车辆排气污染物测试技术研究与工程实现

论文摘要

工况法汽车排气污染物测试技术严重制约着我国I/M制度的实施。本文通过理论与试验研究相结合的方法,重点研究了在用汽车排气污染物ASM和VMAS测试工况控制方面的相关理论、技术和应用问题,研究成果不仅对ASM和VMAS测试工况的控制具有理论意义和工程应用价值,而且对同类其它车辆、发动机试验台的控制也有重要参考价值。本文构建了工况法汽车排放测试系统,通过汽车在底盘测功机上运行状态的动力学分析,建立了汽车行驶阻力的底盘测功机模型。基于驱动轮转动动态特性相同的原理,建立了汽车惯量电模拟概念,推导了惯量电模拟模型,为汽车行驶阻力的工况法测试和惯量的电模拟提供了理论依据。通过理论分析和试验研究,阐明了风冷电涡流测功器吸收扭矩同时受励磁电流和转速影响,参数非线性、时变和响应速度慢的性能特点,提出了风冷电涡流测功器控制用吸收扭矩的稳态和动态特性模型,为控制方法的研究提供了必要的基础。设计了ASM和VMAS汽车排放污染物测试工况人机复合控制的具体方案;为降低转速变化对电涡流测功器吸收扭矩控制的影响,提出了测试工况扭矩车速反馈预测补偿解耦控制方案。应用模糊控制理论和技术,设计并开发了基于P-FUZZY-PI复合控制的ASM测试扭矩控制器;提出了通过规范驾驶操作,应用预测方法适时改变测功器加载扭矩的设定值,解决了惯量电模拟中汽车瞬时加速度测量不准的问题。P+Fuzzy+PI复合控制不仅具有良好的动、稳态性能,而且系统的鲁棒性强,解决了风冷电涡流测功器参数时变和非线性引起的控制难题;预测控制方法的应用明显地提高了惯量电模拟扭矩的实际响应速度和惯量电模拟的精度。应用预测控制和解耦控制理论和技术,设计并开发了基于DMC,具有模型增益自校正和解耦功能的VMAS测试扭矩控制器。DMC预测控制提高了测功器扭矩控制的响应速度;模型增益的自校正改善了控制的鲁棒性,提高了系统对被测车型和测试条件的适应性;采用车速反馈预测补偿解耦,有效降低了VMAS测试扭矩响应的最大冲击值。研究了工况法汽车排放测试中测功器加载扭矩的设定及其工程实现的方法。提出了开发大直径工况法汽车排放污染物测试用底盘测功机的机理。开发了基于车轮力传感器的底盘测功机上轮胎滚动阻力（系数）的测试系统,为深入研究轮胎在滚筒上的滚动阻力提供了新方法。开发了ASM和VMAS汽车排放污染物测试工况控制试验系统,试验结果表明,系统方案合理,总体设计可行,解决了工况法汽车排放污染物测试的核心技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 汽车排放对城市空气质量的影响
• 1.1.2 汽车排放污染防治技术政策
• 1.2 I/M 制度及汽车排气污染物测试方法
• 1.2.1 I/M 制度
• 1.2.2 在用汽车排气污染物测试方法
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 国内外研究动态
• 1.5 论文研究内容
• 第二章 工况法汽车排气污染物测试系统的构建
• 2.1 在用汽车工况法排气污染物测试运转循环
• 2.1.1 ASM 测试运转循环
• 2.1.2 瞬态工况测试运转循环
• 2.2 工况法汽车排气污染物测试系统的构建
• 2.2.1 测试工况控制系统
• 2.2.1.1 汽车底盘测功机
• 2.2.1.2 系统主控装置
• 2.2.1.3 司机助
• 2.2.2 汽车排气取样与分析系统
• 2.2.2.1 ASM 汽车排气取样与分析系统
• 2.2.2.2 VMAS195 汽车排气取样与分析系统
• 2.2.3 测量值的校正与计算
• 2.3 工况法汽车排气污染物测试系统总体设计
• 2.3.1 测试系统设计目标的确定
• 2.3.2 测试系统硬件总体设计
• 2.3.3 测试系统软件总体设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 汽车行驶阻力和惯量的电模拟原理
• 3.1 汽车道路行驶阻力
• 3.2 汽车行驶阻力在底盘测功机上模拟的数学模型
• 3.2.1 汽车在底盘测功机上测试时的动力学分析
