一款汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀的動(dòng)態(tài)特性研究與實(shí)驗分析

摘要：汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀，是為了適應汽油車(chē)在線(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測需要而研發(fā)設計的專(zhuān)用精密儀器。它采用注入一定的正壓或負壓的壓降法，國產(chǎn)全志T3芯片機電一體化設計，儀器響應快速、準確，自動(dòng)化程度高。其零點(diǎn)漂移、穩定性、可靠性、重復性都符合國家標準GB18285-2018的相關(guān)要求，它為汽車(chē)燃油蒸發(fā)排放的檢測提供了重要手段。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)燃油蒸發(fā)；壓降法；GB18285-2018；國產(chǎn)全志T3芯片；機電一體化設計

汽油是一種極易揮發(fā)的液體，而揮發(fā)的油氣中碳氫成分是環(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（簡(jiǎn)稱(chēng) EVAP 系統）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。我國在《汽油車(chē)污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法）》（GB18285-2018）第 10.1.2 條第二款要求 ^[1]：規范汽油車(chē)燃油蒸發(fā)排放控制系統檢驗操作，加強汽油車(chē)排放控制，減少蒸發(fā)排放，防治大氣臭氧污染。

因此，有必要對燃油蒸發(fā)排放進(jìn)行研究和測試，而研制相應的精確測量?jì)x器設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。開(kāi)發(fā)一款檢驗“燃油蒸發(fā)排放控制系統”^[4] 的儀器，檢測更低燃油蒸發(fā)排放，提高檢測的準確性，具有十分重要的社會(huì )經(jīng)濟價(jià)值。通過(guò)比較分析幾種檢測泄露的方法，儀器最終采用密閉室法和壓降法兩者結合的技術(shù)，具有自動(dòng)檢漏和自動(dòng)測量功能。

本文將最優(yōu)化設計方法應用于儀器開(kāi)發(fā)，以實(shí)現儀器操作方便、測量準確、工作可靠。

1 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀檢測原理和方法

汽車(chē)燃油蒸發(fā)檢測有以下兩種基本方法：流量法和壓降法。流量法是向被檢測系統持續注入一定目標值的壓力并檢測流量，當壓力達到目標值后，若壓力源有流量進(jìn)入被檢測系統，則有泄漏；反之。則無(wú)泄漏。壓降法是向被檢測系統注入一定的正壓或負壓，然后停止注入壓力并觀(guān)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)測試儀采用高精度表壓壓力傳感器對車(chē)輛加油口和油箱蓋進(jìn)行壓力損失動(dòng)態(tài)測試，即壓降法。加油口和油箱蓋壓力損失測試可同時(shí)進(jìn)行，也可單一進(jìn)行。

首先油箱蓋壓力檢測，可以采用流量法和壓降法進(jìn)行測試。依據《廣東省汽油車(chē)燃油蒸發(fā)排放控制系統檢驗操作指南（試行）》，本文采用壓降法動(dòng)態(tài)測試壓力損失，首先在標準環(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)測試儀上進(jìn)行測試，測試儀自動(dòng)對油箱蓋加壓至 7 000±250 Pa，測試儀軟件自動(dòng)記錄 10 s 測試過(guò)程中的壓力動(dòng)態(tài)損失，如果壓力損失超過(guò) 1 500 Pa，則測試結果不合格。

其次加油口壓力檢測，按照規定，測試儀對油箱直接加壓到 3 500±250 Pa 的初始壓力，再按照國標 GB18285-2018 的相關(guān)要求對壓力損失進(jìn)行判斷。首先，在初始壓力下，測試儀進(jìn)行 10 s 的連續壓力動(dòng)態(tài)監測，證明壓力穩定性，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，應當再?lài)L試兩次進(jìn)行檢測。其次，在通過(guò) 10 s 的壓力連續監測后，才能進(jìn)行 120 s 的壓力損失測試，在 20~120 s 測量期間， 測試儀如果在任意時(shí)刻測得的壓力超過(guò)以下公式 1 計算結果 ^[1]，可對壓力測試做出快速通過(guò)的決定，否則測試儀要持續進(jìn)行壓力監測 120 s 后停止加壓，如果壓力損失不超過(guò) 1 500 Pa，則加油口壓力測試結果合格。

2 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀總體設計

汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀總體設計包括四大部分：空氣壓縮機；氣源處理器；制氮機；壓力檢測控制系統。具體設計如圖 1 所示：

