10第十章稳态工况法及加载减速的检测.docx
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10第十章稳态工况法及加载减速的检测
第十章稳态工况法及加载减速的检测
对于在用的汽油车和柴油车来说，按照以往的做法，对在用汽车排放检测时用的是怠速法、双怠速法和自由加速法，由于这几种方法与汽车行驶时的工况有较大差异，不能完全反映汽车的实际排放水平。
而且，汽油车排放物中的NO，只是在汽车有负荷，且发动机温度较高时才生成，在怠速工况下，NO的生成都很少，但NO却是汽油车排放物中的一种主要的污染物，对环境空气的污染后果较大，有必要进行有效的检测和控制。
为了解决这几种方法与汽车运行情况差异太大的问题，汽油车的ASM工况法（稳态工况法）和柴油车的加载减速试验法，成为了在用车的汽车排放检测的实用方法。
依据标准：
GB18285-2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值和测量方法》、GB3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值和测量方法》、HB/T291-2006《汽油车稳态工况法排气污染物测量设备技术要求》、HB/T290-2006《汽油车简易瞬态工况法排气污染物测量设备技术要求》、HB/T241-2005《确定压燃式发动机在用车加载减速法排气烟度排放限值的原则和方法》。
10.1轻型底盘测功机结构及原理
10.1.1轻型测功机基本结构
1功率吸收装置（电涡流测功机）7同步带及同步轮13气囊举升器
2连轴器8飞轮14万向连轴器
3手动挡轮9速度传感器15反拖电机及传动带
4滚筒10扭力传感器16框架
5产品铭牌及中间盖板11力臂17起重吊环
6滚筒轴承12轮胎挡轮
图10-1测功机结构
10.1.2设备组成及测试原理
图10-2设备组成
底盘测功机是一种可用于辅助机动车尾气排放检测的试验设备。
用测功机模拟汽车在实际行驶时的不同负载及各种运动阻力，来实现对不同尾气排放检测工况的模拟。
检测时，被测汽车的驱动轮先停在举升器上，举升器下降后车轮落在滚筒之间。
驱动轮带动滚筒转动，滚筒相当于活动路面，使汽车产生相对行驶。
利用功率吸收装置（电涡流机）来模拟各工况中需加载的不同负载。
检测过程中，驱动轮的转速由安装在滚筒轴上的测速传感器测量；驱动轮的输出力矩（或功率）由安装在功率吸收装置定子上的测力传感器测量。
控制系统按照检测方法的要求，根据测力和测速传感器反馈的信息，调整功率吸收装置控制电流的大小，进而来调节和控制所模拟的不同负载，与此同时由气体分析仪对不同工况下的尾气排放进行记录，由主控计算机进行数据处理、结果判定以实现环保检测的目的。
10.2ASM试验方法
10.2.1ASM试验准备（依据GB18285-2005）
1、车辆准备
（1）如需要，可在发动机上安装冷却水和润滑油测温计等测试仪器。
（2）应关闭空调、暖风等附属装备。
装备牵引力控制装置的车辆应关闭牵引力控制装置。
（3）车辆预热：
进行试验前，车辆各总成的热状态应符合汽车技术条件的规定，并保持稳定。
在试验前车辆的等候时间超过20min或在试验前熄火超过5min，应选以下任一种方法预热车辆：
——车辆在无负荷状态使发动机以2500r/min转速运转4min；
——车辆在测功机上按ASM5025工况运行60s。
（4）变速器的使用
安装自动变速器的车辆应使用前进档进行试验。
安装手动变速器的车辆应使用二档，如果二档所能达到的最高车速低于45km/h可使用三档。
（5）车辆驱动轮应位于滚筒上，必须确保车辆横向稳定。
驱动轮胎应干燥防滑。
（6）车辆应限位良好。
对前轮驱动车辆，试验前应使驻车制动起作用。
（7）在试验工况计时过程中，车辆不允许制动。
如果车辆制动，工况起始计时应重新置零（t=0）。
2、测功机预热
