| 专利名称： | 一种车载排放测试装置及其测试方法 | ||
| 专利名称(英文)： | An on-board vehicle emissions testing apparatus and its test method | ||
| 专利号： | CN201610148166.7 | 申请时间： | 20160315 |
| 公开号： | CN105806627A | 公开时间： | 20160727 |
| 申请人： | 南京汽车集团有限公司 | ||
| 申请地址： | 210037 江苏省南京市鼓楼区中央路331号 | ||
| 发明人： | 焦庆宏; 宋宁; 王温锐; 柯锦武; 汤波; 邵培 | ||
| 分类号： | G01M17/007 | 主分类号： | G01M17/007 |
| 代理机构： | 南京苏科专利代理有限责任公司 32102 | 代理人： | 姚姣阳 |
| 摘要： | 本发明公开了一种车载法排放测试装置及其测试方法，包括设置在被测样车上的排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、主控单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟加载装置；所述排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟加载装置均与主控单元相连。本发明所述测试装置及方法，相比较行业现行的装置及方法，能够快速高效地进行车辆排放测试，而不用借助于源自被测车辆电控单元的相关信息，从而更加准确地得出被测车辆的排放性能状况。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention discloses a che Zaifa emissions testing apparatus and its test method, the sample to be measured on the measuring unit of the exhaust gas quality, contaminant sampling and analysis unit, the main control unit, fuel consumption measuring unit and road load simulating loading device; the exhaust quality measuring unit, contaminant sampling and analysis unit, fuel consumption measuring unit and road load simulating loading device are connected with the main control unit. Stated testing device of this invention and method, comparing the existing device and method for the industry, can be rapidly and efficiently vehicle emissions testing, without the aid of the measured vehicle derived from the relevant information of the electric control unit, so as to more accurately obtain the state of the discharging performance of the vehicle under test. | ||
1.一种车载法排放测试装置，其特征在于：包括设置在被测样车上的排气质量测量单 元、污染物取样及分析单元、主控单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟加载装置；所 述排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟加载 装置均与主控单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述排气质量测量单 元置于被测样车上，实时采集样车排气的体积流量、温度、压力或质量流量；所述排气质量 测量单元，主要功能是对汽车排气污染物进行流量、压力和温度的测量，并将所测量数值传 输给主控单元，供主控单元分析计算，该单元主要包括流量传感器、温度传感器和压力传感 器，分别用于测量排气的流量、温度和压力，以及数据采集模块，用于接收传感器信号并将 测量结果传输给排放主控单元。
3.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述污染物取样及分 析单元置于样车上，通过专用采样头及管路对样车排气进行取样及分析；所述采样探头安 装在排气通道混合区并朝向气流来的方向，按照一定的流量，连续、实时地采集气体污染物 和颗粒污染物；所述采样探头同时具有过滤样气，反吹和清洗功能，保证不被堵塞。
