均为无负载检测法，试验方法比较简单，而且价格便宜，但是由于车辆无载荷，检测结果的真实性和代表性存在不足，这就需要使用到ASM检测系统。本文简要介绍了机动车ASM尾气排放检测系统的硬件设计和软件设计，并对其控制方法进行了介绍。

关键词：尾气排放检测系统；ASM；机动车

中图分类号： O19 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-156-2

0 引言

在经济发展的过程中，我国汽车的保有量也在不断增加，汽车的尾气含有大量的污染物，会造成大气污染。为了对汽车的尾气排放情况进行有效的检测，必须对传统的机动车尾气检测方法进行改进，这就需要使用到机动车ASM尾气排放检测系统。

1 机动车ASM尾气排放检测系统的硬件设计

机动车ASM尾气排放检测系统立足于国际标准，由控制底盘测功机对道路行驶的阻力进行模拟，从而对汽车尾气的排放浓度进行检测，属于动尾气态检测系统。该系统的硬件主要包括举升控制单元、涡流机加载控制单元、传感器信号处理单元、转速计、司机助、风机、废气分析仪、底盘测功机、工控机等，具体结构如图1。

1.1 底盘测功机的结构和功能

对被测车辆的加载需要应用到底盘测功机，底盘测功机能够对道路行驶的阻力进行模拟是机动车ASM尾气排放检测系统的关键组成部分。底盘测功机包括反拖电机、滚筒装置、举升装置、涡流机、应变片式拉压力传感器、转速传感器等部分。其中反拖电机的作用是对测功机的加载响应和计算功率进行测试，滚筒装置的作用是对实际路面进行模拟，举升装置的作用是通过下降和上升来检测车辆，涡流机的作用是对被测车辆进行加载，拉压力传感器的作用是对涡流机的加载阻力距进行测试，速度传感器的作用是对汽车轮边转速进行测试。

1.2 传感器信号采集与处理单元

对汽车进行稳态工况法测试时必须对涡流机的加长扭矩值和汽车的轮边速度等数据进行收集，由于底盘测功机上的拉压力传感器和速度传感器的信号无法被工控机直接识别，这就需要对其进行处理。处理该信号的单元是传感器信号采集与处理单元。

该单元主要是由光电编码器作为速度传感器，使用DAM-3070D模块作为速度信号处理模块，中间还要设置一个485转232通讯模块，这是由于计算机识别的通讯方式是232通讯，而3070D模块只能输出485通讯。使用电阻应变式传感器作为抗拉力传感器，并在中间放置电压放大模块，该模块会使电压信号放大，然后将其输入数模转换模块，将其转化为数字量输入计算机，由计算机对拉压力传感器电压值的变化量进行读取。

1.3 举升控制单元

矩阵控制单元的作用主要是是工控机对气囊举升的控制目的得以实现。工作机会产生数字信号，数字信号则对I/O电路板进行控制，产生电压值的变化量，对继电器闭合进行控制，从而对电磁阀的开闭进行控制。

1.4 司机助的设计

司机助主要是对引车员的操作进行提示，使用可移动式支架结构作为司机助，使用方钢焊接制作司机助的底座，底座下的4个滚轮带有自锁功能，有利于移动和固定，然后再使用螺柱将底座和立柱连接到一起，使用螺栓将立柱和屏幕固定架连接到一起。司机助具有良好的刚度，自重较轻。

1.5 涡流机加载控制单元

涡流机的作用主要是加载道路行驶阻力，这就需要涡流机加载控制单元对其进行控制。在本系统中主要运用工控机控制I/O板卡来产生控制信号，并由信号处理芯片和控制晶体管来对信号进行转换，通过励磁电压来控制电涡流机。该控制单元能够对励磁电压的加载强度进行实时观察，从而对加载的稳定程度进行判断。

1.6 反拖电机控制单元

该单元的作用在于对底盘测功机的测试精度进行判断，主要是通过反拖电机对滚筒进行带动，通过滚筒转动来对底盘测功机的加载响应时间、日常寄生功率进行测试。

2 ASM尾气排放检测系统的软件设计

ASM尾气排放检测系统的软件采用了模块化的设计思路，包括以下几个独立模块：底盘测功机校准模块、废气分析仪校准模块、系统参数设置模块、传感器标定模块、检测设备选择模块、工况法检测模块、车辆检测模块、车辆登录模块的各模块相互联系。