测功机每天开机或停机、转速小于25km/h超过30min，应在试验前进行自动预热。
此预热应由系统自动控制完成，如没有按规定完成预热，系统应锁定不能进行检测。
10.2.2ASM测试过程（依据GB18285-2005）
1、测试程序
（1）车辆驱动轮位于测功机滚筒上，将分析仪取样探头插入排气管中，深度为400mm，并固定于排气管上。
对独立工作的多排气管应同时取样。
（2）ASM5025工况
车辆经预热后，加速至25km/h，测功机根据测试工况要求加载，工况计时器开始计时（t=0s），车辆保持25km/h±1.5km/h等速5s后开始检测。
当测功机转速和扭矩偏差超过设定值的时间大于5s，检测应重新开始。
然后系统开始预置10s之后开始快速检查工况，计时器为t=15s时分析仪器开始测量，每秒钟测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计算10s内的排放平均值。
运行10s（t=25s）ASM5025快速检查工况结束。
车辆运行至90s（t=90s）ASM5025工况结束。
测功机在车速25.0km/h±1.5km/h的允许误差范围内，加载扭矩应随车速的变化做相应的调整，保证加载功率不随车速改变。
扭矩允许误差为该工况设定扭矩的±5%。
在测量过程中，任意连续10s内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于±0.5km/h，测试结果有效。
快速检查工况的10s内的排放平均值经修正后如果等于或低于限值的50％，则测试合格，检测结束；否则应继续进行至90s工况。
如果所有检测污染物连续10秒的平均值均低于或等于限值，则该车应判定为ASM5025工况合格，继续进行ASM2540检测；如任何一种污染物连续10秒的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。
在检测过程中如任意连续10s内的任何一种污染物10次排放值经修正后均高于限值的500％，则测试不合格，检测结束。
（3）ASM2540工况
车辆从25km/h直接加速至40km/h，测功机根据测试工况要求加载，工况计时器开始计时（t=0s），车辆保持40km/h±1.5km/h等速5s后开始检测。
当测功机转速和扭矩偏差超过设定值的时间大于5s，检测应重新开始。
然后系统开始预置10s之后开始快速检查工况，计时器为t=15s时分析仪器开始测量，每秒钟测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计算10s内的排放平均值。
运行10s（t=25s）ASM2540快速检查工况结束。
车辆运行至90s（t=90s）ASM2540工况结束。
测功机在车速40.0km/h±1.5km/h的允许误差范围内，加载扭矩应随车速的变化做相应的调整，保证加载功率不随车速改变。
扭矩允许误差为该工况设定扭矩的±5%。
在测量过程中，任意连续10s内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于±0.5km/h，测试结果有效。
快速检查工况的10s内的排放平均值经修正后如果等于或低于限值的50％，则测试合格，检测结束；否则应继续进行至90s工况。
如果所有检测污染物连续10秒的平均值均低于或等于限值，则该车应判定为合格。
如任何一种污染物连续10秒的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。
在检测过程中如任意连续10s内的任何一种污染物10次排放值经修正后如高于限值的500％，则测试不合格，检测结束。
表10-1ASM检测过程
工况
运转次序
速度
km/h
操作时间
（mt）s
测试时间
（t）s
5025
1
25
5
/
2
25
15
3
25
25
10
4
25
90
65
2540
5
40
5
/
6
40
15
7