4.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述装置的主控用于 集成、协调或控制各测量单元及其他选用装置，以实现一个完整测试、分析计算、结果输出 以及评价报告生成等；其选用装置，如燃料消耗量测量单元是用于被测样车的实时燃料消 耗量测量，道路负荷模拟加载装置是用于非道路试验条件下进行样车负荷及条件保障模 拟；所述主控单元提供用于车载法排放测试的自动控制系统；其硬件由工业控制用计算机、 UPS不间断电源及液晶显示器组成；软件集成排气质量测量单元、燃料消耗测量单元、污染 物取样及分析单元自动控制和管理、协调各设备的工作程序，控制和管理系统设备的数据 采集、处理和分析功能。以在道路负荷模拟加载装置上进行试验为例：首先进行初始化，选 择试验车型、试验编号、车辆参数以及法规计算参数信息；然后进行设备检查，保证数据通 讯正常，确保分析仪处于正常工作状态，若出现异常，如自动标定失败，程序能够自动判断 并给予提示；当试验开始后，主控系统发出控制命令控制各单元采样循环开始，排气质量测 量单元获取排气流量、温度、压力等信息，污染物采样及分析单元采集气体污染物和颗粒污 染物并计算其浓度，主控单元存储各单元传输的排气质量信息、污染物排放信息及车速、时 间等信息，实时显示并计算污染物排放浓度；试验结束后，主控单元以试验数据为基础，根 据功基窗口法或NTE法评价试验结果，并出具格式化报告。
5.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的排气质量测量 单元、污染物取样及分析单元可采集到用于计算燃料消耗量的相关数据；测试中，可以实时 通过碳平衡法计算出实时的燃料消耗量；同时，也可支持燃料消耗量测量单元直接测量出 实时的燃料消耗量；此二者方法，可任选一种，也可二种均采用；所述碳平衡法是依据质量 守恒定律，汽(柴)油经过发动机燃烧后，排气中碳质量总和与燃烧前燃油中碳质量总和相 等；碳原子在汽(柴)油中主要以CO2，CO和碳氢化合物HCx的形式存在；碳平衡法通过对尾气 中CO2,CO、HCx及其容积排放的分析，得到气体中单位里程(或时间)内的碳元素含量，再与 所用汽(柴)油中碳元素含量相比而间接得出燃油消耗量的方法。
6.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的排气质量测量 单元包括排气管连接管路、相应的排气体体积流量或质量流量传感器、信号调理及实时处 理系统；测试中，可以计算出实时的排气流量，并修正到标准状态下；所述排气质量测量单 元包括排气管路，流量传感器及信号处理系统，将排气流量信号实时传送至排放主控单元。
7.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的污染物取样及 分析单元包括样气采样探头、预处理、各气体污染物(CO、CO2、HC、NMHC、NO/NOx等)浓度分 析、颗粒物质量或数量分析等；测试中，可以计算出实时或分阶段的污染物浓度；所述气态 污染物：由采样探头采集的样气，经预处理单元的过滤、除湿或加热等处理后，进入各气体 分析仪直接测量其浓度；测量CO和CO2浓度采用不分光红外吸收型(NDIR)分析仪，测量HC、 NMHC采用氢火焰离子化(HFID)分析仪，测量NO、NOx采用加热化学发光分(HCLD)析仪，测量 O2可采用顺磁性(PMD)分析仪；颗粒物污染物：由颗粒物采样探头收集车辆排气中的微小颗 粒，经过稀释、加热等预处理后，用于颗粒物的分析；颗粒物的质量，通过称重法由天平测 量，颗粒物数量由颗粒计数器计算。
8.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：可用于真实道路环 境，也可用于非道路环境。所述的道路负荷模拟加载装置，包括底盘测功机、冷却风机、车辆 所处的环境仓等，对样车道路负荷(质量模拟、阻力模拟)以及环境状况(温度、湿度、冷却风 速等)针对相应的运行工况进行实时调整,保证测试过程中的状态符合相应要求；道路负荷 模拟加载装置，包括底盘测功机、冷却风机、环境仓；所述的底盘测功机设于环境仓内，利用 飞轮惯性的转动惯量来模拟汽车运行时的转动惯量及汽车直线运动质量的惯量，采用加载 装置来模拟汽车在运行过程中所受的空气阻力，非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，通过 滚筒旋转运动来模拟路面，对汽车运行状况进行动态检测；所述的冷却风机200设于环境仓 内被测试车辆前部，用于模拟道路行驶中的自然风冷却车辆，速度满足风速等于车速；所述 的环境仓300提供标准的测试环境，如定制的温度、相对湿度等；工作过程中，由底盘测功机 控制系统控制底盘测功机，使其模拟设定的工况，同时控制冷却风机的风速与模拟的车速 相等。
9.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的主控，包括主 控计算、人机界面、与外部系统通讯接通口以及司机助等；可与单独为一单元，也可与其他 单元进行整合。
10.一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤一，样车的状态检查以及测试前准备，包括加载以及在道路负荷模拟加载装置中 设定； 步骤二，将排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、主控以及燃料消耗量测量单元 在车辆上进行安装，并调试； 步骤三，样车按设定的预运行工况进行预运行，并检查样车及各装置是否正常； 步骤四，样车按设定的各试验运行工况依次进行试验运行，各装置及主控进行实时采 集及相应数据记录； 步骤五，所有的试验工况后，进行数据检查、后处理、结果输出以及综合评价。
