一款汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀的動(dòng)態(tài)特性研究與實(shí)驗(yàn)分析
摘要:汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀,是為了適應(yīng)汽油車(chē)在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)需要而研發(fā)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用精密儀器。它采用注入一定的正壓或負(fù)壓的壓降法,國(guó)產(chǎn)全志T3芯片機(jī)電一體化設(shè)計(jì),儀器響應(yīng)快速、準(zhǔn)確,自動(dòng)化程度高。其零點(diǎn)漂移、穩(wěn)定性、可靠性、重復(fù)性都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18285-2018的相關(guān)要求,它為汽車(chē)燃油蒸發(fā)排放的檢測(cè)提供了重要手段。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202206/435222.htm關(guān)鍵詞:汽車(chē)燃油蒸發(fā);壓降法;GB18285-2018;國(guó)產(chǎn)全志T3芯片;機(jī)電一體化設(shè)計(jì)
汽油是一種極易揮發(fā)的液體,而揮發(fā)的油氣中碳?xì)涑煞质黔h(huán)境污染的重要來(lái)源之一 [2]。由于汽車(chē)燃油蒸發(fā)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng) EVAP 系統(tǒng))泄漏所產(chǎn)生的油氣 [3],以及車(chē)載油氣回收裝置和加油站油氣回收技術(shù)不能完全回收的油氣 [6],因此汽車(chē)燃油蒸發(fā)排放污染物是汽油車(chē)造成化學(xué)、霧霾等環(huán)境污染的主要問(wèn)題之一。我國(guó)在《汽油車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法)》(GB18285-2018)第 10.1.2 條第二款要求 [1]:規(guī)范汽油車(chē)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)檢驗(yàn)操作,加強(qiáng)汽油車(chē)排放控制,減少蒸發(fā)排放,防治大氣臭氧污染。
因此,有必要對(duì)燃油蒸發(fā)排放進(jìn)行研究和測(cè)試,而研制相應(yīng)的精確測(cè)量?jī)x器設(shè)備可以為控制燃油蒸發(fā)排放污染物的研究提供有利依據(jù)。開(kāi)發(fā)一款檢驗(yàn)“燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)”[4] 的儀器,檢測(cè)更低燃油蒸發(fā)排放,提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性,具有十分重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過(guò)比較分析幾種檢測(cè)泄露的方法,儀器最終采用密閉室法和壓降法兩者結(jié)合的技術(shù),具有自動(dòng)檢漏和自動(dòng)測(cè)量功能。
本文將最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于儀器開(kāi)發(fā),以實(shí)現(xiàn)儀器操作方便、測(cè)量準(zhǔn)確、工作可靠。
1 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀檢測(cè)原理和方法
汽車(chē)燃油蒸發(fā)檢測(cè)有以下兩種基本方法:流量法和壓降法。流量法是向被檢測(cè)系統(tǒng)持續(xù)注入一定目標(biāo)值的壓力并檢測(cè)流量,當(dāng)壓力達(dá)到目標(biāo)值后,若壓力源有流量進(jìn)入被檢測(cè)系統(tǒng),則有泄漏;反之。則無(wú)泄漏。壓降法是向被檢測(cè)系統(tǒng)注入一定的正壓或負(fù)壓,然后停止注入壓力并觀察壓力是否有變化,如果壓力變化,說(shuō)明有泄漏;如果壓力不變,說(shuō)明無(wú)泄漏 [5]。
汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀采用高精度表壓壓力傳感器對(duì)車(chē)輛加油口和油箱蓋進(jìn)行壓力損失動(dòng)態(tài)測(cè)試,即壓降法。加油口和油箱蓋壓力損失測(cè)試可同時(shí)進(jìn)行,也可單一進(jìn)行。
首先油箱蓋壓力檢測(cè),可以采用流量法和壓降法進(jìn)行測(cè)試。依據(jù)《廣東省汽油車(chē)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)檢驗(yàn)操作指南(試行)》,本文采用壓降法動(dòng)態(tài)測(cè)試壓力損失,首先在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀態(tài)(23 ℃,101.35 kPa)下,卸下受檢車(chē)輛的油箱蓋安裝到燃油蒸發(fā)測(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試儀自動(dòng)對(duì)油箱蓋加壓至 7 000±250 Pa,測(cè)試儀軟件自動(dòng)記錄 10 s 測(cè)試過(guò)程中的壓力動(dòng)態(tài)損失,如果壓力損失超過(guò) 1 500 Pa,則測(cè)試結(jié)果不合格。
其次加油口壓力檢測(cè),按照規(guī)定,測(cè)試儀對(duì)油箱直接加壓到 3 500±250 Pa 的初始?jí)毫Γ侔凑諊?guó)標(biāo) GB18285-2018 的相關(guān)要求對(duì)壓力損失進(jìn)行判斷。首先,在初始?jí)毫ο?,測(cè)試儀進(jìn)行 10 s 的連續(xù)壓力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),證明壓力穩(wěn)定性,不存在較大的燃油蒸發(fā)泄漏,壓力損失不得超過(guò) 1 250 Pa,如果超過(guò)了這個(gè)值,應(yīng)當(dāng)再?lài)L試兩次進(jìn)行檢測(cè)。其次,在通過(guò) 10 s 的壓力連續(xù)監(jiān)測(cè)后,才能進(jìn)行 120 s 的壓力損失測(cè)試,在 20~120 s 測(cè)量期間, 測(cè)試儀如果在任意時(shí)刻測(cè)得的壓力超過(guò)以下公式 1 計(jì)算結(jié)果 [1],可對(duì)壓力測(cè)試做出快速通過(guò)的決定,否則測(cè)試儀要持續(xù)進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè) 120 s 后停止加壓,如果壓力損失不超過(guò) 1 500 Pa,則加油口壓力測(cè)試結(jié)果合格。
2 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)
汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)包括四大部分:空氣壓縮機(jī);氣源處理器;制氮機(jī);壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)。具體設(shè)計(jì)如圖 1 所示:
其中壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)不僅實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)燃油蒸發(fā)的壓力損失;同時(shí)檢測(cè)大氣參數(shù):環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度。
3 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)