40
25
10
8
40
90
65
图10-3ASM测试过程
10.2.3ASM日常检验（软件操作部分）
1、寄生功率滑行测试（56km/h～0）
进入主界面后，选择“日常检验”项目菜单，点击“寄生功率滑行测试（56km/h～０）”，即可进入寄生功率滑行测试（56km/h～０）界面。
如图10-4所示：
进入测试界面后，设定速度值至少达到55km/h，然后“启动变频器”，启动底盘测功机的反拖电机，使滚筒的线速度达到设定的速度，稳定后按“开始”，停止反拖电机，使滚筒自由滑行进行寄生功率检查测试，当滑行的速度低于表10-2中寄生功率滑行测试速度区间的最小速度时，测试结束并自动得出各区间的滑行时间，各速度测试点的寄生功率（PLHP）的值和测得的寄生功率（PLHP）和标定的该点寄生功率的误差值。
如果测试的寄生功率与标定的寄生功率之间的误差太大，此时就需要对寄生功率进行重新标定，
表10-2检测站日常检验的寄生功率滑行测试速度区间和相应的名义速度
寄生功率滑行测试速度区间/km/h
51～45
48～32
40～24
33～17
名义速度/km/h
48
40
32
25
数据记录/s
Δt1
Δt2
Δt3
Δt4
检测站日常检验寄生功率计算公式：
（1）对于表10-2中寄生功率滑行测试速度区间为（51～45）km/h时，寄生功率计算公式如下：
PLHP48＝0.02222×DIW/∆tX
（2）对于表10-2中其它寄生功率滑行测试速度区间，寄生功率计算公式如下：
PLHPvX＝0.00123457×DIW/∆tX
式中，PLHPvX为名义速度为vX时的寄生功率，kW；vX＝40km/h，32km/h，25km/h；∆tX为相应速度段的滑行时间，s；DIW为系统惯量。
注意：
寄生功率测试时，底盘测功机所有转动件均需转动。
图10-4
2、寄生功率滑行测试（96km/h～０）
在寄生功率滑行测试（96km/h～０）的界面中（图10-5），包含两项功能（１）寄生功率的标定。
（２）环保型式核准检验。
进入测试界面后，设定反拖速度目标值至少到９６km/h,点击“启动变频器”，使底盘测功机的反拖电机的运转，等到滚筒线速度达到设定的速度值后，按“开始”，停止电机反拖，使滚筒自由滑行，当速度小于滑行区间的最小值后，测试结束，控制软件自动得出各速度区间的滑行时间、测试速度点寄生功率和扭力值，点击“计算”按钮，可得出速度－功率的系数、速度－扭力的系数，并画出它们的关系曲线。
点击“保存”将标定系数存储到文件，按“打印”输出所需的测试数据报表。
4.19加载滑行测试
检测站日常检验加载滑行测试时，可在（6.0～13.0）kW之间随机选择一个值，作为IHP40值或IHP25值对功率吸收装置进行设定。
由驱动电机带动滚筒转动到至少53km/h的线速度，然后使驱动电机断电的方法进行（48～32）km/h和（33～17）km/h的加载滑行测试。
加载滑行测试时，底盘测功机所有转动件均须转动（见图10-6）。
进入测试界面后，首先选择一个功率加载的测试点，将光标点到相应得编辑框中，此时该编辑框变为绿色，加载功率的编辑框的值改变为要加载的功率值，然后点击“启动变频器”，当滚筒转动到至少53km/h的目标速度后，按“开始”按钮，则控制软件自动停止变频器，开始按照指定的加载功率和速度计时区间进行加载滑行测试。
当滚筒的线速度低于滑行制定最低速度时，加载滑行结束，滑行速度计时区间测得的时间显示到相应得编辑框中，点击“计算”，控制软件自动计算出名义速度为40km/h时实际滑行时间和计算滑行时间的相对误差和名义速度为25km/h时实际滑行时间和计算滑行时间的相对误差。
点击“保存”，将试验数据保存到文件中。
点击“打印”按钮，打印输出测试数据报表。
图10-6
10.3加载减速试验方法（依据GB3847-2005）
1、术语和定义
（1）净功率
按GB/T17692测得的发动机净功率。
（2）压燃式发动机
采用压燃原理工作的发动机（如：