11.根据权利要求10所述的一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：所述步 骤二中，无需采集或通过读取样车动力系统电控单元内的相关参数，如发动机转速、名义输 出扭矩，而采用与之有关联的且可直接测量的燃料消耗量进行替代。
12.根据权利要求10所述的一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：所述步 骤五中，主要是计算各试验工况下的燃料消耗量、污染物质量等，再通过相应的统计算法， 包括窗口法和NET法，得出污染物与燃料消耗量比排放(如：g/l)，与设定目标进行比较与评 价。
13.根据权利要求10所述的一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：所述功 基窗口法通过比较各功基窗口比排放与发动机型式核准比排放的符合性评价车辆排放的 方法；功基窗口大小为发动机ETC循环功；按照采样时间系列累积每个采样点的瞬时功达到 功基窗口，计算窗口内所有采样点的平均比排放值；移动平均计算功基窗口至所有采样点 结束，得到一系列功基窗口平均比排放值，功基窗口移动间隔1秒。窗口比排放：功基窗口内 发动机NOx排放总质量与窗口内功的比值，单位：g/kWh；统计功基窗口比排放小于标准规定 的限值个数，计算其占所有窗口个数的比例。采用功基窗口法判定时，窗口平均功率百分比 大于20％的窗口个数要大于等于所有窗口个数的50％；不能达到50％的将窗口平均功率百 分比的要求20％以1％为步长逐渐减小，但最小不能小于15％；所述NTE法是利用NTE法评估 车辆的排放水平，对每一个NTE事件NOx比排放与NTE限值进行比较，将其中小于限值的事件 加权时间求和(记为a)；对所有NTE事件的加权时间求和(记为b)，计算两者的比值(记为c)： c＝(a/b)*100％。如果计算得到的比值c>90％，则满足NTE法规要求，否则，不满足NTE法规 要求。
1.一种车载法排放测试装置，其特征在于：包括设置在被测样车上的排气质量测量单 元、污染物取样及分析单元、主控单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟加载装置；所 述排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟加载 装置均与主控单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述排气质量测量单 元置于被测样车上，实时采集样车排气的体积流量、温度、压力或质量流量；所述排气质量 测量单元，主要功能是对汽车排气污染物进行流量、压力和温度的测量，并将所测量数值传 输给主控单元，供主控单元分析计算，该单元主要包括流量传感器、温度传感器和压力传感 器，分别用于测量排气的流量、温度和压力，以及数据采集模块，用于接收传感器信号并将 测量结果传输给排放主控单元。
3.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述污染物取样及分 析单元置于样车上，通过专用采样头及管路对样车排气进行取样及分析；所述采样探头安 装在排气通道混合区并朝向气流来的方向，按照一定的流量，连续、实时地采集气体污染物 和颗粒污染物；所述采样探头同时具有过滤样气，反吹和清洗功能，保证不被堵塞。
4.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述装置的主控用于 集成、协调或控制各测量单元及其他选用装置，以实现一个完整测试、分析计算、结果输出 以及评价报告生成等；其选用装置，如燃料消耗量测量单元是用于被测样车的实时燃料消 耗量测量，道路负荷模拟加载装置是用于非道路试验条件下进行样车负荷及条件保障模 拟；所述主控单元提供用于车载法排放测试的自动控制系统；其硬件由工业控制用计算机、 UPS不间断电源及液晶显示器组成；软件集成排气质量测量单元、燃料消耗测量单元、污染 物取样及分析单元自动控制和管理、协调各设备的工作程序，控制和管理系统设备的数据 采集、处理和分析功能。以在道路负荷模拟加载装置上进行试验为例：首先进行初始化，选 择试验车型、试验编号、车辆参数以及法规计算参数信息；然后进行设备检查，保证数据通 讯正常，确保分析仪处于正常工作状态，若出现异常，如自动标定失败，程序能够自动判断 并给予提示；当试验开始后，主控系统发出控制命令控制各单元采样循环开始，排气质量测 量单元获取排气流量、温度、压力等信息，污染物采样及分析单元采集气体污染物和颗粒污 染物并计算其浓度，主控单元存储各单元传输的排气质量信息、污染物排放信息及车速、时 间等信息，实时显示并计算污染物排放浓度；试验结束后，主控单元以试验数据为基础，根 据功基窗口法或NTE法评价试验结果，并出具格式化报告。
5.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的排气质量测量 单元、污染物取样及分析单元可采集到用于计算燃料消耗量的相关数据；测试中，可以实时 通过碳平衡法计算出实时的燃料消耗量；同时，也可支持燃料消耗量测量单元直接测量出 实时的燃料消耗量；此二者方法，可任选一种，也可二种均采用；所述碳平衡法是依据质量 守恒定律，汽(柴)油经过发动机燃烧后，排气中碳质量总和与燃烧前燃油中碳质量总和相 等；碳原子在汽(柴)油中主要以CO2，CO和碳氢化合物HCx的形式存在；碳平衡法通过对尾气 中CO2,CO、HCx及其容积排放的分析，得到气体中单位里程(或时间)内的碳元素含量，再与 所用汽(柴)油中碳元素含量相比而间接得出燃油消耗量的方法。
