下載文檔就 送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 摘 要 近年來(lái)，汽車(chē)工業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，由于全球高新技術(shù)的日新月異以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源的更加關(guān)注，各種油耗檢測(cè)儀器就應(yīng)運(yùn)而生，但是其中大部分為解體式油耗檢測(cè)技術(shù)下的燃油消耗檢測(cè)儀器，主要為容積法和質(zhì)量法。由于此種檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是在我國(guó)頒布的第一個(gè)關(guān)于乘用車(chē)燃料消耗量限制值的標(biāo)準(zhǔn)，使得汽車(chē)油耗檢測(cè)的需求更加迫切，不解體油耗分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究是交通部重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，此項(xiàng)目包括從方案確定、硬件設(shè)計(jì)、信號(hào)處理到軟件編程等很多內(nèi)容，本論文的目的就是設(shè)計(jì)一套不解體燃油消耗檢測(cè)儀器 -基于超 聲波技術(shù)的汽車(chē)油耗檢測(cè)儀器。 基于超聲波技術(shù)下的燃油消耗檢測(cè)儀器是一種利用超聲波流量計(jì)技術(shù)測(cè)量燃油流量并通過(guò)計(jì)算電路得到燃油消耗情況的一種新型的燃油消耗檢測(cè)儀器。 超聲波流量計(jì)具有不擾亂流場(chǎng)、無(wú)可動(dòng)部件、無(wú)壓力損失、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定可靠、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于液體和氣體的計(jì)量。 關(guān)鍵詞： 超聲波換能器、流量、模塊、環(huán)鳴法、 FPGA、串行通訊 下載文檔就 送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT In recent years, Automobile industry has been developing by leaps and bounds, due to the global high-tech is changing and people to the environmental protection and energy saving more attention, all kinds of fuel consumption testing instrument is made, but mostly disintegrated type of fuel detection technology fuel consumption testing instrument, mainly for volumetric method and quality standard. Because this test equipment of structure is complex, especially in the first China promulgated on passenger cars fuel consumption of standard, make cars limit consumption detectio n more urgent demand, not the disintegration of fuel consumption analysis system development research ministry of science research project is significant. The project including from plan, hardware design, signal processing to software programming and many other topics, the aim of this paper is to design a set of non-dismatiement testing instruments fuel consumption based on ultrasonic technology - the fuel consumption testing instruments. Based on the fuel consumption under ultrasonic technology testing instrument is a use of ultrasonic flowmeter measurement fuel flow and technology through calculation of fuel consumption circuit get a new type of fuel consumption testing instruments. Ultrasonic flowmeter is not disturbed flow field, no moving parts, without pressure loss, high accuracy, stable and reliable performance, wide measuring range and other characteristics, widely used in liquid and gas measurement Keywords： Ultrasonic Transducer, Flow, Module, Ring Sound Method, The FPGA, Serial expert下載文檔就 送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 目 錄 摘要 . I Abstract .II 第 1 章 緒論 . 