CN101592508A - 汽车油耗检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车油耗检测系统及其检测方法，涉及汽车检测技术领域。解决了现有的容积式汽车油耗检测方法操作复杂、检测周期长以及现有的碳平衡法定容取样油耗检测设备成本高和其它碳平衡油耗检测设备精度低的技术问题。该汽车油耗检测系统，包括主控模块、含碳气体质量测量系统和底盘测功机系统，主控模块为单片机，底盘测功机系统用于对汽车进行加载控制，并测量汽车启动之后车轮的转动速度；主控模块用于控制含碳气体质量测量系统测量、调整汽车的稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后稀释排气的流量、稀释排气内含碳气体的浓度以及车轮的转动速度进行油耗计算。本发明应用于进行汽车油耗检测。

Description

汽车油耗检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及汽车检测技术领域，具体涉及一种汽车油耗检测系统及其检测方法。

背景技术

目前，对于汽车油耗检测多采用拆装油管串接油耗仪的方法，此方法操作复杂、检测时间长，由于需要进行发动机油管拆装，有时还会对油路造成损坏。

汽车油耗检测的另一种方法是碳平衡法油耗检测法，该方法在国内外均已开展，它通过测量汽车排气中一氧化碳、二氧化碳、碳氢中碳元素的质量，根据汽油燃烧前后碳元素质量守恒计算汽车燃油消耗量。

国外已开发出基于碳平衡法的定容取样(Constant Volume Sampler，简称为：CVS)油耗检测设备，但是由于风机流量相对固定，只能用来检测小排量汽车的油耗，而且由于采用定容取样方式，所以体积大，造价高，仅适合于实验检测，不能大范围应用于在用汽车检测，适用范围比较窄。

国内也曾开发出简化CVS系统的碳平衡原理的油耗检测设备，但是由于传感器的选择和稀释流量控制等检测方法不同的原因导致测量精度低。

除此之外，目前碳平衡法油耗检测系统都采用独立计算机进行数据采集和处理，而底盘测功机系统中的测功机控制系统本身已包含独立计算机，这样就造成系统成本增高，而且系统的复杂会降低系统的可靠性。

发明内容

本发明实施例提供了一种汽车油耗检测系统及其检测方法，解决了现有的容积式汽车油耗检测方法操作复杂、检测周期长以及现有的碳平衡法定容取样油耗检测设备成本高和其它碳平衡油耗检测设备精度低的技术问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

该汽车油耗检测系统，包括主控模块、含碳气体质量测量系统和底盘测功机系统，所述主控模块为单片机，其中：

所述底盘测功机系统用于对汽车进行加载控制，并测量汽车启动之后车轮的转动速度；

所述主控模块用于控制所述含碳气体质量测量系统测量、调整所述稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后所述稀释排气的流量、所述稀释排气内含碳气体的浓度以及所述车轮的转动速度进行油耗计算。