6.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的排气质量测量 单元包括排气管连接管路、相应的排气体体积流量或质量流量传感器、信号调理及实时处 理系统；测试中，可以计算出实时的排气流量，并修正到标准状态下；所述排气质量测量单 元包括排气管路，流量传感器及信号处理系统，将排气流量信号实时传送至排放主控单元。
7.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的污染物取样及 分析单元包括样气采样探头、预处理、各气体污染物(CO、CO2、HC、NMHC、NO/NOx等)浓度分 析、颗粒物质量或数量分析等；测试中，可以计算出实时或分阶段的污染物浓度；所述气态 污染物：由采样探头采集的样气，经预处理单元的过滤、除湿或加热等处理后，进入各气体 分析仪直接测量其浓度；测量CO和CO2浓度采用不分光红外吸收型(NDIR)分析仪，测量HC、 NMHC采用氢火焰离子化(HFID)分析仪，测量NO、NOx采用加热化学发光分(HCLD)析仪，测量 O2可采用顺磁性(PMD)分析仪；颗粒物污染物：由颗粒物采样探头收集车辆排气中的微小颗 粒，经过稀释、加热等预处理后，用于颗粒物的分析；颗粒物的质量，通过称重法由天平测 量，颗粒物数量由颗粒计数器计算。
8.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：可用于真实道路环 境，也可用于非道路环境。所述的道路负荷模拟加载装置，包括底盘测功机、冷却风机、车辆 所处的环境仓等，对样车道路负荷(质量模拟、阻力模拟)以及环境状况(温度、湿度、冷却风 速等)针对相应的运行工况进行实时调整,保证测试过程中的状态符合相应要求；道路负荷 模拟加载装置，包括底盘测功机、冷却风机、环境仓；所述的底盘测功机设于环境仓内，利用 飞轮惯性的转动惯量来模拟汽车运行时的转动惯量及汽车直线运动质量的惯量，采用加载 装置来模拟汽车在运行过程中所受的空气阻力，非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，通过 滚筒旋转运动来模拟路面，对汽车运行状况进行动态检测；所述的冷却风机200设于环境仓 内被测试车辆前部，用于模拟道路行驶中的自然风冷却车辆，速度满足风速等于车速；所述 的环境仓300提供标准的测试环境，如定制的温度、相对湿度等；工作过程中，由底盘测功机 控制系统控制底盘测功机，使其模拟设定的工况，同时控制冷却风机的风速与模拟的车速 相等。
9.根据权利要求1所述的一种车载法排放测试装置，其特征在于：所述的主控，包括主 控计算、人机界面、与外部系统通讯接通口以及司机助等；可与单独为一单元，也可与其他 单元进行整合。
10.一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤一，样车的状态检查以及测试前准备，包括加载以及在道路负荷模拟加载装置中 设定； 步骤二，将排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、主控以及燃料消耗量测量单元 在车辆上进行安装，并调试； 步骤三，样车按设定的预运行工况进行预运行，并检查样车及各装置是否正常； 步骤四，样车按设定的各试验运行工况依次进行试验运行，各装置及主控进行实时采 集及相应数据记录； 步骤五，所有的试验工况后，进行数据检查、后处理、结果输出以及综合评价。
11.根据权利要求10所述的一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：所述步 骤二中，无需采集或通过读取样车动力系统电控单元内的相关参数，如发动机转速、名义输 出扭矩，而采用与之有关联的且可直接测量的燃料消耗量进行替代。
12.根据权利要求10所述的一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：所述步 骤五中，主要是计算各试验工况下的燃料消耗量、污染物质量等，再通过相应的统计算法， 包括窗口法和NET法，得出污染物与燃料消耗量比排放(如：g/l)，与设定目标进行比较与评 价。
13.根据权利要求10所述的一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：所述功 基窗口法通过比较各功基窗口比排放与发动机型式核准比排放的符合性评价车辆排放的 方法；功基窗口大小为发动机ETC循环功；按照采样时间系列累积每个采样点的瞬时功达到 功基窗口，计算窗口内所有采样点的平均比排放值；移动平均计算功基窗口至所有采样点 结束，得到一系列功基窗口平均比排放值，功基窗口移动间隔1秒。窗口比排放：功基窗口内 发动机NOx排放总质量与窗口内功的比值，单位：g/kWh；统计功基窗口比排放小于标准规定 的限值个数，计算其占所有窗口个数的比例。采用功基窗口法判定时，窗口平均功率百分比 大于20％的窗口个数要大于等于所有窗口个数的50％；不能达到50％的将窗口平均功率百 分比的要求20％以1％为步长逐渐减小，但最小不能小于15％；所述NTE法是利用NTE法评估 车辆的排放水平，对每一个NTE事件NOx比排放与NTE限值进行比较，将其中小于限值的事件 加权时间求和(记为a)；对所有NTE事件的加权时间求和(记为b)，计算两者的比值(记为c)： c＝(a/b)*100％。如果计算得到的比值c>90％，则满足NTE法规要求，否则，不满足NTE法规 要求。