1 1.1 燃油經(jīng)濟(jì)性的概念和意義 . 3 1.2 汽車(chē)油耗檢測(cè)的發(fā)展概況 . 4 1.3 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)油耗儀檢測(cè)研究現(xiàn)狀 . 5 1.4 課題研究背景及意義 . 6 1.5 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容 . 9 第 2 章 超聲波式燃油消耗檢測(cè)儀的原理及方案的確定 . 10 2.1 汽車(chē)油耗儀器的測(cè)量方法與分類(lèi) . 10 2.1.1 直接測(cè)量法 . 10 2.1.2 間接測(cè)量法 . 12 2.2 超聲波流量計(jì)發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀 . 12 2.2.1 超聲波測(cè)量技術(shù)發(fā)展概況 . 12 2.2.2 超聲波流量計(jì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 13 2.3 管道流量測(cè)量的理論基礎(chǔ) . 15 2.3.1 流量的基本概念 . 15 2.3.2 管道內(nèi)流體理論 . 16 2.3.3 流速補(bǔ)償系數(shù)對(duì)流速公式的修正 . 19 2.4 超聲波流量測(cè)量的原理 . 20 2.4.1 時(shí)差法 . 20 2.4.2 多普勒法 . 22 2.4.3 相關(guān)法 . 22 2.5 超聲波測(cè)量方案的確定 . 23 2.6 本章小結(jié) . 24 第 3 章 超聲波油耗檢測(cè)儀器硬件電路的設(shè)計(jì) . 25 3.1 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì) . 25 3.1.1 系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 25 3.1.2 系統(tǒng)工作原理及流程 . 26 下載文檔就 送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 3.2 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計(jì) . 27 3.2.1 微控制器模塊 . 27 3.2.2 看門(mén)狗電路 的初設(shè)計(jì) . 28 3.2.3 超聲波發(fā)射模塊 . 29 3.2.4 超聲波接收及后續(xù)處理模塊 . 30 3.2.4 發(fā)射 /接收切換電路 . 36 3.2.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門(mén)狗及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 . 36 3.2.6 液晶顯示模塊 . 38 3.2.7 鍵盤(pán)模塊 . 39 3.2.8 微型打印機(jī)的選擇 . 42 3.2.9 通訊接口的選擇 . 43 3.2.10 電源模塊 . 44 3.2.11 超聲波換能器的選擇 . 45 3.3 本章小結(jié) . 46 第 4 章 智能型汽車(chē)油耗儀機(jī)械部分設(shè)計(jì) . 47 4.1 殼體材料的選擇 . 47 4.2 外型尺寸的確定 . 47 4.3 控制面板的設(shè)計(jì) . 48 4.4 數(shù)據(jù)線接口的設(shè)計(jì) . 49 4.5 油耗儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 50 4.6 超聲波換能器裝夾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 51 4.7 本章小結(jié) . 52 第 5 章 FPGA 的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 53 5.1 FPGA 的芯片選擇 . 53 5.2 FPGA 內(nèi)部模塊設(shè)計(jì) . 53 5.2.1 高速計(jì)數(shù)器模塊 . 54 5.2.2 時(shí)鐘信號(hào)模塊 . 56 5.2.3 邏輯控制模塊 . 56 5.3 FPGA 的接口電路設(shè)計(jì) . 56 5.4 本章小結(jié) . 57 第 6 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 58 下載文檔就 送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 6.1 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)及功能 . 58 6.2 主要功能模塊的設(shè)計(jì) . 59 6.2.1 系統(tǒng)主程序模塊 . 59 6.2.2 中斷服務(wù)程序模塊 . 59 6.2.3 計(jì)算模塊的程序設(shè)計(jì) . 63 6.2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 . 64 6.2.5 顯示模塊 . 65 6.2.6 按鍵的去抖功能的程序流程圖設(shè)計(jì) . 66 6.3 本章小結(jié) . 67 第 7 章 試驗(yàn)研究及誤差分析 . 68 7.1 試驗(yàn)的目的和意義 . 68 7.2 零流量下的相關(guān)實(shí)驗(yàn) . 68 7.2.1 換能器收發(fā)信號(hào)波形實(shí)驗(yàn) . 68 7.2.2 過(guò)零檢測(cè) . 69 7.2.3 零速檢測(cè) . 69 7.3 實(shí)時(shí)流量實(shí)驗(yàn) . 70 7.3.1 實(shí)驗(yàn)方法 . 70 7.4 誤差分析 . 73 7.4.1 管道直徑 D 的影響 . 74 7.4.2 固有延遲 的影響 . 