基于LabVIEW的汽車排放檢測方法研究

劉建宇，李柱，王德智，呂德剛，齊曉杰，解偉明

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱150050 )

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基于LabVIEW的汽車排放檢測方法研究

劉建宇，李柱，王德智，呂德剛，齊曉杰，解偉明

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱150050 )

汽車尾氣排放的檢測和研究，一直是汽車研究中的熱點(diǎn).目前汽車尾氣檢測與分析系統(tǒng)，對排放物的檢測比較精確，但缺乏檢測后數(shù)據(jù)的顯示、對比、分析的功能，系統(tǒng)不夠直觀.為適應(yīng)當(dāng)前汽車尾氣檢測自動(dòng)化不斷提高的要求，利用NI公司的USB-6008數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW軟件，開發(fā)了基于LabVIEW的汽車排放檢測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對汽車尾氣的快速檢測分析，數(shù)據(jù)顯示直觀，便于尾氣排放數(shù)據(jù)的對比和后處理分析.

汽車排放；LabVIEW；虛擬儀器

0 引 言

隨著目前我國汽車的保有量快速增加，汽車尾氣污染問題也日趨嚴(yán)重，成為空氣污染主要來源之一.因此控制汽車尾氣中污染物的排放量，對人類身體健康有重要的作用.控制汽車尾氣污染物排放，首先要開發(fā)出針對污染物便捷的檢測手段.目前市場上的汽車排放污染物檢測設(shè)備，有些體積龐大，有些價(jià)格昂貴，不易對汽車進(jìn)行快速便捷的檢測，檢測結(jié)果不夠直觀，難以進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理和顯示.本文結(jié)合我國汽車現(xiàn)有一般性檢測方法和設(shè)備，利用美國NI公司的LabVIEW軟件設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器的汽車尾氣檢測系統(tǒng)，既有利于汽車排放物的快速檢測，又很方便地把測試結(jié)果加以對比分析.

1 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的汽車尾氣檢測系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成.整個(gè)系統(tǒng)除了通過車速傳感器獲得車速參數(shù)，還要通過進(jìn)氣流量傳感器，獲得空氣流量參數(shù)，同時(shí)通過外置溫度計(jì)，測得待檢車輛的環(huán)境參數(shù).獲取的參數(shù)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路變換以后，通過數(shù)據(jù)采集卡，輸入計(jì)算機(jī).系統(tǒng)采集廢氣時(shí)使用的是直接取樣法，即在汽車排氣管上直接采樣，通過廢氣分析儀分析其成分，通過RS232數(shù)據(jù)接口直接輸入計(jì)算機(jī).計(jì)算機(jī)通過內(nèi)置的LabVIEW軟件程序，對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并把廢氣成分?jǐn)?shù)據(jù)和國家相關(guān)法規(guī)的規(guī)定值對比，得出在該工況下，排放是否超標(biāo)的結(jié)論，同時(shí)將獲得的參數(shù)同時(shí)顯示在電腦屏幕上，借助LabVIEW軟件豐富的內(nèi)置函數(shù)庫，可以非常直觀地把各種數(shù)據(jù)顯示出來并進(jìn)行對比分析.

本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 汽車尾氣檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的硬件選擇

本系統(tǒng)硬件組成主要包括：(1)試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)1臺(tái)；(2)電腦1臺(tái)； (3)USB6008數(shù)據(jù)采集卡1塊；(4)廢氣分析儀1套；(5)數(shù)據(jù)調(diào)理電路.

本汽車尾氣檢測系統(tǒng)中，因?yàn)長abVIEW軟件對系統(tǒng)配置要求不高，采取普通筆記本電腦即可.數(shù)據(jù)采集卡選用的是美國NI公司的USB6008數(shù)據(jù)采集卡，在美國NI公司數(shù)據(jù)采集卡系列里，這種數(shù)據(jù)采集卡屬低端產(chǎn)品，外形如圖2所示.這種USB6008數(shù)據(jù)采集卡，可提供8個(gè)模擬輸入通道和2個(gè)模擬輸出通道，還能提供12個(gè)數(shù)字輸入/輸出通道，完全可以滿足本系統(tǒng)的使用需要.

