1、題 目基于失重法的汽車油耗檢測儀器設計學生姓名院系名稱汽車與交通工程學院專業班級車輛工程B07-1班指導教師職 稱教授教研室車輛工程起止時間2011年2月28日2011年6月24日SY-025-BY-2畢業設計（論文）任務書學生姓名系部汽車與交通工程學院專業、班級車輛工程B07-1班指導教師姓名職稱教授從事專業車輛工程是否外聘是否題目名稱基于失重法的汽車油耗檢測儀器設計一、設計（論文）目的、意義我國經濟持續快速發展，對石油資源需求激增，能源供需矛盾日益突出。我國汽車保有總量2010年達到7500萬輛。由汽車消耗的燃料占我國燃料消耗總量的40%左右。由于油價不斷上漲，人們更加關注汽車油耗,廠家公

2、布的油耗與實際差距很大。為此我國陸續出臺了乘用車燃料消耗量限值、等多項標準，以加快汽車節能管理體系的建立和完善。由此需要更專業的檢測機構，采用科學合理的油耗檢測儀器，提供更權威的汽車油耗檢測數據。汽車油耗關系到環保節能及汽車前沿技術的發展和應用。研究汽車油耗檢測技術，具有重要意義。研發車輛油耗檢測儀，提高油耗檢測精度，擴大儀器測量范圍，是實現油耗儀產品更新換代的要求，也是科學技術日益發展的需要。基于失重法的汽車油耗檢測儀器能精確檢測汽車油耗，可以對汽車的燃油經濟性有一個正確的評價和預測，可為研制低油耗車提供依據；對營運車輛油耗檢測評價，可為其維護、維修提供依據；對于維修企業，可用于判定維修質量

3、；還可用于教學、研究單位進行其工作規律研究。二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法）設計內容：（1）介紹基于失重法的汽車油耗檢測技術理論；分析汽車油耗不同檢測方法的特點；（2）確定基于失重法的汽車油耗檢測的控制原理；建立汽車油耗檢測的數學模型；（3）進行汽車油耗檢測儀器的硬件選擇與設計、系統控制電路設計；（4）根據儀器功能要求和油耗檢測數學模型等進行軟件系統主要模塊的程序流程圖繪制。技術要求（研究方法）：（1）設計儀器應能實現智能化油耗檢測；（2）能對汽油機、柴油機進行發動機臺架試驗；（3）測試精度要滿足要求；（4）進行試驗驗證。三、設計（論文）完成后應提交的成果1設計說明書一份。2裝配圖1

4、張，電路圖1張，零件圖若干張。四、設計（論文）進度安排（1）調研、資料收集、完成開題報告 第1、2周（2月28日3月13日）（2）方案設計與分析、整理 第3、4周（3月14日3月27日）（3）結構設計、計算與分析 第57周（3月28日4月10日）（4）完成繪圖工作 第810周（4月11日5月8日）（5）說明書撰寫 第11、12周（5月9日5月22日）（6）校對、完善和打印 第13、14周（5月23日6月5日）（7）畢業設計審核、修改 第15、16周（6月6日6月19日）（8）畢業設計答辯準備及答辯 第17周（6月20日6月26日）五、主要參考資料1賀新，王岐東，葉身斌.汽車油耗的測量與計算研究

5、及其進展J.北京工商大學學報（自然科學版），2007（01）：32-37.2,胡勝海.汽車油耗測試系統數學模型的建立與應用研究J.測試技術學報，2008（1）：38-43.3凌建群.載重車油耗計算方法與分析J.柴油機設計與制造，2006（1）：24-27.4原培新，孫麗娜，劉紅梅.汽車不解體油耗分析儀測試方法研究J.儀器儀表學報，2006（S2）：1136-1139.5Pierre Lawvin.Electronic controlled high pressure unit Injector system for diesel enginesJ.SAE Paper,2003(2):819-9