74 7.4.3 測(cè)量時(shí)差 t 的影響 . 74 7.4.4 參數(shù)0t的影響 . 74 7.4.5 流量修正系數(shù) K 的影響 . 75 7.5 溫度和壓力的修正 . 77 7.6 本章小結(jié) . 78 結(jié)論 . 77 參考文獻(xiàn) . 80 致謝 . 83 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 買(mǎi)文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 1 章 緒 論 1.1 燃油經(jīng)濟(jì)性的概念和意義 在當(dāng)前和今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，汽車(chē)燃料仍將以石油產(chǎn)品為主。例如 :西歐工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家交通運(yùn)輸消耗石油產(chǎn)品的 34%-45%；美國(guó)交通運(yùn)輸部門(mén)消耗國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)品的52%。 2002 年，我國(guó)原油產(chǎn)量為 1.6 億噸，進(jìn)口石油則超過(guò) 7200 萬(wàn)噸，耗費(fèi) 200 多億美元。汽車(chē)燃油消耗量分別占我國(guó)汽油和柴油產(chǎn)量的 87%和 21%。據(jù)統(tǒng)計(jì) 2010 年我國(guó)石油進(jìn)口高達(dá) 1.6 億噸。 此外，由于汽車(chē)運(yùn)輸?shù)挠秃恼计?chē)運(yùn)輸成本的 20%以上。節(jié)約燃料就意味著汽車(chē)運(yùn)輸成本的降低，經(jīng)濟(jì)效益的提高。顯而易見(jiàn)，研究汽車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性對(duì)汽車(chē)節(jié)能的意義重大。例如 :同 1970 年相比， 1993 年美國(guó)汽車(chē)平均油耗下降了 33%。為此世界各國(guó)都把降低汽車(chē)能耗作為一項(xiàng)基本國(guó)策，并成為汽車(chē)制造和交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要課題。 在保證動(dòng)力性的條件下，汽車(chē)以盡量小的燃油消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力，稱(chēng)為汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性 . 提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，從汽車(chē)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上來(lái)講，改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) (如發(fā)動(dòng)機(jī)的稀燃技術(shù) )是一個(gè)趨勢(shì)，從而改善燃油 的燃燒狀況，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，來(lái)減少汽黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 車(chē)的尾氣對(duì)環(huán)境的污染。并且，汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性與汽車(chē)的底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)狀況密切聯(lián)系，所以汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性可以作為汽車(chē)技術(shù)性能的綜合考查指標(biāo)。 提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，即改進(jìn)燃油的利用率，既可節(jié)約石油資源，又可降低我國(guó)對(duì)石油進(jìn)口的依賴(lài)度 ；既降低運(yùn)輸成本，又可提高運(yùn)輸效益 ；并且可減少環(huán)境排放尾氣污染量，從而改善環(huán)境質(zhì)量。世界各國(guó)對(duì)提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性都有自己的方法。在 2002 年年底，美國(guó)布什政府出臺(tái)提高輕型車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)法規(guī)，它們的第一步是從 2002 年的 20.7MPG(miles per gallon，英里 /加侖 )提高到 2007 年的 22.2 MPG，即等同于百公里油耗從 11.36L/100km 減少至 10.60 L/100km。根據(jù)美國(guó)交通安全部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，此舉意味著到 2007 年，美國(guó)的汽油消耗量可以減少 25 億加侖（ 1 加侖=0.003785411784 立方米）相當(dāng)于 9 463 529 460 升 。在 1999 年 3 月，日本在“能源合理消費(fèi)法”中已經(jīng)第二次頒布關(guān)于改善機(jī)動(dòng)車(chē)性能的公告，在此公告中，分別規(guī)定了總質(zhì)量小于 2.5 t 的載貨汽車(chē)和乘用車(chē)的油耗限定值，要求和 1995 年相 比， 2010年汽油車(chē)油耗限定值至少要降低 20%。德國(guó)要求在汽車(chē)制造廠生產(chǎn)的汽車(chē)的平均燃油消耗量 1980 年的為 9.25L/100km,1990 年的為 7.96L/100km, 2005 年比 1990 年降低1/4。 