进一步，所述单片机为51系列单片机。

进一步，所述单片机的型号为89C51。

进一步，所述底盘测功机系统包括底盘测功机和测功机控制系统，所述测功机控制系统分别与所述主控模块以及所述底盘测功机相连，其中：

所述测功机控制系统用于对所述主控模块发送准备命令、从所述主控模块获取所述汽车的油耗计算结果；

所述主控模块获取所述准备命令后会控制所述含碳气体质量测量系统开始准备，并在所述含碳气体质量测量系统准备结束之后将所述准备结束信号发送至所述测功机控制系统；

所述测功机控制系统接收到所述准备结束信号后会提示操作人员启动所述汽车，并控制所述底盘测功机测量汽车启动之后车轮的转动速度。

进一步，所述含碳气体质量测量系统包括流量计、变频器、风机以及气体浓度测量传感器，其中：

所述风机的进风口通过软管与所述汽车的排气的排放口相连；

所述变频器用于控制所述风机吸入空气的量，通过所述空气稀释所述排气；

所述流量计与所述风机的出风口相连，用于测量所述风机稀释后的所述稀释排气的流量；

所述气体浓度测量传感器用于测量所述风机稀释后的所述稀释排气内含碳气体的浓度，并将测量数据输入所述主控模块；

所述主控模块用于控制所述变频器，并通过所述变频器控制所述风机吸入的所述空气的量，控制所述风机稀释后的稀释排气内二氧化碳的浓度。

进一步，所述流量计包括开设有进气口和出气口的壳体、设于所述壳体内的涡轮组件、设于所述壳体上的磁阻信号传感器、压力传感器、温度传感器以及固定在壳体上积算仪，

所述积算仪包括信号放大模块、A/D转换模块和数据处理模块，其中：

所述磁阻信号传感器的信号整形滤波后输入到所述数据处理模块；

所述压力传感器信号以及所述温度传感器信号通过所述信号放大模块放大后由所述A/D转换模块转换后输入所述数据处理模块；

所述数据处理模块处理、计算输入其内的信号和\或数据后，将处理、计算后的结果输入所述主控模块；

所述气体浓度测量传感器通过取样管在所述壳体内泵取气体进行浓度测量。

进一步，所述信号放大模块为双运算放大器，所述数据处理模块为单片机，所述A/D转换模块为8位A/D转换器。

进一步，所述主控模块通过控制所述变频器，将所述风机稀释后的所述稀释排气内二氧化碳的浓度值调整为0.5％～5％之间。

该汽车油耗检测系统的检测方法，包括以下步骤：

所述底盘测功机系统对汽车进行加载控制，并测量所述汽车启动之后车轮的转动速度；

所述主控模块控制所述含碳气体质量测量系统测量、调整所述稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后所述稀释排气的流量、所述稀释排气内含碳气体的浓度以及所述车轮的转动速度进行油耗计算。

进一步，该汽车油耗检测系统的检测方法，具体包括以下步骤：

S1、操作人员将所述汽车固定在所述底盘测功机上，所述测功机控制系统发送所述准备命令到所述主控模块，所述主控模块获取所述准备命令后控制所述含碳气体质量测量系统开始准备，并在所述含碳气体质量测量系统准备结束之后将所述准备结束信号发送至所述测功机控制系统；

S2、所述测功机控制系统接收到所述准备结束信号后提示操作人员启动所述汽车，并对底盘测功机进行加载控制，操作人员根据提示对汽车油门进行控制，使车速稳定到检测速度；

S3、将所述软管套到所述汽车的排气的排放口上，所述测功机控制系统发送采集命令给所述主控模块，所述主控模块通过控制所述变频器，将所述风机稀释后的所述稀释排气内二氧化碳的浓度值调整为0.5％～5％之间；

S4、所述主控模块给所述测功机控制系统发出命令提示可以开始检测，所述测功机控制系统返回检测开始命令，并开始检测所述汽车的车轮速度；

S5、所述主控模块连续采集一段时间内所述风机稀释后的所述稀释排气的流量以及稀释后所述稀释排气内二氧化碳的浓度，并根据所述稀释排气的流量、所述稀释排气内二氧化碳的浓度以及所述车轮的转动速度进行油耗计算，并将计算结果发送至所述底盘测功机系统。

与现有技术相比，本发明所提供上述技术方案具有如下优点：

由于本发明所提供的汽车油耗检测系统中主控模块可以控制含碳气体质量测量系统测量、调整稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后稀释排气的流量、稀释排气内含碳气体的浓度以及车轮的转动速度进行油耗计算；

与现有的容积式汽车油耗检测方法相比，无需对汽车发动机油管进行拆装、不仅不会对油路造成任何损坏，而且节省时间、便于操作人员操作，所以解决了现有的容积式汽车油耗仪操作复杂、检测周期长的技术问题；

与现有的碳平衡法油耗检测系统相比本发明主控模块为单片机，成本低廉且整个系统结构更为简单，所以解决了现有的碳平衡法油耗检测系统成本较高的技术问题，采用高精度涡轮流量计及调整稀释排气浓度的测量方法，所以提高了碳平衡法油耗检测系统的精度，进而也解决了现有的其他碳平衡油耗检测设备精度低的技术问题。