圖2 USB6008數(shù)據(jù)采集卡

廢氣分析儀采取AVL AMA i60型，CO 采用不分光紅外線法檢測， HC 采用氫火焰離子化法檢測， NOx 化學(xué)發(fā)光法檢測.系統(tǒng)采用，全自動(dòng)測量，有多種測量模式選擇，可外接PC鍵盤，實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，可以快速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn).可以針對多種燃料，如汽油、天燃?xì)?、液化氣、酒精等的排放進(jìn)行測量，系統(tǒng)采用的是標(biāo)準(zhǔn)的R232通訊接口，并具備PCMCIA升級接口，可升級符合歐Ⅲ、歐Ⅳ及OBD測量需要.

1.2 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了清楚表現(xiàn)出節(jié)氣門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣溫度之間的關(guān)系，軟件設(shè)計(jì)時(shí)把上述3個(gè)數(shù)據(jù)通過三個(gè)虛擬儀表表現(xiàn)出來，它們的量程根據(jù)實(shí)際工作情況，分別設(shè)為：節(jié)氣門開度0～100%、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速0～7000 r/min、進(jìn)氣溫度0～50 ℃.3個(gè)波形圖窗口分別顯示氮氧化合物、一氧化碳、碳化氫的排放量，最下方有3個(gè)超標(biāo)指示燈，如果系統(tǒng)將所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)排放物和國家標(biāo)準(zhǔn)值比較，高于國標(biāo)就會(huì)點(diǎn)亮相應(yīng)指示燈.所設(shè)計(jì)的用戶界面如圖3所示：

圖3 軟件用戶界面

2 系統(tǒng)實(shí)測示例

把整個(gè)系統(tǒng)連接到某型號(hào)國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)上，接電通過系統(tǒng)自檢后，運(yùn)行軟件，冷啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，對測試系統(tǒng)進(jìn)行測試，系統(tǒng)實(shí)測結(jié)果如圖4所示.從排放特性曲線上可以看得出，啟動(dòng)瞬間，缸內(nèi)溫度低，燃燒不夠充分，導(dǎo)致一氧化碳、碳化氫排放出現(xiàn)峰值，溫度逐漸升高，這兩者也就逐漸減小，符合理論規(guī)律.

a)氮氧化合物排放特性曲線 b) 一氧化碳排放特性曲線 c)碳化氫排放特性曲線圖4 系統(tǒng)實(shí)測結(jié)果

3 結(jié) 語

對汽車尾氣排放進(jìn)行檢測，已經(jīng)是判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)劣的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn).傳統(tǒng)的尾氣排放裝置，測量數(shù)據(jù)比較單一，測量結(jié)果不易對比分析，排放趨勢不易觀察.本文采用普通筆記本電腦，借助LabVIEW軟件的強(qiáng)大圖形化功能和多種內(nèi)置函數(shù)，形成界面友好直觀的汽車尾氣排放檢測系統(tǒng)，可以很方便地對汽車尾氣進(jìn)行排放測量，并將相關(guān)曲線進(jìn)行記錄及對比分析，增加了傳統(tǒng)的汽車尾氣排放系統(tǒng)的后處理能力，實(shí)測結(jié)果證明這種方法的可行性.

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[2]楊正才，張慶永，鄧召文.基于LabVIEW的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測試系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2012(01)：22-25.

[3]陳曉玲，師學(xué)明，劉迎.基于LabVIEW的聲卡虛擬儀器性能測試與實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(1)：26-27.

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[責(zé)任編輯：徐明忠]

Research on vehicle emission detection method based on labVIEW

LIU Jianyu,LI Zhu,WANG Dezhi,Lü Degang,QI Xiaojie,XIE Weiming

(School of Automotive and Traffic Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China)

The detection and research of automobile exhaust emissions have been a hot spot in the research of automobile for a long term.At present, the detection and analysis system of automobile exhaust gas is accurate enough for the detection of emissions, but some functions are limited, such as the display, contrast and analysis of the data.In order to adapt to continuous improvement of automobile exhaust testing automation, NI USB-6008 data acquisition card and the LabVIEW software are used to develop a kind of test system of automotive emissions, the rapid detection of automobile exhaust gas analysis can achieved, the data is showed intuitively, and it is easy to realize the comparison and post processing of exhaust emissions data.

automobile emission; LabVIEW; vbirtual Instrument

2016-09-02

黑龍江工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201411802069)

劉建宇(1992—)，男，黑龍江大慶人，黑龍江工程學(xué)院在讀本科生，主要從事汽車電器與電子設(shè)計(jì)開發(fā)的研究.

TP399

A

1672-3600(2017)03-0026-03