6、11.6劉軍，姚健,高建立等.汽車燃油消耗量快速測量系統研究J.汽車技術，2008(4)：34-387高繼東,李孟良,王建海等.輕型汽車燃油經濟性測試方法的相關性研究J.汽車工程，2005（4）：395-398.8杜燦誼，馮德軍.基于虛擬儀器的汽車油耗測試儀的研制J.汽車科技，2008（4）：50-53.9YE Sheng,XU Xiao- and design of a instantaneous-fuel-consumption meterC.Hong Kong:The Institution of Electrical Engineers,2002,357-359.10白思春,褚全紅,王

7、孝等.多燃料全密閉式重量法燃油消耗測量儀的研究J.儀表技術，2009（1）：1-3.六、備注指導教師簽字：年 月 日教研室主任簽字： 年 月 日指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日SY-025-BY-2畢業設計（論文）開題報告學生姓名院系汽車與交通工程學院專業、班級車輛工程B07-1指導教師姓名職稱教授從事專業車輛工程是否外聘是否題目名稱基于失重法的汽車油耗檢測儀器設計一、 課題研究現狀、選題目的和意義1課題研究現狀1.1 目前，在汽車道路試驗中，測量汽車油耗的方法，可歸納為兩大類。(1)直接測量法，指拆開汽車發動機油路，接人流量測量設備，直接測得燃料消耗量。具體可分為兩種：容積法：單位時

8、間內消耗燃油體積；重量法：單位時間內消耗燃油重量。它們的共同特點是：測量精度較高；操作復雜、費時；破壞車輛原有油路結構。(2)間接測量法，即碳平衡法，不拆解發動機油路，利用汽油中的含碳量和燃燒后尾氣排放的含碳量不變，只要測出單位時間內尾氣含碳量與汽油中含碳量相比，即可計算得到燃油消耗量。這類測量方法的特點是：不需拆解被測車輛，適應汽車不解體檢測的發展方向；可以和汽車排放檢測相結合；油耗測量精度沒有直接測量法高。少數幾個大的科研單位雖然從國外引進了一些相關設備，由于所需設備龐大、昂貴而復雜、不可攜帶，還沒有引起重視。1.2 國內汽車油耗智能檢測技術研究狀況國內技術落后，對汽車燃油經濟性的檢測重視

9、較晚，到1991年10月1日交通部才頒布實施涉及車輛燃油消耗檢測的法規汽車運輸業綜合性能檢測站管理辦法：，規定采用的測量方法為容積法和重量法。汽車油耗檢測可通過汽車道路試驗，也可在室內底盤測功試驗臺上模擬路試來檢測。在汽車道路試驗中，一般汽油車常用容積法測量油耗，柴油車常用質量法測量油耗。目前的油耗儀多為體積式的，FP一214型活塞式流量傳感器、禍輪流量儀、數字式油耗一轉速自動測量及四活塞式流量計儀等。隨著計算機技術的不斷發展，硬件性能的不斷提高，虛擬實驗技術也開始用來進行車輛經濟性方面的研究。虛擬實驗系統的類型可分為純軟件型和硬件在環型。純軟件型系統僅利用軟件完成整個系統仿真，它把實驗環境、

10、實驗對象全部抽象為數學模型。其重點在于抽象的數學模型和軟件技術；硬件在環型系統是指將實物硬件嵌入仿真系統的實時動態仿真技術，其強調軟硬件技術及電子技術的結合，獲取的一些關鍵信號由真實硬件發出，比純軟件方式可信度高。研究開發的智能油耗檢測儀既要能用于汽車發動機在不同工況時的油耗數據的測量。及車輛行駛的等速油耗、加速油耗、變工況油耗及百公里油耗測試，尤其是瞬時油耗測試的智能型快速檢測儀器；同時還要將先進的智能傳感器技術和智能儀表技術應用于液體流量檢測與顯示，集機、電、液于一體，提高檢測與顯示精度和檢測的自動化程度，滿足生產實際的需要。目前逐步投入市場的代表性的產品有以下幾種：國產CTM一8A汽車綜