翻译：技术领域
本发明涉及一种车载法排放测试装置及其测试方法，属于道路用车辆排放试验领 域。
背景技术
据申请人了解随着汽车工业的高速发展汽车已经成为人们日常生活中不可缺少 的交通工具。但与此同时，汽车的保有量不断增加，汽车尾气排放也成为空气污染的重要来 源。对进一步控制机动车排气污染，改善大气质量，已成为全球汽车行业以及环保机构关注 一个焦点。
近年来，为有效监控车辆在使用中的实际排放状况，弥补了部分道路行驶工况点 在台架试验中不能充分体现的缺陷，全球相继出台了一些针对性测试方法与法规。如美国 EPACFR40part86中86.1370-1372和CFRpart1065subpartJ部分、欧盟(EU)No582/ 2011(修订草案)以及国内HJ439-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车在用符 合性技术要求》、DB11/965-2013《重型汽车排气污染物排放限值及测量方法(车载法)》等。
同时，相关的测试装备及方法也相继成熟。比如，排气流量的实时测量、排气气体 污染物及颗粒物的分析与计算、燃料消耗量测量(直接测量、碳平衡法)、整车排放的评价 (窗口法、NET法)等，均有了相应的行标或国标。但目前，对于整车排放的测试及性能评价， 在实际应用及操作方面，还有较大不足，测试准确性及便捷性急待改善。
经检索，中国专利CN104849068A公开了一种重型汽车快速车载排放测试系统及 方法,该方法多次试验对样车进行比排放的计算，并获得比排放系数，仍旧以g/kwh为单位， 无法真实有效的反应车辆的排放水平。专利CN102162772A公开了一种车辆排放检测装置 及方法，该方法还是通过车载诊断系统读取车辆的瞬时油耗，并计算二氧化碳排放量，该方 法存在OBD读取数据的不确定性，从而影响实际的排放结果，不能准确反映车辆的排放数 值。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种车载排放测试装置。
本发明的另一个目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种车载排放测 试装置的测试方法。
本发明克服现有测试技术的缺陷，提供了一种车载法排放测试装置及其测试方 法。所述测试装置及方法，相比较行业现行的装置及方法，能够快速高效地进行车辆排放测 试，而不用借助于源自被测车辆电控单元的相关信息，从而更加准确地得出被测车辆的排 放性能状况。
本发明具体技术方案如下：本发明一种车载法排放测试装置，其特征在于：包括设 置在被测样车上的排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、主控单元、燃料消耗量测量 单元和道路负荷模拟加载装置；所述排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、燃料消耗 量测量单元和道路负荷模拟加载装置均与主控单元相连。
进一步地，所述排气质量测量单元置于被测样车上，实时采集样车排气的体积流 量、温度、压力或质量流量；所述排气质量测量单元，主要功能是对汽车排气污染物进行流 量、压力和温度的测量，并将所测量数值传输给主控单元，供主控单元分析计算，该单元主 要包括流量传感器、温度传感器和压力传感器，分别用于测量排气的流量、温度和压力，以 及数据采集模块，用于接收传感器信号并将测量结果传输给排放主控单元。
进一步地，所述污染物取样及分析单元置于样车上，通过专用采样头及管路对样 车排气进行取样及分析；所述采样探头安装在排气通道混合区并朝向气流来的方向，按照 一定的流量，连续、实时地采集气体污染物和颗粒污染物；所述采样探头同时具有过滤样 气，反吹和清洗功能，保证不被堵塞。
进一步地，所述装置的主控用于集成、协调或控制各测量单元及其他选用装置，以 实现一个完整测试、分析计算、结果输出以及评价报告生成等；其选用装置，如燃料消耗量 测量单元是用于被测样车的实时燃料消耗量测量，道路负荷模拟加载装置是用于非道路试 验条件下进行样车负荷及条件保障模拟；所述主控单元提供用于车载法排放测试的自动控 制系统；其硬件由工业控制用计算机、UPS不间断电源及液晶显示器组成；软件集成排气质 量测量单元、燃料消耗测量单元、污染物取样及分析单元自动控制和管理、协调各设备的工 作程序，控制和管理系统设备的数据采集、处理和分析功能。以在道路负荷模拟加载装置上 进行试验为例：首先进行初始化，选择试验车型、试验编号、车辆参数以及法规计算参数信 息；然后进行设备检查，保证数据通讯正常，确保分析仪处于正常工作状态，若出现异常，如 自动标定失败，程序能够自动判断并给予提示；当试验开始后，主控系统发出控制命令控制 各单元采样循环开始，排气质量测量单元获取排气流量、温度、压力等信息，污染物采样及 分析单元采集气体污染物和颗粒污染物并计算其浓度，主控单元存储各单元传输的排气质 量信息、污染物排放信息及车速、时间等信息，实时显示并计算污染物排放浓度；试验结束 后，主控单元以试验数据为基础，根据功基窗口法或NTE法评价试验结果，并出具格式化报 告。