本文硬件包括系統(tǒng)管理層和系統(tǒng)接口層,主要論述人機(jī)交互界面和壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)了一種基于國(guó)產(chǎn)全志 T3 芯片的多通道檢測(cè)平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)壓力、溫度、濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和傳輸,具體設(shè)計(jì)如圖2 所示:
系統(tǒng)管理層即壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)硬件包括:T3 芯片主板、人機(jī)界面、報(bào)警系統(tǒng)、RS232 串口通訊、USB 通訊、WiFi 通信。其中,人機(jī)界面完成人機(jī)交互,報(bào)警系統(tǒng)警告檢測(cè)壓力過(guò)大,RS232 串口和 USB 通訊方便汽車(chē)檢測(cè)站連接 PC 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,WiFi 通信傳輸實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)接口硬件包括:氮?dú)膺M(jìn)口、油箱蓋和加油口通道壓力傳感器、環(huán)境溫度、濕度、壓力傳感器。
全志 T3 芯片為汽車(chē)級(jí)芯片,能適應(yīng)嚴(yán)酷的工作環(huán)境,是全志在智能工控領(lǐng)域的一款高性能、超高效處理器。T3 采用 ARM Cortex-A7 架構(gòu),較高的硬件電路的集成度,不僅增強(qiáng)了硬件系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性,而且極大簡(jiǎn)化了測(cè)試儀的設(shè)計(jì)難度。T3 運(yùn)行頻率高達(dá) 1.2 GHz,配備 Mali400 MP2 圖形處理器及多種顯示接口,并具有豐富的行業(yè)應(yīng)用接口,適合應(yīng)用于檢測(cè)儀器等工控行業(yè)。T3 配套使用的 PMIC 支持外部電源、USB、鋰電池三種供電方式,并集成了供電路徑選擇和鋰電池充放電管理功能,可以實(shí)現(xiàn)硬件電路的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
4 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)
本文軟件設(shè)計(jì)采用 Android 嵌入式操作系統(tǒng) + 應(yīng)用程序架構(gòu)。軟件主要在 T3 芯片主板完成,利用 ARM 實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力信號(hào)接收、解析、通訊和存儲(chǔ),動(dòng)態(tài)反映壓力信號(hào)的特性,并且把測(cè)量結(jié)果通過(guò) WiFi 通信實(shí)時(shí)傳送到相關(guān)監(jiān)測(cè)部門(mén)。應(yīng)用程序的人機(jī)界面在鍵盤(pán)驅(qū)功、觸摸屏驅(qū)動(dòng)和圖形 GUI 的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)用戶(hù)和測(cè)試儀的交互式管理,主要完成壓力檢測(cè)實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理等功能。其中圖形 GUI 包括:顯示圖層驅(qū)動(dòng)、顯示設(shè)備驅(qū)動(dòng)、背光驅(qū)動(dòng)、enhance 驅(qū)動(dòng)和 capture 驅(qū)動(dòng)。
測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)包括兩大部分:壓力信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng);油箱蓋適用車(chē)型。其中壓力信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是系統(tǒng)重點(diǎn),所有的壓力測(cè)量、分析和處理都在這個(gè)模塊完成,它包括加壓、減壓、自檢、測(cè)量等多種功能。油箱蓋適用車(chē)型分 12 種類(lèi)型,分別以阿拉伯?dāng)?shù)字表示。具體如表 1:
5 實(shí)驗(yàn)分析
本文設(shè)計(jì)的汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀為:佛山翰創(chuàng)檢測(cè)儀器有限公司 MKE5001 型。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)下圖 4,測(cè)量誤差小于 ±0.2%。
(1)本實(shí)驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)佛山翰創(chuàng) MKE5001 型汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀的設(shè)計(jì)性能,主要是測(cè)量精確度和測(cè)量效率,測(cè)量結(jié)果不僅達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,而且性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
(2)佛山翰創(chuàng) MKE5001 型測(cè)試儀,全部采用國(guó)產(chǎn)芯片,擁有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán),在環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)保方面具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
(3)佛山翰創(chuàng) MKE5001 型測(cè)試儀在系統(tǒng)線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、整體性能方面達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo),目前產(chǎn)品在小批量試產(chǎn)階段。
6 結(jié)語(yǔ)
本文詳細(xì)闡述了一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用型汽車(chē)燃油蒸發(fā)測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案,對(duì)儀器的檢測(cè)原理和方法、測(cè)試步驟、總體設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)做了完整說(shuō)明,并簡(jiǎn)要介紹了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,實(shí)現(xiàn)了汽油車(chē)蒸發(fā)排放的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。對(duì)儀器進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證表明,其操作便捷、性能穩(wěn)定,測(cè)試準(zhǔn)確度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并且自動(dòng)化程度較高,能夠達(dá)到減少測(cè)試人員勞動(dòng)強(qiáng)度和難度的設(shè)計(jì)目的。目前因條件所限,后續(xù)應(yīng)盡可能在惡劣試驗(yàn)環(huán)境測(cè)試燃油蒸發(fā)測(cè)試儀的可靠性,同時(shí)探究能夠在野外沒(méi)有市電供電情況下的測(cè)量系統(tǒng)。
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(本文轉(zhuǎn)自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年6月期)
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