柴油机）。
（3）冷启动装置
通过其工作临时增加发动机供油量和用于辅助发动机启动的装置。
（4）不透光烟度计
按GB3847-2005附录G规定的、用于连续测量汽车排气的光吸收系数的仪器。
（5）最高额定转速
调速器所允许的全负荷最高转速。
（6）最低额定转速
——发动机下列三种转速中最高者：
45%最高额定转速；1000r/min；怠速控制器允许的最
低转速。
或
——制造厂要求的更低转速。
（7）轮边功率
指汽车在底盘测功机上运转时驱动轮实际输出功率的测量值。
（8）最大轮边功率（MaxHP）
进行本标准规定的功率扫描过程中得到的实测轮边功率最大值。
（9）光吸收系数（k）
表示光束被单位长度的排烟衰减的一个系数,它是单位体积的微粒数n,微粒的平均投影面积a和微粒的消光系数Q三者的乘积。
（10）发动机最大转速（MaxRPM）
在进行本标准规定的测试试验中，油门踏板处于全开位置时测量得到的发动机最大转速。
（11）实测最大轮边功率时的转鼓线速度（VelMaxHP）
指在进行本标准规定的功率扫描试验中，实际测量得到的最大轮边功率点的转鼓线速度。
（12）发动机标定功率
同发动机额定功率。
2、加载减速试验方法
排放检测由三部分组成：
第一部分是对车辆进行预先检查，以保证受检车辆与证件的一致性和进行检测的安全性；第二部分是检查检测系统和车辆的状况是否适合进行检测；第三部分则是进行排放检测，检测工作由系统控制自动进行，以保证检测过程的一致性和检测结果的可靠性。
10.3.1预先检查
1、待检车辆完成检测登记后，驾驶检测员应将车辆驾驶到底盘测功机前等待检测，并进行车辆的预先检查。
预先检查的目的是核实受检车辆是否和行驶证相符，并评价车辆的状况是否能够进行加载减速检测，预先检查按GB3847—2005附件JA规定的程序进行。
2、在将车辆驾驶上底盘测功机前，检测员还应对受检车辆进行以下调整：
（1）中断车上所有主动型制动功能和扭矩控制功能（自动缓速器除外），例如中断制动防抱
死系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）等。
（2）关闭车上所有以发动机为动力的附加设备，或切断其动力传递机构。
（3）除检测驾驶员外，受检车辆不能载客，也不能装载货物，不得有附加的动力装置。
必要时，可以用测试驱动桥质量的方法来判断底盘测功机是否能够承受待检车辆驱动桥的质量。
（4）在检测准备工作中，应特别注意以下事项：
①对非全时四轮驱动车辆，应选择后轮驱动方式；
②对紧密型多驱动轴的车辆，或全时四轮驱动车辆，不能进行加载减速检测，应进行自由加速排气烟度排放检测。
10.3.2检测系统的检查
1、检测系统检查的目的是为了判断底盘测功机是否能够满足待检车辆的功率要求，同时检查检测系统的工作状态是否正常。
2、如果待检车辆通过了“一、预先检查”规定的预检程序，检测员应按以下步骤将待检车辆驾驶到底盘测功机上：
（1）举起测功机升降板，并检查是否已将转鼓牢固锁好。
（2）小心将车辆驾驶到底盘测功机上，并将驱动轮置于转鼓中央位置。
注意：
一定要按测功机的规定方向驶入，否则有可能损坏底盘测功机，当驱动轮位于转鼓鼓面上时，严禁使用倒档。
（3）放下测功机升降板，松开转鼓制动器。
待完全放下升降板后，缓慢驾车使受检车辆的车轮与试验转鼓完全吻合。
（4）轻踩制动踏板使车轮停止转动，发动机熄火。
（5）将非驱动轮楔住,系扣车辆安全限位装置。
对前轮驱动的车辆,应有防侧滑措施。
（6）应为受检车辆配备辅助冷却风扇，应掀开大型机动车的动力仓盖板，保证冷却空气流通顺畅，以防止发动机过热。
10.3.3检测准备
1、连接好发动机转速传感器，以测量发动机转速。
2、选择合适的档位，使油门踏板在最大位置时，受检车辆的最高车速最接近70km/h。
3、由计算机判断测功机是否能够吸收受检车辆的最大功率，如果车辆的最大功率超过了测功机的功率吸收范围，不能进行检测。
10.3.4排气烟度检测