附图说明

图1为本发明的实施例所提供的汽车油耗检测系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例所提供的汽车油耗检测系统中涡轮流量计的局部剖视示意图；

图3为本发明的实施例所提供的汽车油耗检测系统中主控模块与串口扩展芯片的连接关系示意图；

图4为本发明的实施例所提供的汽车油耗检测系统中积算仪的接口原理图；

图5为本发明的实施例所提供的汽车油耗检测系统的操作方法的主要流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

本发明实施例提供了一种测量误差小、成本比较低且适用范围更为广泛的汽车油耗检测系统及其操作方法。

如图1所示，本发明实施例所提供的汽车油耗检测系统，包括主控模块1、含碳气体质量测量系统2和底盘测功机系统3，主控模块1为如图3所示的单片机，其中：

底盘测功机系统3用于对汽车4进行加载控制，并测量汽车4启动之后车轮40的转动速度；

主控模块1用于控制含碳气体质量测量系统2测量、调整稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后稀释排气的流量、稀释排气内含碳气体的浓度以及车轮40的转动速度进行油耗计算。

由于本发明所提供的汽车油耗检测系统中主控模块1可以控制含碳气体质量测量系统2测量、调整稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后稀释排气的流量、稀释排气内含碳气体的浓度以及车轮40的转动速度进行油耗计算；

与现有的汽车油耗检测方法相比，无需对汽车发动机油管进行拆装、不仅不会对油路造成任何损坏，而且节省时间、便于操作人员操作，所以解决了现有的容积式汽车油耗仪操作复杂、检测周期长的技术问题；

与现有的碳平衡法油耗检测系统相比本发明主控模块1为单片机，成本低廉且整个系统结构更为简单，所以解决了现有的碳平衡法油耗检测系统成本较高的技术问题，采用高精度涡轮流量计及调整稀释排气浓度的测量方法，所以提高了碳平衡法油耗检测系统的精度。

本实施例中单片机为51系列单片机。单片机的型号优选为89C51。51系列单片机性能能够满足本发明所提供的汽车油耗检测系统的需要且可靠性比较好。

底盘测功机系统3包括底盘测功机30和测功机控制系统31，测功机控制系统31分别与主控模块1以及底盘测功机30相连，其中：

测功机控制系统31用于对主控模块1发送准备命令、从主控模块1获取汽车的油耗计算结果；

主控模块1获取准备命令后会控制含碳气体质量测量系统2开始准备，并在含碳气体质量测量系统2准备结束之后将准备结束信号发送至测功机控制系统31；

测功机控制系统31接收到准备结束信号后会提示操作人员启动汽车4，并控制底盘测功机30测量汽车4启动之后车轮40的转动速度。

本实施例中含碳气体质量测量系统2包括流量计22、变频器25、风机20以及气体浓度测量传感器24，其中：

风机20的进风口通过软管21与汽车4的排气的排放口相连；

变频器25用于控制风机20吸入空气的量，通过空气稀释汽车4的排气；

流量计22与风机20的出风口相连，用于测量风机20稀释后的排气的流量；

气体浓度测量传感器24用于测量风机20稀释后的排气内各种气体的浓度，并将数据输入主控模块1；

主控模块1还用于控制变频器25，并通过变频器25控制风机20吸入的空气的量，从而控制风机20稀释后的排气内二氧化碳的浓度。

本实施例中风机20为低噪音风机20，这种风机20振动小、噪音低，有助于提高检测精度，避免噪音污染。由于本发明中风机20的流量是可以调节的，所以适合检测各种排量范围的汽车4，适用范围更广。

如图3所示，作为本发明的进一步改进，本实施例中主控模块1所采用的单片机采用串口扩展芯片GM8125扩展出四个串口，分别与如图1所示的变频器25、流量计22、气体浓度测量传感器24以及测功机控制系统31相连。串口通信稳定性比较好。