綜上可見(jiàn)，較好的燃油經(jīng)濟(jì)性可以減少汽車(chē)的油耗，從而降低汽車(chē)的使用費(fèi)用 ；進(jìn)而降低國(guó)家總的石油消耗量，緩解國(guó)家能源危機(jī)。良好的燃油經(jīng)濟(jì)性還可以降低汽車(chē) CO、 CO2、 HC化合物及顆粒物的排放，有利于生活環(huán)境的改善。 1.2 汽車(chē)油耗檢測(cè)的發(fā)展概況 上世紀(jì)七十年代中期以前，世界各國(guó)還沒(méi)有強(qiáng)制執(zhí)行汽車(chē)油耗法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn) 。 1973年中東石油危機(jī)后，世界石油價(jià)格飛漲。此時(shí)，人們認(rèn)識(shí)到石油資源的逐漸枯竭，也威脅到人類(lèi)長(zhǎng)遠(yuǎn)的正常生活。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家同時(shí)也是石油主要進(jìn)口國(guó)，他們進(jìn)口的石油有相當(dāng)大的部分消耗在汽車(chē)上，從能源的安全性考慮，如果不控制汽車(chē)的油耗，他們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展可能會(huì)受控于石油出口國(guó)。于是 1975 年美國(guó)政府首先頒布了能源保護(hù)法和能源政策，并制訂了控制汽車(chē)燃油消耗量的法規(guī)，成為世界上第一部強(qiáng)制執(zhí)行的汽車(chē)油耗法規(guī)。 上世紀(jì)八十年代以來(lái)，世界各國(guó)開(kāi)始關(guān)注溫室效應(yīng)引起的全球范圍的氣候變暖。二氧化碳（ 2CO )是造成溫室效應(yīng)的主要因素，各種溫室氣體中 2CO 約分擔(dān)了 50%的責(zé)任，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)排放的 2CO 約占該國(guó) 2CO 總排放量的 30%-40%。由于汽車(chē)的燃油消耗量與 2CO 的排放量有直接關(guān)系。于是，油耗法規(guī)的意義不單是能源問(wèn)題，還關(guān)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 系到環(huán)境問(wèn)題。 顯而易見(jiàn)，研究汽車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性對(duì)汽車(chē)節(jié)能、環(huán)境保護(hù)的意義重大。為此，世界各國(guó)都把降低汽車(chē)能耗作為一項(xiàng)基本國(guó)策，并成為汽車(chē)制造和交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要課題。我國(guó)汽車(chē)行業(yè)從八十年代初就開(kāi)始了制定汽車(chē)油耗標(biāo)準(zhǔn)的工作，制定了測(cè)各類(lèi)車(chē)輛燃油消耗量的統(tǒng)一試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，并頒布了各類(lèi)車(chē)輛的行業(yè)性燃油耗量限值標(biāo)準(zhǔn)，如 : (1) GB/T 12545-1990汽車(chē)燃料消耗量試驗(yàn)方法 ； (2) JB 3809-1984載貨汽車(chē)燃料消耗 量限值 ； (3) JB 3806-1984重型載貨汽車(chē)燃料消耗量限值 ； (4) GB/T 12545.1-2001乘用車(chē)燃料消耗量試驗(yàn)方法 ； 由于這些都是行業(yè)性或推薦性的標(biāo)準(zhǔn)，加上油耗檢測(cè)起來(lái)相對(duì)麻煩，所以國(guó)內(nèi)多數(shù)檢測(cè)站沒(méi)有油耗檢測(cè)項(xiàng)目或者是有而不用，所以把油耗檢測(cè)真正納入檢測(cè)項(xiàng)目中來(lái)也是我國(guó)有待解決的問(wèn)題。 1.3 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)油耗儀檢測(cè)研究現(xiàn)狀 燃油消耗量是評(píng)價(jià)汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要測(cè)量參數(shù)之一。因此，燃油消耗量的測(cè)量是汽車(chē)性能試驗(yàn)的重要組成部分，其測(cè)量精度直接影響汽車(chē)實(shí)際性能 指標(biāo)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)確定和主要附件的選配及調(diào)整等。目前，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)多屬于穩(wěn)態(tài)工況，仍沿用傳統(tǒng)的質(zhì)量法或體積法測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量。隨著汽車(chē)技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)其測(cè)試的手段也應(yīng)同步發(fā)展。 目前的油耗儀多為體積式的，日本小野公司的 FP-214 型活塞式流量傳感器，最低采樣時(shí)間為 0.1s，最小油量分辨率為 lmL，傳感器量程為 0. 3 120L/h。渦輪流量?jī)x具有瞬時(shí)測(cè)量和累計(jì)功能，得到廣泛應(yīng)用，可測(cè)量 0.05 1200L/min 的液體流量，在標(biāo)定條件下，精度可達(dá) 0.5%，響應(yīng)時(shí)間 2-10ms。