• 3.2.2 汽车行驶阻力在底盘测功机上模拟的数学模型
• 3.3 汽车惯性质量在底盘测功机上模拟的数学模型
• 3.3.1 基于动能相等的惯量模拟数学模型
• 3.3.2 基于驱动轮转动动态特性相同的惯量电模拟数学模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 工况控制系统分析与控制方法研究
• 4.1 电涡流测功器和发动机的相关性能分析
• 4.1.1 电涡流测功器性能分析
• 4.1.2 发动机的性能特点
• 4.2 底盘测功机的扭振
• 4.3 工况法汽车排放测试工况控制基本策略
• 4.3.1 系统总体的人机复合控制策略
• 4.3.2 系统耦合与解耦控制策略
• 4.4 工况法汽车排放测试工况控制方法
• 4.4.1 工况法汽车排放测试工况控制要求和特点
• 4.4.2 计算机控制技术及其在底盘测功机上的应用
• 4.4.3 ASM 工况法汽车排放测试工况控制方法
• 4.4.4 VMAS 工况法汽车排放测试系统控制方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 工况法汽车排放测试系统工况控制器设计
• 5.1 控制算法
• 5.1.1 PID 控制算法
• 5.1.2 模糊控制基本原理
• 5.1.3 动态矩阵预测控制 DMC 控制算法
• 5.2 ASM 排放测试工况扭矩控制器设计
• 5.2.1 基本思想和总体方案
• 5.2.2 工况扭矩控制器设计
• 5.2.2.1 Fuzzy 控制器设计
• 5.2.2.2 控制模式切换设计
• 5.2.3 扭矩给定输入的轨迹设计
• 5.2.3.1 ASM 加速阶段扭矩给定输入轨迹
• 5.2.3.2 ASM 测试阶段惯量电模拟扭矩给定轨迹
• 5.3 VAMS195 排放测试工况扭矩控制器设计
• 5.3.1 DMC 预测模型设计
• 5.3.1.1 基准动态预测模型的确定
• 5.3.1.2 预测模型增益的模糊自校正
• 5.3.2 DMC 相关参数的设计
• 5.3.2.1 预测时域长度 P
• 5.3.2.2 控制时域长度 M
• 5.3.2.3 误差权矩阵Q
• 5.3.2.4 控制权矩阵λ
• 5.3.2.5 误差校正向量h
• 5.3.3 系统解耦控制
• 5.4 本章小结
• 第六章 工况法测试加载扭矩设定相关工程问题的研究
• 6.1 VAMS195 试验测功机加载扭矩的设定
• 6.1.1 道路试验——底盘测功机模拟调试法
• 6.1.2 基准质量近似法
• 6.2 底盘测功机内部摩擦阻扭矩测试
• 6.3 轮胎在滚筒上的滚动阻力测试
• 6.3.1 轮胎在双滚筒上滚动阻力和阻力系数测试原理
• 6.3.2 测试系统构成
• 6.3.3 实车试验结果与分析
• 6.4 底盘测功机滚筒装置结构参数分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 汽车排放测试工况控制系统的实现与试验
• 7.1 工况控制试验系统的硬件开发
• 7.1.1 工况控制试验系统组成
• 7.1.2 整流调压装置设计
• 7.2 扭矩和车速信号的数字滤波
• 7.3 工况控制系统性能评价指标
• 7.3.1 一般控制系统性能评价指标
• 7.3.2 工况控制系统性能评价指标
• 7.4 ASM 测试工况控制系统的实现与试验
• 7.4.1 ASM 测试工况控制系统的实现
• 7.4.1.1 ASM 测试工况控制系统软件
• 7.4.1.2 ASM 工况控制器主要参数的确定
• 7.4.2 试验与分析
• 7.4.2.1 试验过程
• 7.4.2.2 试验结果与分析
• 7.5 VMAS 测试工况控制系统的实现与试验
• 7.5.1 VMAS 测试工况控制系统的实现
• 7.5.1.1 VMAS 测试工况控制系统软件
• 7.5.1.2 VMAS 工况控制器主要参数的确定
• 7.5.2 试验与分析
• 7.5.2.1 试验过程
• 7.5.2.2 试验结果与分析
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的学术成果