11、合測試儀是以微型計算機為核心，用于汽車動力性能和經濟性能的測試，采用兩個流量傳感器，可進行電噴車的等速油耗、加速油耗、六工況油耗、百公里油耗測試；淄博無線電廠生產的WYHB型微電腦多功能油耗儀，用于檢測汽車拖拉機的動力性能、經濟性能、操縱性能及拖拉機牽引性能。測試項目采用菜單操作，系統內置40列微型打印機，可將測試結果及測試數據打印出來；EPFA型發動機功率、油耗綜合測試儀。該產品采用無外載測功法，配接轉速和油耗傳感器，用來測量發動機功率、比油率、百公里油耗、怠速轉速、機油壓力、異響控制軟件在Windows下運行，操作簡便，測量數據可進行存儲和打印，并具有聯機通訊功能。國外汽車工業發達國家，較

12、重視環保與節能。其車輛油耗檢測技術較先進，投入的人力和財力也較多，并大量采用了傳感技術和微電腦技術，正在大力研發智能型油耗檢測裝置，其功能、測試項目、精度、顯示方式都在不斷發展與完善之中，成本逐漸趨向合理。美國、日本等發達國家在70年代中期就對基于碳平衡法理論的汽車油耗檢測系統進行了大量的研究，并取得了些成果及試驗數據，結果表明，該方法測汽車油耗完全可行，并且可以在檢測汽車尾氣排放的同時進行，但該檢測系統設備龐大、復雜，而且無法實現快速檢測。采用這種檢測系統進行油耗量檢測僅局限于實驗室中，難以在實際中廣泛應用。本設計主要是基于失重法原理采用瞬時流量測量的概念，采用數字信號處理手段，設計出一種新

13、型的智能油耗檢測儀，既能同時滿足汽油車和柴油車的檢測，又能適應各種工況，并且具有較高的精度和較低的成本。如圖1所示，密封貯油罐固定于質量傳感器之上,質量傳感器輸出與油罐內的燃油質量成正比的電信號：式中：WC為油罐自重; Wf 為罐內燃油質量; W為貯油罐總質量 圖1 失重法測量原理1-密封貯油罐 2-質量傳感器 3-信號處理4-電路電磁閥 5-供油管 6-出油管 7-旁通管測量時,傳感器輸出的電壓信號隨著油罐中燃油的消耗而降低。對測量過程傳感器輸出的電壓信號求導，k為儀表常數：上式表明，測量過程傳感器輸出電壓信號的導數與燃油消耗的質量流量成正比這一關系構成本油耗儀設計的理論基礎，也是在測量原理

14、上與其它采用重量傳感器制作的油耗儀本質上的區別。根據這一原理設計的油耗儀，不僅能夠按照現行內燃機試驗規范精確測量規定的時間段內內燃機的平均燃油消耗率，而且還能實時輸出瞬態燃油消耗率數據，提供試驗過程燃油消耗率的動態檢測，并為變工況內燃機臺架試驗提供有效的油耗測量手段。2課題研究目的和意義（1）我國汽車行業發展迅速，汽車有保有量大幅增加。隨著近幾年我國經濟的快速發展和國民生活水平的快速提高，汽車行業發展迅速，汽車的產銷量和保有量都大幅增加，據中國汽車工業協會統計，2010年國內汽車產銷量分別達1826萬和1806萬輛，汽車保有量突破7000萬輛，隨著汽車走進千家萬戶，一系列問題也日益凸顯。能源是