2.1 车辆信息登录模块

立足于稳态工况法汽车尾气检测流程，汽车信息登录模块主要是对被测试汽车的基本信息进行录入，主要包括其车辆的号码和类型、发动机的排量、供油方式、额定转速和额定功率等，并在数据库中写入这些信息。该模块会产生与每辆车对应的检测流水号，以便对该车辆的检测信息和登录信息进行查询。

2.2 车辆检测模块

该模块能够为操作人员的操作提供便利，以车辆的检测状态和基本信息为依据，对需要检测的车辆进行快速检索，检索条件主要有车辆的号码、检测状态、是否有牵引辅助、驱动方式等。

2.3 工况法检测模块

作为ASM尾气排放检测系统的核心，工况法检测模块主要有两种测试工况：ASM2540、ASM5025。工况法检测模块能够对汽车尾气排放是否超标进行实时检测，并显示检测的剩余时间，同时有利于引车员控制被测汽车的速度。测试界面中应该包括当前的检测进程、检测流程、当前的测试值、尾气排放含量的限值以及速度曲线限值和汽车速度曲线等。

2.4 检测设备选择模块

该系统中的各硬件设备都要和工控机保持通讯联系，而工控机与各硬件设备都具有不同的通信协议，这就需要使用到检测设备选择模块，将具有开放性的软件检测系统构建出来，使软件具有更强的适应能力。

2.5 传感器标定模块

传感器标定模块的作用是保障ASM汽车尾气检测系统的检测精度，该模块可以分为抗拉力传感器标定模块和速度传感器标定模块两个部分。在标定架上通过加载砝码，也就是实际加载值，然后将拉压力传感器的测试值读取出来，通过计算确定比例系数来对拉压力传感器进行标定。速度传感器的标定则是由转速计测试滚筒的实际转速除以速度传感器测得的转速。

2.6 系统参数设置模块

该系统中的反拖电机控制模块、转速计、废气分析仪、速度模块都需要和工控机进行通讯，而且每个设备的串口各不相同，为了对各硬件连接的串口号进行定义，就需要使用到系统参数设置模块。该模块的主要作用是对参数设置中的串口号进行修改，使工控机和各硬件设备能够顺利地连接。

2.7 废气分析仪校准模块

废气分析仪校准的作用是保障该系统的测试精度，该模块要使用到低量程标准气瓶，对当前的体积分数进行测试，通过对比标准值体积分数和实际测量的体积分数来算出误差，并对不符合测试精度的情况进行重新标定。

3 机动车ASM尾气排放检测系统的控制方法

机动车ASM尾气排放检测系统有两个循环工况：ASM2540和ASM5025，共有3个测试阶段：车辆加速阶段、车辆稳定阶段和车辆测试阶段。汽车尾气检测系统难以建立精确的数学模型，具有一定的时间滞后性和非线性，为了使系统的控制精度能够得到优化，本文使用的控制方法是模糊PID复合控制算法。模糊PID复合控制算法将模糊控制和PID结合起来，能够有效的对系统的控制精度进行改善。PID控制的优点在于算法简单、鲁棒性强，而且具有较高的可靠性。但是普通的PID控制不能对非线性系统进行很好的控制，这就需要对其进行改进。模糊控制立足于模糊推理理论能够对复杂模型进行控制，其优点在于具有良好的适应性和鲁棒性，而且操作比较便利，无需建立精确的数学模型。将二者结合起来，可以使用模糊控制算法来实时整定PID 控制参数，输入变量为误差变化率和误差，输出变量为PID的控制精度。

4 结语

机动车ASM尾气排放检测系统能够对传统的改造方法进行改进和优化，提高检测的精度，减少误判和人为作弊的情况，有利于相关部门对机动车排放污染物进行有效的管理。未来该系统的发展方向是不断提高性价比，进一步提高测量的精度和运行的稳定性。