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

(黑龍江工程學院 汽車與交通工程學院 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

(黑龍江工程學院 汽車與交通工程學院 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.目前汽車尾氣檢測與分析系統，對排放物的檢測比較精確，但缺乏檢測后數據的顯示、對比、分析的功能，系統不夠直觀.為適應當前汽車尾氣檢測自動化不斷提高的要求，利用NI公司的USB-6008數據采集卡和LabVIEW軟件，開發了基于LabVIEW的汽車排放檢測系統，可以實現對汽車尾氣的快速檢測分析，數據顯示直觀，便于尾氣排放數據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備，有些體積龐大，有些價格昂貴，不易對汽車進行快速便捷的檢測，檢測結果不夠直觀，難以進行進一步分析、處理和顯示.本文結合我國汽車現有一般性檢測方法和設備，利用美國NI公司的LabVIEW軟件設計了基于虛擬儀器的汽車尾氣檢測系統，既有利于汽車排放物的快速檢測，又很方便地把測試結果加以對比分析.

1 汽車尾氣檢測系統的總體結構

所設計的基于LabVIEW的汽車尾氣檢測系統由硬件和軟件兩大部分組成.整個系統除了通過車速傳感器獲得車速參數，還要通過進氣流量傳感器，獲得空氣流量參數，同時通過外置溫度計，測得待檢車輛的環境參數.獲取的參數經過信號調理電路變換以后，通過數據采集卡，輸入計算機.系統采集廢氣時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數據接口直接輸入計算機.計算機通過內置的LabVIEW軟件程序，對所獲得的數據進行分析處理，并把廢氣成分數據和國家相關法規的規定值對比，得出在該工況下，排放是否超標的結論，同時將獲得的參數同時顯示在電腦屏幕上，借助LabVIEW軟件豐富的內置函數庫，可以非常直觀地把各種數據顯示出來并進行對比分析.

本系統的總體結構如圖1所示：

圖1 汽車尾氣檢測系統總體結構

1.1 汽車尾氣檢測系統的硬件選擇

本系統硬件組成主要包括：(1)試驗用發動機1臺；(2)電腦1臺； (3)USB6008數據采集卡1塊；(4)廢氣分析儀1套；(5)數據調理電路.

本汽車尾氣檢測系統中，因為LabVIEW軟件對系統配置要求不高，采取普通筆記本電腦即可.數據采集卡選用的是美國NI公司的USB6008數據采集卡，在美國NI公司數據采集卡系列里，這種數據采集卡屬低端產品，外形如圖2所示.這種USB6008數據采集卡，可提供8個模擬輸入通道和2個模擬輸出通道，還能提供12個數字輸入/輸出通道，完全可以滿足本系統的使用需要.

圖2 USB6008數據采集卡

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 化學發光法檢測.系統采用，全自動測量，有多種測量模式選擇，可外接PC鍵盤，實時自動校準系統，可以快速實現自動校準.可以針對多種燃料，如汽油、天燃氣、液化氣、酒精等的排放進行測量，系統采用的是標準的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 汽車尾氣檢測系統的軟件設計

為了清楚表現出節氣門開度、發動機轉速、進氣溫度之間的關系，軟件設計時把上述3個數據通過三個虛擬儀表表現出來，它們的量程根據實際工作情況，分別設為：節氣門開度0～100%、發動機轉速0～7000 r/min、進氣溫度0～50 ℃.3個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個超標指示燈，如果系統將所測量的發動機排放物和國家標準值比較，高于國標就會點亮相應指示燈.所設計的用戶界面如圖3所示：

圖3 軟件用戶界面

2 系統實測示例

把整個系統連接到某型號國產發動機上，接電通過系統自檢后，運行軟件，冷啟動發動機，對測試系統進行測試，系統實測結果如圖4所示.從排放特性曲線上可以看得出，啟動瞬間，缸內溫度低，燃燒不夠充分，導致一氧化碳、碳化氫排放出現峰值，溫度逐漸升高，這兩者也就逐漸減小，符合理論規律.

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 系統實測結果

3 結 語

對汽車尾氣排放進行檢測，已經是判斷發動機性能優劣的一個重要標準.傳統的尾氣排放裝置，測量數據比較單一，測量結果不易對比分析，排放趨勢不易觀察.本文采用普通筆記本電腦，借助LabVIEW軟件的強大圖形化功能和多種內置函數，形成界面友好直觀的汽車尾氣排放檢測系統，可以很方便地對汽車尾氣進行排放測量，并將相關曲線進行記錄及對比分析，增加了傳統的汽車尾氣排放系統的后處理能力，實測結果證明這種方法的可行性.

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[責任編輯：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

黑龍江工程學院大學生創新訓練項目(201411802069)

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

TP399

A

1672-3600(2017)03-0026-03