15、發展生產和提高生活水平的物質基礎。汽車主要能源是石油產品中的汽油和柴油。而作為汽車用油來源的石油，其儲量是有限的，2010年，我國石油產量為20301萬噸，而全國石油消耗量為4.07億噸，占全年石油消耗量的45%，當年我國石油對外依存度為55%。隨著我國汽車保有量的逐年增加，石油消耗日益增長，石油能源短缺迫使人們關注汽車燃料經濟性及檢測手段的準確性。要達到節約用油，降低能耗的目的，除廣泛采用新材料、新工藝提高汽車性能外，主要應加強管理和監督。制定法規，限制新生產汽車的燃油消耗量。70 年代能源危機后，各國紛紛制定本國的汽車油耗法規，強制性地降低新生產汽車的油耗指標。如美國近十年來汽車油耗平均每

16、年下降2%，要求1985 年生產的轎車平均油耗必須低于， 1995 年生產的要低于。加強對在用車的檢查和管理。對在用車輛進行定期的技術狀況、經濟狀況檢查，以便及時對技術狀況差的車輛進行維護修理。對于維修后仍不能達到要求的，強制報廢。為縮小與發達國家的差距，我國已經制訂了汽車技術等級評定標準、汽車技術等級評定的檢測辦法，將燃油消耗列為評定汽車經濟性的重要指標；1991 年10 月頒布的交通部29 號令汽車運輸車輛綜合性能檢測站管理辦法也規定，所有從事汽車運輸車輛綜合性能檢測的A、B、C 三級檢測站，都應具備燃油消耗量檢測的能力，這更加體現了對車輛經濟性指標的重視。（2）隨著油價不斷上漲和人們環保

17、意識的增強，汽車經濟性備受關注。作為汽車的主要性能之一，準確、迅速地對汽車燃油消耗量進行檢測并作出評價，這是非常關鍵的。國家有關標準中規定的燃油經濟性的評定使用的是油耗計測定方法。目前國內常用的發動機油耗測量方法還是油耗儀測量方法，這些油耗測量儀表種類繁多，使用方法和測量精度也各有優劣。傳統的油耗計對于化油器的汽油機燃油消耗的測量較為單一，但是，隨著汽車排放法規的日趨嚴格和汽車電子技術的長足進步，汽油機的化油器已逐漸被電控燃油噴射系統(EFI)所取代，汽車的燃油經濟性測量的對象已全部變成了電控噴射發動機。電控噴射發動機由于需要處理多余燃油的回流問題，使其對油耗的測量變得復雜。所以，相關的測量方

18、法和儀器的研究受到了更多的關注。目前測定燃料消耗率(簡稱耗油率) 的方法通常有容積法、重量法、流量計法和流速計法等。常規的容積法和重量法的測量精度較高,但不能測量瞬時耗油率, 只適用于內燃機穩定工況下燃油消耗率的測定。流量計法和流速計法可以測量瞬時耗油率, 但由于單位時間燃油的流量很小, 因此測量精度較低。測量內燃機各工況下的耗油率不僅可以判斷其經濟性, 同時也有助于診斷燃油系統的缺陷和故障。因此，研發車輛油耗檢測儀，提高油耗檢測精度，擴大儀器測量范圍，是實現油耗儀產品更新換代的要求，也是科學技術日益發展的需要。基于失重法的汽車油耗檢測儀器能精確檢測汽車油耗，可以對汽車的燃油經濟性有一個正確的

19、評價和預測，可為研制低油耗車提供依據；對營運車輛油耗檢測評價，可為其維護、維修提供依據；對于維修企業，可用于判定維修質量；還可用于教學、研究單位進行其工作規律研究。二、設計（論文）的基本內容,擬解決的主要問題1.基本內容（1）介紹基于失重法的汽車油耗檢測技術理論；分析汽車油耗不同檢測方法的特點；（2）確定基于失重法的汽車油耗檢測的控制原理；建立汽車油耗檢測的數學模型；（3）確定總體設計方案，進行汽車油耗檢測儀器的硬件選擇與設計、系統控制電路設計、軟件設計、可靠性設計和機械部分設計；（4）繪制裝配圖、控制電路圖、零件圖。（5）試驗數據處理與誤差分析；2.擬解決的主要問題（1）解決傳統的測量方法存