如果受检车辆顺利通过了上述规定的检测，则可以接着进行下述加载减速排气烟度检测。
1、检测前的最后检查和准备
2、在开始检测以前，检测员必须检查用于通讯的系统是否能够正常工作。
3、除检测员外，在检测过程中，其它人员不得在测试现场逗留。
4、如果发动机冷却液温度低于正常温度，应进行发动机预热操作。
这时需要将测功机切换到手动控制模式，检测驾驶员应在小负荷下预热发动机，直到冷却液的温度达到制造厂规定的正常温度范围为止。
5、发动机熄火，变速器置空档，检查不透光烟度计的零刻度和满刻度。
检查完毕后，将合适尺寸的采样探头插入受检车辆的排气管中，注意连接好不透光烟度计，采样探头的插入深度不得低于400mm。
不应使用太大尺寸的采样探头，以免受检车辆的排气背压过大，影响输出功率。
在检测过程中，必须将采样气体的温度和压力控制在规定的范围内，必要时可对采样管进行适当冷却，但要注意不能使测量室内出现冷凝现象。
10.3.5加载减速测试过程
1、测试过程：
（1）首先提示检测员检查行驶证，并对车辆的识别号（VIN）或底盘号进行核查，检查结果需输入指定的字段。
若检测未通过，则不能继续进行检测。
（2）PAU处于较低的负荷（与速度成线性关系），其上限的缺省值不超过10kW（在70km/h速度时）。
（3）检测员选择合适的档位，将油门踏板置于全开位置，车速应尽可能接近70km/h。
如果两个档位的接近程度相同，检测时需选用低速档。
对于自动变速车辆，应使用D档（D-range）进行试验，不得使用超速档（over-driverange）进行。
（4）油门踏板全开，发动机转速稳定后，控制程序将此时的发动机转速设定为最大发动机转速（MaxRPM）。
并根据输入的发动机标定转速，计算最大功率下的转鼓线速度（VelMaxHP）：
VelMaxHP=当前转鼓线速度*发动机标定转速/MaxRPM
（5）根据下式确定所需最小轮边功率：
所需最小轮边功率=发动机标定功率*（100%-功率损失百分比）
（6）如果没有特殊要求，功率损失百分比的默认值是50%。
在PAU加载之前，通过输入的发动机标定转速和发动机标定功率确定转鼓表面的最大力和PAU的吸收功率。
在进行污染物检测前确认转鼓和PAU是否可以接受该力和功率。
如果最大力或功率超过了测功机的检测能力，将终止测试程序。
（7）如果通过了上述检测，检测控制系统将自动控制PAU开始加载减速过程。
（8）首先自记录的MaxRPM转速开始进行功率扫描，以确定实际峰值功率下的发动机转速。
（9）真实VelMaxHP的确定：
进行功率扫描时，在功率随发动机转速变化的实时曲线上确定最大轮边功率，并将扫描得到的最大轮边功率时的转鼓线速度记为真实的VelMaxHP。
（10）在获得真实的VelMaxHP之后，继续进行功率扫描过程，直到转鼓线速度比实际的VelMaxHP低20%为止。
（11）在结束了功率扫描并确定了真实的VelMaxHP后，控制系统立即改变PAU负载，并控制转鼓速度回到真实的VelMaxHP值，以进行加载减速检测。
系统按照同样的次序完成对以下三个速度段的检测：
真实的VelMaxHP，90%的VelMaxHP和80%的VelMaxHP。
（12）将在三个检测速度段的测量得到的光吸收系数k、发动机速度、转鼓线速度和轮边功率的数据作为检测结果。
在每个检测点，在读数之前转鼓速度应至少稳定3s，光吸收系数k、发动机转速和轮边功率数据则需在转鼓速度稳定后读取5s内的平均值。
（13）加载检测过程结束后，控制系统应及时提示驾驶检测员松开油门踏板并换到空档，但是不允许使用任何车辆制动装置。
（14）在关闭发动机之前，将车辆置于怠速状态至少1min，控制系统应自动记录怠速转速数据。
检测数据
7.16F
7.48F
7.24F
总评结果
80%VelMaxHP光吸收
系数
90%VelMaxHP光吸收
系数
100%VelMaxHP光吸收
系数
F
36.3T
67.8
计算VelMaxHP