进一步地，所述的排气质量测量单元、污染物取样及分析单元可采集到用于计算 燃料消耗量的相关数据；测试中，可以实时通过碳平衡法计算出实时的燃料消耗量；同时， 也可支持燃料消耗量测量单元直接测量出实时的燃料消耗量；此二者方法，可任选一种，也 可二种均采用；所述碳平衡法是依据质量守恒定律，汽(柴)油经过发动机燃烧后，排气中碳 质量总和与燃烧前燃油中碳质量总和相等；碳原子在汽(柴)油中主要以CO2，CO和碳氢化合 物HCx的形式存在；碳平衡法通过对尾气中CO2,CO、HCx及其容积排放的分析，得到气体中单 位里程(或时间)内的碳元素含量，再与所用汽(柴)油中碳元素含量相比而间接得出燃油消 耗量的方法。
进一步地，所述的排气质量测量单元包括排气管连接管路、相应的排气体体积流 量或质量流量传感器、信号调理及实时处理系统；测试中，可以计算出实时的排气流量，并 修正到标准状态下；所述排气质量测量单元包括排气管路，流量传感器及信号处理系统，将 排气流量信号实时传送至排放主控单元。
进一步地，所述的污染物取样及分析单元包括样气采样探头、预处理、各气体污染 物(CO、CO2、HC、NMHC、NO/NOx等)浓度分析、颗粒物质量或数量分析等；测试中，可以计算出 实时或分阶段的污染物浓度；所述气态污染物：由采样探头采集的样气，经预处理单元的过 滤、除湿或加热等处理后，进入各气体分析仪直接测量其浓度；测量CO和CO2浓度采用不分 光红外吸收型(NDIR)分析仪，测量HC、NMHC采用氢火焰离子化(HFID)分析仪，测量NO、NOx采 用加热化学发光分(HCLD)析仪，测量O2可采用顺磁性(PMD)分析仪；颗粒物污染物：由颗粒 物采样探头收集车辆排气中的微小颗粒，经过稀释、加热等预处理后，用于颗粒物的分析； 颗粒物的质量，通过称重法由天平测量，颗粒物数量由颗粒计数器计算。
进一步地，可用于真实道路环境，也可用于非道路环境。所述的道路负荷模拟加载 装置，包括底盘测功机、冷却风机、车辆所处的环境仓等，对样车道路负荷(质量模拟、阻力 模拟)以及环境状况(温度、湿度、冷却风速等)针对相应的运行工况进行实时调整,保证测 试过程中的状态符合相应要求；道路负荷模拟加载装置，包括底盘测功机、冷却风机、环境 仓；所述的底盘测功机设于环境仓内，利用飞轮惯性的转动惯量来模拟汽车运行时的转动 惯量及汽车直线运动质量的惯量，采用加载装置来模拟汽车在运行过程中所受的空气阻 力，非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，通过滚筒旋转运动来模拟路面，对汽车运行状况进 行动态检测；所述的冷却风机200设于环境仓内被测试车辆前部，用于模拟道路行驶中的自 然风冷却车辆，速度满足风速等于车速；所述的环境仓300提供标准的测试环境，如定制的 温度、相对湿度等；工作过程中，由底盘测功机控制系统控制底盘测功机，使其模拟设定的 工况，同时控制冷却风机的风速与模拟的车速相等。
进一步地，所述的主控，包括主控计算、人机界面、与外部系统通讯接通口以及司 机助等；可与单独为一单元，也可与其他单元进行整合。
一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，样车的状态检查以及测试前准备，包括加载以及在道路负荷模拟加载装 置中设定；
步骤二，将排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、主控以及燃料消耗量测 量单元在车辆上进行安装，并调试；
步骤三，样车按设定的预运行工况进行预运行，并检查样车及各装置是否正常；
步骤四，样车按设定的各试验运行工况依次进行试验运行，各装置及主控进行实 时采集及相应数据记录；
步骤五，所有的试验工况后，进行数据检查、后处理、结果输出以及综合评价。
进一步地，所述步骤二中，无需采集或通过读取样车动力系统电控单元内的相关 参数，如发动机转速、名义输出扭矩，而采用与之有关联的且可直接测量的燃料消耗量进行 替代。
进一步地，所述步骤五中，主要是计算各试验工况下的燃料消耗量、污染物质量 等，再通过相应的统计算法，包括窗口法和NET法，得出污染物与燃料消耗量比排放(如：g/ l)，与设定目标进行比较与评价。
进一步地，所述功基窗口法通过比较各功基窗口比排放与发动机型式核准比排放 的符合性评价车辆排放的方法；功基窗口大小为发动机ETC循环功；按照采样时间系列累积 每个采样点的瞬时功达到功基窗口，计算窗口内所有采样点的平均比排放值；移动平均计 算功基窗口至所有采样点结束，得到一系列功基窗口平均比排放值，功基窗口移动间隔1 秒。窗口比排放：功基窗口内发动机NOx排放总质量与窗口内功的比值，单位：g/kWh；统计功 基窗口比排放小于标准规定的限值个数，计算其占所有窗口个数的比例。采用功基窗口法 判定时，窗口平均功率百分比大于20％的窗口个数要大于等于所有窗口个数的50％；不能 达到50％的将窗口平均功率百分比的要求20％以1％为步长逐渐减小，但最小不能小于 15％；所述NTE法是利用NTE法评估车辆的排放水平，对每一个NTE事件NOx比排放与NTE限 值进行比较，将其中小于限值的事件加权时间求和(记为a)；对所有NTE事件的加权时间求 和(记为b)，计算两者的比值(记为c)：c＝(a/b)*100％。如果计算得到的比值c>90％，则满 足NTE法规要求，否则，不满足NTE法规要求。
