一款汽車燃油蒸發(fā)測試儀的動態(tài)特性研究與實驗分析

摘要：汽車燃油蒸發(fā)測試儀，是為了適應汽油車在線動態(tài)檢測需要而研發(fā)設計的專用精密儀器。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，自動化程度高。其零點漂移、穩(wěn)定性、可靠性、重復性都符合國家標準GB18285-2018的相關(guān)要求，它為汽車燃油蒸發(fā)排放的檢測提供了重要手段。

關(guān)鍵詞：汽車燃油蒸發(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)境污染的重要來源之一 ^[2]。由于汽車燃油蒸發(fā)系統(tǒng)（簡稱 EVAP 系統(tǒng)）泄漏所產(chǎn)生的油氣 ^[3]，以及車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]，因此汽車燃油蒸發(fā)排放污染物是汽油車造成化學、霧霾等環(huán)境污染的主要問題之一。我國在《汽油車污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）》（GB18285-2018）第 10.1.2 條第二款要求 ^[1]：規(guī)范汽油車燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)檢驗操作，加強汽油車排放控制，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)排放進行研究和測試，而研制相應的精確測量儀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(jù)。開發(fā)一款檢驗“燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)”^[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經(jīng)濟價值。通過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(jié)合的技術(shù)，具有自動檢漏和自動測量功能。

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

1 汽車燃油蒸發(fā)測試儀檢測原理和方法

汽車燃油蒸發(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(tǒng)持續(xù)注入一定目標值的壓力并檢測流量，當壓力達到目標值后，若壓力源有流量進入被檢測系統(tǒng)，則有泄漏；反之。則無泄漏。壓降法是向被檢測系統(tǒng)注入一定的正壓或負壓，然后停止注入壓力并觀察壓力是否有變化，如果壓力變化，說明有泄漏；如果壓力不變，說明無泄漏 ^[5]。

汽車燃油蒸發(fā)測試儀采用高精度表壓壓力傳感器對車輛加油口和油箱蓋進行壓力損失動態(tài)測試，即壓降法。加油口和油箱蓋壓力損失測試可同時進行，也可單一進行。

首先油箱蓋壓力檢測，可以采用流量法和壓降法進行測試。依據(jù)《廣東省汽油車燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)檢驗操作指南（試行）》，本文采用壓降法動態(tài)測試壓力損失，首先在標準環(huán)境狀態(tài)（23 ℃，101.35 kPa）下，卸下受檢車輛的油箱蓋安裝到燃油蒸發(fā)測試儀上進行測試，測試儀自動對油箱蓋加壓至 7 000±250 Pa，測試儀軟件自動記錄 10 s 測試過程中的壓力動態(tài)損失，如果壓力損失超過 1 500 Pa，則測試結(jié)果不合格。

其次加油口壓力檢測，按照規(guī)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)要求對壓力損失進行判斷。首先，在初始壓力下，測試儀進行 10 s 的連續(xù)壓力動態(tài)監(jiān)測，證明壓力穩(wěn)定性，不存在較大的燃油蒸發(fā)泄漏，壓力損失不得超過 1 250 Pa，如果超過了這個值，應當再嘗試兩次進行檢測。其次，在通過 10 s 的壓力連續(xù)監(jiān)測后，才能進行 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刻測得的壓力超過以下公式 1 計算結(jié)果 ^[1]，可對壓力測試做出快速通過的決定，否則測試儀要持續(xù)進行壓力監(jiān)測 120 s 后停止加壓，如果壓力損失不超過 1 500 Pa，則加油口壓力測試結(jié)果合格。

2 汽車燃油蒸發(fā)測試儀總體設計

汽車燃油蒸發(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(tǒng)。具體設計如圖 1 所示：

其中壓力檢測控制系統(tǒng)不僅實時動態(tài)檢測燃油蒸發(fā)的壓力損失；同時檢測大氣參數(shù)：環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度。

3 汽車燃油蒸發(fā)測試儀硬件設計

本文硬件包括系統(tǒng)管理層和系統(tǒng)接口層，主要論述人機交互界面和壓力檢測控制系統(tǒng)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，可實現(xiàn)壓力、溫度、濕度數(shù)據(jù)實時采集和傳輸，具體設計如圖2 所示：