VelMaxHP时发动机转速
3750—
修正最大轮边功率
发动机怠速转速
实测最大轮边功率
73.1
32.6
752
实际VelMaxHP
F
7.24F
7.16F
90%VelMaxHP光吸收
系数
7.48F
100%VelMaxHP光吸收
系数
总评结果
80%VelMaxHP光吸收
系数
图10-7加载减速测试过程图
2、结果判定：
（1）检测系统对检测中记录的原始光吸收系数k、发动机转速和吸收功率数据进行自动处理，从三个加载减速检测记录的数据组中，筛选出真实VelMaxHP下的发动机转速、转鼓转速、吸收功率和光吸收系数K数据输至数据区1，筛选出90%和80%的VelMaxHP下的相应数据分别输入到数据区2和3中。
（2）在数据区1，根据系统自动记录的环境温度、环境湿度和大气压力，对测量得到的吸收功率进行修正。
将所需最小功率和修正后的轮边功率进行比较，如果修正后的轮边功率小于所需最小功率，则判定车辆排气污染物检测不合格。
（3）在数据区1，将VelMaxHP与发动机制造厂规定的发动机标定转速进行比较，如果VelMaxHP超过标定转速±10%，则认为车辆检测不合格。
（4）在数据区1、2和3检查光吸收系数K数据，如果任何一个数据超过了规定的限值，则车辆排放不合格。
10.4相关标准
10.4.1术语与定义
1、轻型汽车
指最大总质量不超过3500kg的M1类、M2类和N1类车辆。
2、在用汽车
指已经登记注册并取得号牌的车辆。
3、基准质量
指整车整备质量加100kg质量。
4、最大总质量
指汽车制造厂规定的技术上允许的车辆最大质量。
5、排气污染物
指汽车排气管排放的气体污染物，通常指一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOX）。
6、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳（NO）的体积分数
排气中的一氧化碳（CO）的体积分数以“％vol”为单位表示；
排气中的碳氢化合物（HC）的体积分数以“10－6vol”为单位表示；排气中的一氧化氮（NO）的体积分数以“10－6vol”为单位表示。
7、气体燃料
指液化石油气（LPG）或天然气（NG））。
8、两用燃料车
指能用汽油和一种气体燃料作燃料的汽车。
9、稳态工况AccelerationSimulationMode，ASM
指GB18285－2005点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）附录B规定的测试工况，包括ASM5025和ASM2540两个测试工况。
10、排放测试设备EmissionInspectionSystem，EIS
指能根据GB18285－2005点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）附录B规定的测试工况进行在用汽油车排气污染物测试的设备，主要包括底盘测功机、五气分析仪和计算机控制软件。
11、底盘测功机基本惯量DynamometerInertiaWeight,DIW
指考虑到底盘测功机的各转动件转速与滚筒转速的速比后，其实际基本惯量除以滚筒半径的平方后所得的商等效的汽车质量。
12、底盘测功机最大允许轴荷
指底盘测功机允许承载的最大质量。
13、底盘测功机最大吸收功率
指底盘测功机1min持续时间可吸收的最大功率。
14、底盘测功机最大车速
指底盘测功机允许测试的最大车速。
15、底盘测功机功率吸收装置PowerAbsorbUnit，PAU
指能吸收作用在底盘测功机滚筒上的被试车辆轮边功率的装置，包括电力式和电涡流式。
16、电惯量
指底盘测功机功率吸收装置通过其励磁电流形成的加载阻力，该阻力用来补偿被试车辆在底盘测功机上作变速运动时的惯
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