如图2和图3所示，流量计22为涡轮流量计，其包括开设有进气口10和出气口11的壳体16、设于壳体16内的涡轮组件17、设于壳体16上的磁阻信号传感器12、压力传感器15、温度传感器13以及固定在壳体16上积算仪14，

积算仪14包括信号放大模块、A/D转换模块和数据处理模块，其中：

磁阻信号传感器12的信号通过CD40106整形滤波后输入到数据处理模块；

压力传感器15信号以及温度传感器13信号通过信号放大模块放大后由A/D转换模块转换后输入数据处理模块；

数据处理模块处理、计算输入其内的信号和\或数据后，将处理、计算后的结果输入主控模块1；

气体浓度测量传感器24通过取样管23在壳体16内泵取气体进行浓度测量。

磁阻信号传感器12用于测量涡轮组件17的转速，通过该转速可以计算出流过涡轮组件17的气体的流量。

本发明所提供的流量计22为涡轮流量计，其相对于现有技术中所采用的涡街流量计而言，在油耗测量工作过程中不易受到风机和其它振动的影响，所以测量误差小；相对于现有技术中所采用的内锥流量计而言，无需考虑稀释后的稀释排气密度，不仅适用于测量各种排量的汽车而且测量精度也更高。

请一并参阅图4，信号放大模块为双运算放大器，优选为TL062芯片，数据处理模块为单片机，A/D转换模块为8位A/D转换器，优选为ADC0809转换器。

主控模块1通过控制变频器25，将风机20稀释后的排气内二氧化碳的浓度值调整为0.5％～5％之间，优选为0.5％～3％之间。该二氧化碳的浓度值的范围为实验获取的，二氧化碳的浓度值在这个范围内，最终的油耗结果准确度比较高。

主控模块1可根据程序设定值(本实施例中设定值的取值范围为0.5％～5％之间)，对采集到二氧化碳的浓度值进行比较以便控制变频器25，程序将采集到的流量值、各种气体浓度值和汽车4速度进行计算获得油耗值，主控模块1将计算的油耗值传送给测功机控制系统31。采用本发明可对汽车4油耗进行快速测量，检测精度高，适合在汽车综合性能检测站进行推广，对节能减排具有很好的促进作用，具有较高的经济和社会效益。

本发明实施例所提供的汽车油耗检测系统的检测方法，包括以下步骤：

底盘测功机系统3对汽车4进行加载控制，并测量汽车4启动之后车轮40的转动速度；

主控模块1控制含碳气体质量测量系统2测量、调整稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后稀释排气的流量、稀释排气内含碳气体的浓度以及车轮40的转动速度进行油耗计算。

请一并参阅图5，该汽车油耗检测系统的操作方法，具体包括以下步骤：

S1、操作人员将汽车4固定在底盘测功机30上，测功机控制系统31发送准备命令到主控模块1，主控模块1获取准备命令后控制含碳气体质量测量系统2开始准备，并在含碳气体质量测量系统2准备结束之后将准备结束信号发送至测功机控制系统31；当然，步骤S1中测功机控制系统31也可以隔断时间发送一次查询命令查询含碳气体质量测量系统是否准备完成。

S2、测功机控制系统31接收到准备结束信号后，提示操作人员启动汽车4，对底盘测功机30进行加载控制，操作人员根据提示对汽车4油门进行控制，使车速稳定到检测速度；

S3、将软管21套到汽车4的排气排放口上，测功机控制系统31发送采集命令给主控模块1，主控模块1通过控制变频器25，将风机20稀释后的排气内二氧化碳的浓度值调整为0.5％～5％之间；

S4、主控模块1给测功机控制系统31发出命令提示可以开始检测，测功机控制系统31返回检测开始命令，并开始检测汽车4的车轮40速度；

S5、主控模块1连续采集一段时间(例如：30秒)内风机20稀释后的排气的流量以及稀释后稀释排气内各种气体的浓度，并根据稀释排气的流量、稀释排气内含碳气体的浓度以及车轮40的转动速度进行油耗计算，并将计算结果发送至底盘测功机系统3。