本发明的车载法排放测量装置，其主体与测试方法与现行通用设备及方法(比如 PEMS等)差异不大，延用性及拓展性较好；其测试方法，不再需要从车辆电控单元中采集或 读取相关参数，而采用借用排放物测量参数，利用碳平衡法或直接测量方法，获取燃料消耗 量进行排放水平的评价，其方法更简明，操作更便捷，结果更客观，从而为道路车辆排放测 试、分析改进、环保监督评估以及行业标准提供高效的支持。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明车载排放测试装置示意图。
图2为道路负荷模拟加载装置。
图3为车辆实际行驶速度与时间工况点。
图中：1-排气质量测量单元；2-污染物取样及分析单元；3-主控；4-燃料消耗量测 量单元；5-道路负荷模拟加载装置；6-底盘测功机；7-冷却风机；8-环境仓。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种车载法排放测试装置，包括设置在被测样车上的排气质量 测量单元、污染物取样及分析单元、主控单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟加载装 置；所述排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、燃料消耗量测量单元和道路负荷模拟 加载装置均与主控单元相连。
本发明所述排气质量测量单元置于被测样车上，实时采集样车排气的体积流量、 温度、压力或质量流量；所述排气质量测量单元，主要功能是对汽车排气污染物进行流量、 压力和温度的测量，并将所测量数值传输给主控单元，供主控单元分析计算，该单元主要包 括流量传感器、温度传感器和压力传感器，分别用于测量排气的流量、温度和压力，以及数 据采集模块，用于接收传感器信号并将测量结果传输给排放主控单元。
本发明所述污染物取样及分析单元置于样车上，通过专用采样头及管路对样车排 气进行取样及分析；所述采样探头安装在排气通道混合区并朝向气流来的方向，按照一定 的流量，连续、实时地采集气体污染物和颗粒污染物；所述采样探头同时具有过滤样气，反 吹和清洗功能，保证不被堵塞。
本发明所述装置的主控用于集成、协调或控制各测量单元及其他选用装置，以实 现一个完整测试、分析计算、结果输出以及评价报告生成等；其选用装置，如燃料消耗量测 量单元是用于被测样车的实时燃料消耗量测量，道路负荷模拟加载装置是用于非道路试验 条件下进行样车负荷及条件保障模拟；所述主控单元提供用于车载法排放测试的自动控制 系统；其硬件由工业控制用计算机、UPS不间断电源及液晶显示器组成；软件集成排气质量 测量单元、燃料消耗测量单元、污染物取样及分析单元自动控制和管理、协调各设备的工作 程序，控制和管理系统设备的数据采集、处理和分析功能。以在道路负荷模拟加载装置上进 行试验为例：首先进行初始化，选择试验车型、试验编号、车辆参数以及法规计算参数信息； 然后进行设备检查，保证数据通讯正常，确保分析仪处于正常工作状态，若出现异常，如自 动标定失败，程序能够自动判断并给予提示；当试验开始后，主控系统发出控制命令控制 各单元采样循环开始，排气质量测量单元获取排气流量、温度、压力等信息，污染物采样及 分析单元采集气体污染物和颗粒污染物并计算其浓度，主控单元存储各单元传输的排气质 量信息、污染物排放信息及车速、时间等信息，实时显示并计算污染物排放浓度；试验结束 后，主控单元以试验数据为基础，根据功基窗口法或NTE法评价试验结果，并出具格式化报 告。
本发明所述的排气质量测量单元、污染物取样及分析单元可采集到用于计算燃料 消耗量的相关数据；测试中，可以实时通过碳平衡法计算出实时的燃料消耗量；同时，也可 支持燃料消耗量测量单元直接测量出实时的燃料消耗量；此二者方法，可任选一种，也可二 种均采用；所述碳平衡法是依据质量守恒定律，汽(柴)油经过发动机燃烧后，排气中碳质量 总和与燃烧前燃油中碳质量总和相等；碳原子在汽(柴)油中主要以CO2，CO和碳氢化合物 HCx的形式存在；碳平衡法通过对尾气中CO2,CO、HCx及其容积排放的分析，得到气体中单位 里程(或时间)内的碳元素含量，再与所用汽(柴)油中碳元素含量相比而间接得出燃油消耗 量的方法。
本发明所述的排气质量测量单元包括排气管连接管路、相应的排气体体积流量或 质量流量传感器、信号调理及实时处理系统；测试中，可以计算出实时的排气流量，并修正 到标准状态下；所述排气质量测量单元包括排气管路，流量传感器及信号处理系统，将排气 流量信号实时传送至排放主控单元。
本发明所述的污染物取样及分析单元包括样气采样探头、预处理、各气体污染物 (CO、CO2、HC、NMHC、NO/NOx等)浓度分析、颗粒物质量或数量分析等；测试中，可以计算出实 时或分阶段的污染物浓度；所述气态污染物：由采样探头采集的样气，经预处理单元的过 滤、除湿或加热等处理后，进入各气体分析仪直接测量其浓度；测量CO和CO2浓度采用不分 光红外吸收型(NDIR)分析仪，测量HC、NMHC采用氢火焰离子化(HFID)分析仪，测量NO、NOx采 用加热化学发光分(HCLD)析仪，测量O2可采用顺磁性(PMD)分析仪；颗粒物污染物：由颗粒 物采样探头收集车辆排气中的微小颗粒，经过稀释、加热等预处理后，用于颗粒物的分析； 颗粒物的质量，通过称重法由天平测量，颗粒物数量由颗粒计数器计算。