其中壓力檢測控制系統不僅實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測燃油蒸發(fā)的壓力損失；同時(shí)檢測大氣參數：環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度。

3 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀硬件設計

本文硬件包括系統管理層和系統接口層，主要論述人機交互界面和壓力檢測控制系統的設計。硬件設計了一種基于國產(chǎn)全志 T3 芯片的多通道檢測平臺，可實(shí)現壓力、溫度、濕度數據實(shí)時(shí)采集和傳輸，具體設計如圖2 所示：

系統管理層即壓力檢測控制系統硬件包括：T3 芯片主板、人機界面、報警系統、RS232 串口通訊、USB 通訊、WiFi 通信。其中，人機界面完成人機交互，報警系統警告檢測壓力過(guò)大，RS232 串口和 USB 通訊方便汽車(chē)檢測站連接 PC 機進(jìn)行數據交換，WiFi 通信傳輸實(shí)時(shí)測量數據。系統接口硬件包括：氮氣進(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)級芯片，能適應嚴酷的工作環(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，較高的硬件電路的集成度，不僅增強了硬件系統工作的可靠性和穩定性，而且極大簡(jiǎn)化了測試儀的設計難度。T3 運行頻率高達 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)應用接口，適合應用于檢測儀器等工控行業(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)現硬件電路的最優(yōu)化設計。

4 汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀軟件設計

本文軟件設計采用 Android 嵌入式操作系統 + 應用程序架構。軟件主要在 T3 芯片主板完成，利用 ARM 實(shí)現對壓力信號接收、解析、通訊和存儲，動(dòng)態(tài)反映壓力信號的特性，并且把測量結果通過(guò) WiFi 通信實(shí)時(shí)傳送到相關(guān)監測部門(mén)。應用程序的人機界面在鍵盤(pán)驅功、觸摸屏驅動(dòng)和圖形 GUI 的基礎上，實(shí)現用戶(hù)和測試儀的交互式管理，主要完成壓力檢測實(shí)時(shí)顯示、參數設置、數據校準、數據通訊、數據存儲管理等功能。其中圖形 GUI 包括：顯示圖層驅動(dòng)、顯示設備驅動(dòng)、背光驅動(dòng)、enhance 驅動(dòng)和 capture 驅動(dòng)。

測試儀的軟件設計包括兩大部分：壓力信號檢測系統；油箱蓋適用車(chē)型。其中壓力信號檢測系統是系統重點(diǎn)，所有的壓力測量、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，分別以阿拉伯數字表示。具體如表 1：

5 實(shí)驗分析

本文設計的汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀為：佛山翰創(chuàng )檢測儀器有限公司 MKE5001 型。實(shí)驗的結果見(jiàn)下圖 4，測量誤差小于 ±0.2%。

（1）本實(shí)驗的目的是檢驗佛山翰創(chuàng ) MKE5001 型汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀的設計性能，主要是測量精確度和測量效率，測量結果不僅達到國家標準的要求，而且性能指標達到預期目標。

（2）佛山翰創(chuàng ) MKE5001 型測試儀，全部采用國產(chǎn)芯片，擁有完全的知識產(chǎn)權，在環(huán)境監測和環(huán)保方面具有一定的社會(huì )經(jīng)濟價(jià)值。

（3）佛山翰創(chuàng ) MKE5001 型測試儀在系統線(xiàn)性動(dòng)態(tài)響應速度、整體性能方面達到預期設計目標，目前產(chǎn)品在小批量試產(chǎn)階段。

6 結語(yǔ)

本文詳細闡述了一款經(jīng)濟實(shí)用型汽車(chē)燃油蒸發(fā)測試儀的設計方案，對儀器的檢測原理和方法、測試步驟、總體設計、軟硬件設計做了完整說(shuō)明，并簡(jiǎn)要介紹了實(shí)驗結果，實(shí)現了汽油車(chē)蒸發(fā)排放的動(dòng)態(tài)檢測。對儀器進(jìn)行試驗驗證表明，其操作便捷、性能穩定，測試準確度符合國家標準，并且自動(dòng)化程度較高，能夠達到減少測試人員勞動(dòng)強度和難度的設計目的。目前因條件所限，后續應盡可能在惡劣試驗環(huán)境測試燃油蒸發(fā)測試儀的可靠性，同時(shí)探究能夠在野外沒(méi)有市電供電情況下的測量系統。

參考文獻：

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（本文轉自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年6月期）