系統(tǒng)管理層即壓力檢測控制系統(tǒng)硬件包括：T3 芯片主板、人機界面、報警系統(tǒng)、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(tǒng)警告檢測壓力過大，RS232 串口和 USB 通訊方便汽車檢測站連接 PC 機進行數(shù)據(jù)交換，WiFi 通信傳輸實時測量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)接口硬件包括：氮氣進口、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 芯片為汽車級芯片，能適應嚴酷的工作環(huán)境，是全志在智能工控領域的一款高性能、超高效處理器。T3 采用 ARM Cortex-A7 架構(gòu)，較高的硬件電路的集成度，不僅增強了硬件系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性，而且極大簡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，可以實現(xiàn)硬件電路的最優(yōu)化設計。

4 汽車燃油蒸發(fā)測試儀軟件設計

本文軟件設計采用 Android 嵌入式操作系統(tǒng) + 應用程序架構(gòu)。軟件主要在 T3 芯片主板完成，利用 ARM 實現(xiàn)對壓力信號接收、解析、通訊和存儲，動態(tài)反映壓力信號的特性，并且把測量結(jié)果通過 WiFi 通信實時傳送到相關(guān)監(jiān)測部門。應用程序的人機界面在鍵盤驅(qū)功、觸摸屏驅(qū)動和圖形 GUI 的基礎上，實現(xiàn)用戶和測試儀的交互式管理，主要完成壓力檢測實時顯示、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)校準、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)存儲管理等功能。其中圖形 GUI 包括：顯示圖層驅(qū)動、顯示設備驅(qū)動、背光驅(qū)動、enhance 驅(qū)動和 capture 驅(qū)動。

測試儀的軟件設計包括兩大部分：壓力信號檢測系統(tǒng)；油箱蓋適用車型。其中壓力信號檢測系統(tǒng)是系統(tǒng)重點，所有的壓力測量、分析和處理都在這個模塊完成，它包括加壓、減壓、自檢、測量等多種功能。油箱蓋適用車型分 12 種類型，分別以阿拉伯數(shù)字表示。具體如表 1：

5 實驗分析

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

（1）本實驗的目的是檢驗佛山翰創(chuàng) MKE5001 型汽車燃油蒸發(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(jié)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(quán)，在環(huán)境監(jiān)測和環(huán)保方面具有一定的社會經(jīng)濟價值。

（3）佛山翰創(chuàng) MKE5001 型測試儀在系統(tǒng)線性動態(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(jié)語

本文詳細闡述了一款經(jīng)濟實用型汽車燃油蒸發(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明，并簡要介紹了實驗結(jié)果，實現(xiàn)了汽油車蒸發(fā)排放的動態(tài)檢測。對儀器進行試驗驗證表明，其操作便捷、性能穩(wěn)定，測試準確度符合國家標準，并且自動化程度較高，能夠達到減少測試人員勞動強度和難度的設計目的。目前因條件所限，后續(xù)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，同時探究能夠在野外沒有市電供電情況下的測量系統(tǒng)。

參考文獻：

[1] 汽油車污染物排放限值及測量方法:GB18285-2018[S].

[2] 何彥彬,杜曉琳,劉維峰.淺析汽車燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)[J].汽車實用技術(shù),2015(3):11-12,39.

[3] 王程,常思勤,許善珍.汽車燃油蒸發(fā)排放測試系統(tǒng)的遠程虛擬儀器實現(xiàn)[J].汽車技術(shù),2007(2):33-35.

[4] 劉圣華,谷超平,李喆洋,等.乘用車燃油蒸發(fā)排放OBD診斷替代車檢泄漏試驗[J.中國公路學報,2021(6):265-273．

[5] 張郁森,吳明,張耀軒.汽車燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)檢測方法研究[J].公路與汽運,2021(5):8-10.

[6] 方妍月.汽車燃油蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏監(jiān)測方法研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學,2019.

（本文轉(zhuǎn)自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年6月期）