20、在的測量的間歇性和重復性缺陷；（2）解決電噴發動機油耗測量中遇到的回油問題；（3）解決電磁干擾或外界振動所產生的隨機誤差，提高油耗測量過程中的測量精度；（4）解決傳統檢測儀功能單一，通用性差問題。二、 技術路線（研究方法）本設計主要是通過分析法比較目前常用油耗檢測方法，針對傳統檢測方法的缺陷,設計了一種發動機智能油耗檢測系統. 該系統是在原有發動機性能檢測系統基礎上擴充的一種智能化瞬態油耗儀系統,由重量傳感器、油箱、充油電磁閥及各路油管組成. 重量傳感器輸出的信號經信號調理電路輸入單片機,經分析處理;充油電磁閥的控制信號將油路切換成充油狀態和測量狀態. 設計中主要結合失重原理和瞬時流量概念,使

21、系統不僅有較高的測量精度,還能實時顯示瞬時油耗和平均油耗.該系統具有操作簡單，測量數據直觀可視等特點。通過分析法比較目前常用油耗檢測方法基于失重法原理，確定總體設計方案設計和選擇油耗檢測系統的硬件并進行合理匹配確定各元件在油路中的布置方案信號采集及控制電路的設計軟件系統的設計可靠性設計機械部分設計繪制裝配圖、控制電路圖和零件圖試驗數據分析與處理初步審核，查找不足之處，修改設計方案再次審核，最終確定設計方案，完成設計四、進度安排（1）調研、資料收集、完成開題報告 第1、2周（2月28日3月13日）（2）方案設計與分析、整理 第3、4周（3月14日3月27日）（3）結構設計、計算與分析 第57周（

22、3月28日4月10日）（4）完成繪圖工作 第810周（4月11日5月8日）（5）說明書撰寫 第11、12周（5月9日5月22日）（6）校對、完善和打印 第13、14周（5月23日6月5日）（7）畢業設計審核、修改 第15、16周（6月6日6月19日）（8）畢業設計答辯準備及答辯 第17周（6月20日6月26日）五、主要參考資料1賀新，王岐東，葉身斌.汽車油耗的測量與計算研究及其進展J.北京工商大學學報（自然科學版），2007（01）：32-37.2,胡勝海.汽車油耗測試系統數學模型的建立與應用研究J.測試技術學報，2008（1）：38-43.3凌建群.載重車油耗計算方法與分析J.柴油機設計與制

23、造，2006（1）：24-27.4原培新，孫麗娜，劉紅梅.汽車不解體油耗分析儀測試方法研究J.儀器儀表學報，2006（S2）：1136-1139.5Pierre Lawvin.Electronic controlled high pressure unit Injector system for diesel enginesJ.SAE Paper,2003(2):819-911.6劉軍，姚健,高建立等.汽車燃油消耗量快速測量系統研究J.汽車技術，2008(4)：34-387高繼東,李孟良,王建海等.輕型汽車燃油經濟性測試方法的相關性研究J.汽車工程，2005（4）：395-398.8杜燦誼，馮

24、德軍.基于虛擬儀器的汽車油耗測試儀的研制J.汽車科技，2008（4）：50-53.9YE Sheng,XU Xiao- and design of a instantaneous-fuel-consumption meterC.Hong Kong:The Institution of Electrical Engineers,2002,357-359.10白思春,褚全紅,王孝等.多燃料全密閉式重量法燃油消耗測量儀的研究J.儀表技術，2009（1）：1-3.11賴建生，孔凡靜.虛擬儀器技術在發動機油耗測試中的應用J.中國科技信息,2009（12）：119-120.12，岳偉東，胡勝海.汽車油耗智