如图2所示，本发明可用于真实道路环境，也可用于非道路环境。所述的道路负荷 模拟加载装置，包括底盘测功机、冷却风机、车辆所处的环境仓等，对样车道路负荷(质量模 拟、阻力模拟)以及环境状况(温度、湿度、冷却风速等)针对相应的运行工况进行实时调整, 保证测试过程中的状态符合相应要求；道路负荷模拟加载装置，包括底盘测功机、冷却风 机、环境仓；所述的底盘测功机设于环境仓内，利用飞轮惯性的转动惯量来模拟汽车运行时 的转动惯量及汽车直线运动质量的惯量，采用加载装置来模拟汽车在运行过程中所受的空 气阻力，非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，通过滚筒旋转运动来模拟路面，对汽车运行状 况进行动态检测；所述的冷却风机200设于环境仓内被测试车辆前部，用于模拟道路行驶中 的自然风冷却车辆，速度满足风速等于车速；所述的环境仓300提供标准的测试环境，如定 制的温度、相对湿度等；工作过程中，由底盘测功机控制系统控制底盘测功机，使其模拟设 定的工况，同时控制冷却风机的风速与模拟的车速相等。
本发明所述的主控，包括主控计算、人机界面、与外部系统通讯接通口以及司机助 等；可与单独为一单元，也可与其他单元进行整合。
本发明一种车载法排放测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，样车的状态检查以及测试前准备，包括加载以及在道路负荷模拟加载装 置中设定；
步骤二，将排气质量测量单元、污染物取样及分析单元、主控以及燃料消耗量测量 单元在车辆上进行安装，并调试；
步骤三，样车按设定的预运行工况进行预运行，并检查样车及各装置是否正常；
步骤四，样车按设定的各试验运行工况依次进行试验运行，各装置及主控进行实 时采集及相应数据记录；
步骤五，所有的试验工况后，进行数据检查、后处理、结果输出以及综合评价。
本发明所述步骤二中，无需采集或通过读取样车动力系统电控单元内的相关参 数，如发动机转速、名义输出扭矩，而采用与之有关联的且可直接测量的燃料消耗量进行替 代。
本发明所述步骤五中，主要是计算各试验工况下的燃料消耗量、污染物质量等，再 通过相应的统计算法，包括窗口法和NET法，得出污染物与燃料消耗量比排放(如：g/l)，与 设定目标进行比较与评价。
本发明所述功基窗口法通过比较各功基窗口比排放与发动机型式核准比排放的 符合性评价车辆排放的方法；功基窗口大小为发动机ETC循环功；按照采样时间系列累积每 个采样点的瞬时功达到功基窗口，计算窗口内所有采样点的平均比排放值；移动平均计算 功基窗口至所有采样点结束，得到一系列功基窗口平均比排放值，功基窗口移动间隔1秒。 窗口比排放：功基窗口内发动机NOx排放总质量与窗口内功的比值，单位：g/kWh；统计功基 窗口比排放小于标准规定的限值个数，计算其占所有窗口个数的比例。采用功基窗口法判 定时，窗口平均功率百分比大于20％的窗口个数要大于等于所有窗口个数的50％；不能达 到50％的将窗口平均功率百分比的要求20％以1％为步长逐渐减小，但最小不能小于15％； 所述NTE法是利用NTE法评估车辆的排放水平，对每一个NTE事件NOx比排放与NTE限值进行 比较，将其中小于限值的事件加权时间求和(记为a)；对所有NTE事件的加权时间求和(记为 b)，计算两者的比值(记为c)：c＝(a/b)*100％。如果计算得到的比值c>90％，则满足NTE法 规要求，否则，不满足NTE法规要求。
如图3所示为某车辆的NTE工况点的速度与时间曲线。从图3中可以看出，落入NTE 控制区域的NTE工况点，都是在车辆加速行驶且行驶到高速时的发动机工况，车辆的行驶速 度在45km/h以上且连续加速时的发动机工况才进入NTE控制区域并维持30s及30s以上的时 间，成为NTE事件，其余的速度变化频繁和速度较低的工况点都没有进入NTE控制区域。
将NTE事件的排放数据及持续时间提取出来，确定NTE事件加权时间，如表1所示为 车辆的NTE事件加权时间：
表1
NTE事件 持续时间s 比排放g/kWh 判定(P/F) 加权判定 加权时间 1 36 0.1909 P Min(36，300，600) 36 2 36 0.2059 P Min(36，300，600) 36 3 30 0.2515 P Min(30，300，600) 30 4 35 0.3127 P Min(35，300，600) 35
如表1所示，车辆共有4个NTE事件，每个NTE事件的比排放结果与NTE限值6.0g/kWh 比较，如果低于该限值，则认为该NTE事件通过P/F标准,记为P；否则不通过，记为F。车辆所 有NTE事件中持续时间最短为30s。对每个事件持续时间进行加权判定，取：(1)该事件实际 持续时间；(2)最短持续时间的10倍；(3)600s；这三者中最小的值作为每个事件的加权时 间。
车辆合格NTE事件有效时间之和为：
36+36+30+35＝137
所有NTE事件总时间为:
36+36+30+35＝137；
满足限值的NTE事件的时间比例为：137/137＝100％>90％
由于满足限值的NTE事件时间占所有NTE事件时间的比例达到了90％，所以该车辆 通过NTE限值要求。
本发明的车载法排放测量装置，其主体与测试方法与现行通用设备及方法(比如 PEMS等)差异不大，延用性及拓展性较好；其测试方法，不再需要从车辆电控单元中采集或 读取相关参数，而采用借用排放物测量参数，利用碳平衡法或直接测量方法，获取燃料消耗 量进行排放水平的评价，其方法更简明，操作更便捷，结果更客观，从而为道路车辆排放测 试、分析改进、环保监督评估以及行业标准提供高效的支持。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形 成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