上述本发明所提供的汽车油耗检测系统的操作方法中，步骤S3具体包括以下步骤：

S30、汽车4速度稳定至检测速度后提示将软管21套到汽车4排气管上，根据提示将软管21套到汽车4的排气的排放口上后，测功机控制系统31通过串口发送采集命令给主控模块1；

S31、风机20通过软管21将汽车4的排气和空气混合后吸入，稀释气体从风机20出风口进入涡轮流量计22，温度传感器13、压力传感器15测量稀释气体的温度和压力，磁阻信号传感器12采集涡轮组件17的旋转信号，积算仪14根据温度、压力以及磁阻信号计算通过流量计22的气体流量，主控模块1通过串口采集标况流量值，气体浓度测量系统通过流量计22后直管段上方的取样管23对稀释排气浓度进行测量；

S32、主控模块1通过串口采集气体浓度值，将二氧化碳浓度值与程序中设定值进行比较，根据比较结果及当前流量值，通过串口控制变频器25改变风机20转速，从而改变稀释排气中二氧化碳浓度，主控模块1不断对测得的二氧化碳浓度值与程序中设定值进行比较，连续调节变频器25，最终将二氧化碳浓度值控制在程序设定范围内即0.5％～5％之间。

本发明实施例中主控模块根据稀释排气的流量、稀释排气内含碳气体的浓度以及车轮的转动速度进行油耗计算方法，可采用如下两个公式：

首先，根据如下公式计算每种气体的排放质量：

$m_i=\frac{V*{\mathrm{\ρ}}_i*C_i}{360}$

上述公式中：m_i为气体i排放质量(单位为：g/s)；

V为稀释排气标准状态下流量(单位为：m³/h)；

ρ_i为气体i标准状态下密度(单位为：g/L)；

C_i为稀释排气气体i浓度(单位为：10^-2)；

然后，根据如下公式，由每种气体的排放质量和含碳百分数计算碳元素总质量，通过碳元素质量计算油耗。

$\mathrm{FC}=\frac{3.6\×{10}^4}{\stackrel{\‾}{V}*t}\×\frac{1}{D}\×\frac{12+R}{12}[(M_{\mathrm{CO}}*0.429)+(M_{\mathrm{CO}2}*0.273)+(M_{\mathrm{HC}}*0.866)]$

上述公式中：FC为燃油消耗量(单位为：L/100km)；

V为检测时间内的平均速度(单位为：km/h)；

t为检测时间(单位为：s)；

D为15℃下燃料密度(单位为：g/L)；

R为氢碳比；

M_CO为CO检测时间内排放质量总质量(单位为：g)；

为CO₂检测时间内排放总质量(单位为：g)；

M_HC为HC检测时间内排放总质量(单位为：g)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种汽车油耗检测系统，其特征在于：包括主控模块、含碳气体质量测量系统和底盘测功机系统，所述主控模块为单片机，其中：

所述底盘测功机系统用于对汽车进行加载控制，并测量汽车启动之后车轮的转动速度；

所述主控模块用于控制所述含碳气体质量测量系统测量、调整所述汽车的稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后所述稀释排气的流量、所述稀释排气内含碳气体的浓度以及所述车轮的转动速度进行油耗计算。

2、根据权利要求1所述的汽车油耗检测系统，其特征在于：所述单片机为51系列单片机。

3、根据权利要求2所述的汽车油耗检测系统，其特征在于：所述单片机的型号为89C51。

4、根据权利要求1所述的汽车油耗检测系统，其特征在于：所述底盘测功机系统包括底盘测功机和测功机控制系统，所述测功机控制系统分别与所述主控模块以及所述底盘测功机相连，其中：