25、能檢測技術研究J.黑龍江工程學院學報（自然科學版）,2006（9）:44-46.13龔青青.汽車油耗智能檢測技術發展趨勢研究與應用J.農業機械學報,2009（3）:12-13.14葉盛，胡潔.基于虛擬儀器技術的發動機油耗測試系統研究J.浙江大學學報,2005（3）:668-670.15胡凈，徐曉明. 一種新型的發動機瞬態油耗儀的設計J.儀器儀表學報,2000（10）:154-158.16，于春鵬，張德生.汽車油耗檢測方法研究J.黑龍江工程學院學報,2010（6）:4-7.17甘宇宏.汽車油耗檢測儀計算機控制系統設計J.交通科技與經濟,2010（4）：106-109.18喬劍鐸，張濤,李剛,J.

26、內燃機車,2007（8）:43-46.六、備注指導教師意見：簽字： 年 月 日畢業設計指導教師評分表學生姓名院系汽車與交通工程學院專業、班級車輛工程B07-1指導教師姓名職稱教授從事專業車輛工程是否外聘是否題目名稱基于失重法的汽車油耗檢測儀器設計序號評 價 項 目滿分得分1選題與專業培養目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度102題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度103綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力154設計（實驗）能力；計算能力（數據運算與處理能力）；外文應用能力205計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜

27、合分析能力、技術經濟分析能力）106插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創新性207設計規范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等）58科學素養、學習態度、紀律表現；畢業論文進度10得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點）工作態度： 好 較好 一般 較差 很差研究能力或設計能力：強 較強 一般 較弱 很弱工作量： 大 較大 適中 較少 很少說明書規范性： 好 較好 一般 較差 很差圖紙規范性： 好 較好 一般 較差 很差成果質量（設計方案、設計方法、正確性）好 較好 一般 較差 很差其他： 指導教師簽字： 年 月 日畢業論文評閱人評分表

28、學生姓名專業班級指導教師姓名職稱題目評閱組或預答辯組成員姓名出席人數序號評 價 項 目滿分得分1選題與專業培養目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度152題目工作量；選題的理論意義或實際價值103查閱文獻資料能力；綜合運用知識能力204研究方案的設計能力；研究方法和手段的運用能力；外文應用能力255文題相符程度；寫作水平156寫作規范性；篇幅；成果的理論或實際價值；創新性15得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點）回答問題： 正確 基本正確 基本不正確 不能回答所提問題研究能力或設計能力：強 較強 一般 較弱 很弱工作量： 大 較大 適中 較少 很少規范性：

29、好 較好 一般 較差 很差成果質量（研究方案、研究方法、正確性）：好 較好 一般 較差 很差其他： 評閱人或預答辯組長簽字： 年 月 日注：畢業設計（論文）評閱可以采用2名評閱教師評閱或集體評閱或預答辯等形式。 畢業設計評閱人評分表學生姓名專業班級車輛工程B07-1指導教師姓名職稱教授題目基于失重法的汽車油耗檢測儀器設計評閱組或預答辯組成員姓名出席人數序號評 價 項 目滿分得分1選題與專業培養目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度102題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度103綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力154設

30、計（實驗）能力；計算能力（數據運算與處理能力）；外文應用能力255計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力）156插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創新性207設計規范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等）5得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點）回答問題： 正確 基本正確 基本不正確 不能回答所提問題研究能力或設計能力：強 較強 一般 較弱 很弱工作量： 大 較大 適中 較少 很少說明書規范性： 好 較好 一般 較差 很差圖紙規范性： 好 較好 一般 較差 很差成果質量（設計方案、設計方法、正確性）好 較好 一般 較差 很差其他： 評閱人或預答辯組長簽字： 年 月 日畢業論文答辯評分表學生姓名專業班級指導教師職 稱題目 答辯時間月 日 時答辯組成員姓名出席人數序號評 審 指 標滿分得分1選題與專業培養目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、理論意義或價值102研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力、綜合運用知識的能力