所述测功机控制系统用于对所述主控模块发送准备命令、从所述主控模块获取所述汽车的油耗计算结果；

所述主控模块获取所述准备命令后会控制所述含碳气体质量测量系统开始准备，并在所述含碳气体质量测量系统准备结束之后将所述准备结束信号发送至所述测功机控制系统；

所述测功机控制系统接收到所述准备结束信号后会提示操作人员启动所述汽车，并控制所述底盘测功机测量所述汽车启动之后车轮的转动速度。

5、根据权利要求1所述的汽车油耗检测系统，其特征在于：所述含碳气体质量测量系统包括流量计、变频器、风机以及气体浓度测量传感器，其中：

所述风机的进风口通过软管与所述汽车的排气的排放口相连；

所述变频器用于控制所述风机吸入空气的量，通过所述空气稀释所述排气；

所述流量计与所述风机的出风口相连，用于测量所述风机稀释后的所述稀释排气的流量；

所述气体浓度测量传感器用于测量所述风机稀释后的所述稀释排气内含碳气体的浓度，并将测量数据输入所述主控模块；

所述主控模块用于控制所述变频器，并通过所述变频器控制所述风机吸入的所述空气的量，控制所述风机稀释后的所述稀释排气内二氧化碳的浓度。

6、根据权利要求5所述的汽车油耗检测系统，其特征在于：所述流量计为涡轮流量计，其包括开设有进气口和出气口的壳体、设于所述壳体内的涡轮组件、设于所述壳体上的磁阻信号传感器、压力传感器、温度传感器以及固定在壳体上积算仪，

所述积算仪包括信号放大模块、A/D转换模块和数据处理模块，其中：

所述磁阻信号传感器的信号整形滤波后输入到所述数据处理模块；

所述压力传感器信号以及所述温度传感器信号通过所述信号放大模块放大后由所述A/D转换模块转换后输入所述数据处理模块；

所述数据处理模块处理、计算输入其内的信号和\或数据后，将处理、计算后的结果输入所述主控模块；

所述气体浓度测量传感器通过取样管在所述壳体内泵取气体进行浓度测量。

7、根据权利要求6所述的汽车油耗检测系统，其特征在于：所述信号放大模块为双运算放大器，所述数据处理模块为单片机，所述A/D转换模块为8位A/D转换器。

8、根据权利要求5或6或7所述的汽车油耗检测系统，其特征在于：所述主控模块通过控制所述变频器，将所述风机稀释后的所述稀释排气内二氧化碳的浓度值调整为0.5％～5％之间。

9、一种权利要求8所述汽车油耗检测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

所述底盘测功机系统对汽车进行加载控制，并测量所述汽车启动之后车轮的转动速度；

所述主控模块控制所述含碳气体质量测量系统测量、调整所述稀释排气内各种气体的浓度和流量，并根据调整后所述稀释排气的流量、所述稀释排气内含碳气体的浓度以及所述车轮的转动速度进行油耗计算。

10、根据权利要求9所述的汽车油耗检测方法，其特征在于：该汽车油耗检测系统的检测方法，具体包括以下步骤：

S1、操作人员将所述汽车固定在所述底盘测功机上，所述测功机控制系统发送所述准备命令到所述主控模块，所述主控模块获取所述准备命令后控制所述含碳气体质量测量系统开始准备，并在所述含碳气体质量测量系统准备结束之后将所述准备结束信号发送至所述测功机控制系统；

S2、所述测功机控制系统接收到所述准备结束信号后提示操作人员启动所述汽车，并对底盘测功机进行加载控制，操作人员根据提示对汽车油门进行控制，使车速稳定到检测速度；

S3、将所述软管套到所述汽车的所述排气的排放口上，所述测功机控制系统发送采集命令给所述主控模块，所述主控模块通过控制所述变频器，将所述风机稀释后的所述稀释排气内二氧化碳的浓度值调整为0.5％～5％之间；

S4、所述主控模块给所述测功机控制系统发出命令提示可以开始检测，所述测功机控制系统返回检测开始命令，并开始检测所述汽车的车轮速度；

S5、所述主控模块连续采集一段时间内所述风机稀释后的所述稀释排气的流量以及稀释后所述稀释排气内含碳气体的浓度，并根据所述稀释排气的流量、所述稀释排气内含碳气体的浓度以及所述车轮的转动速度进行油耗计算，并将计算结果发送至所述底盘测功机系统。

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