中小功率汽油機(jī)燃油流量小，一般在 10-3000mL/min，超出渦流流量計(jì)下限，為此國(guó)內(nèi)研制出不同大小的渦輪以滿(mǎn)足汽油機(jī)小流量測(cè)量的需要。以上兩種流量?jī)x均用于汽車(chē)道路試驗(yàn)，只能測(cè)量體積流量。美國(guó) Pierburg 儀器公司的流量計(jì)為渦輪流量?jī)x的改進(jìn)型，流量范圍可從 1 L/h 起，響應(yīng)時(shí)間為 200ms 精度可達(dá)士 0.1%。奧地利的 AVL 公司研制的臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)燃油耗的精確測(cè)量?jī)x，在油量 25C 時(shí)精度較高，臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)量范圍為 0 150kg/h，盡管該油耗儀可進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，但由于仍是靜態(tài)燃油測(cè)量秤的改進(jìn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間大于200ms。 國(guó)內(nèi)有關(guān)燃油消耗測(cè)量設(shè)備的報(bào)道較少，只有一些專(zhuān)利。而應(yīng)用軟件與底盤(pán)測(cè)功黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 機(jī)結(jié)合進(jìn)行油耗測(cè)量的系統(tǒng)更加少，目前底盤(pán)測(cè)功機(jī)上應(yīng)用的軟件都是一些串口調(diào)試軟件，通過(guò)與油耗儀結(jié)合，接受油耗儀的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理，得出油耗結(jié)果?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)油耗測(cè)試市場(chǎng)還是主要沿用傳統(tǒng)的油耗儀測(cè)試方法和臺(tái)架試驗(yàn)方法。 1.4 課題研究背景及意義 由于燃油緊缺對(duì)汽車(chē)油耗這一參數(shù)提 出了很高的要求，因此油耗儀作為其檢測(cè)設(shè)備也應(yīng)具有相應(yīng)的精度?，F(xiàn)有的油耗儀在出廠前通常只通過(guò)精密天平或者量筒對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。長(zhǎng)期以來(lái)，油耗儀在生產(chǎn)和使用過(guò)程中缺乏檢驗(yàn)裝置進(jìn)行全面有效檢定，導(dǎo)致油耗儀失準(zhǔn)，這是現(xiàn)有油耗儀質(zhì)量失控的主要原因。 1、我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)石油資源的需求激增，能源供需矛盾日益突出 據(jù)公安部交管局發(fā)布的數(shù)據(jù) (按上牌數(shù)來(lái)計(jì)算，這是最權(quán)威的數(shù)據(jù)了 )顯示，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已達(dá) 1.99 億輛，其中汽車(chē) 8500 多萬(wàn)輛，中國(guó)目前就汽車(chē)保有量已經(jīng)超過(guò) 7500 萬(wàn)輛左右的日本，僅次于擁有約 2.5 億輛的美國(guó) ，成為全球汽車(chē)保有量第二大國(guó)。而且我國(guó)還以每年新增機(jī)動(dòng)車(chē) 2000 多萬(wàn)輛的數(shù)量在增加。 2002 年中國(guó)有將近 2050萬(wàn)輛車(chē)，當(dāng)時(shí)中國(guó)每天大約消耗 540 萬(wàn)桶石油。而現(xiàn)在我們到底每天需要的石油消耗。根據(jù)國(guó)際能源組織的評(píng)估：僅中國(guó)自己就需要世界石油需求增長(zhǎng)的 40%，中國(guó)的能源消費(fèi)占全球的 10%，美國(guó)能源消費(fèi)是中國(guó)的兩倍，因此中國(guó)石油的消費(fèi)將增長(zhǎng) 7.6%，每天達(dá) 920 萬(wàn)桶。到 2015 年中國(guó)預(yù)計(jì)將每天消費(fèi)石油達(dá)到 1160 萬(wàn)桶。 由汽車(chē)消耗的燃料占我國(guó)燃料消耗總量的 40%左右。據(jù)預(yù)測(cè)到 2020 年車(chē)用燃油消耗為 3.05 億噸， 換算成原油將超過(guò) 5億噸，車(chē)用燃油成為我國(guó)新增石油消耗的主體。以中國(guó)的石油儲(chǔ)備量和 2008 年中國(guó)石油靜態(tài)消費(fèi)量計(jì)算，我國(guó)的石油儲(chǔ)備再過(guò) 10年將全部耗盡。如果想將之延長(zhǎng)到 20年，則 50%以上的車(chē)輛必須停止行駛。目前，包括歐盟、美國(guó)、日本、韓國(guó)等在內(nèi)的很多國(guó)家和地區(qū)都已經(jīng)根據(jù)各自國(guó)情實(shí)施了不同形式的汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)示制度，作為控制汽車(chē)二氧化碳排放和油耗的支柱措施之一。 由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和機(jī)動(dòng)車(chē)保有量急劇膨脹所引起的石油危機(jī)將在所難免，為此我國(guó)加快汽車(chē)節(jié)能管理體系的建立和完善。陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)： 輕型汽車(chē)燃油 消耗量試驗(yàn)方法于 2003 年出臺(tái)，解決了制造商在標(biāo)示汽車(chē)油耗值時(shí)的隨意性，必須按照統(tǒng)一的試驗(yàn)方法得到的數(shù)值來(lái)標(biāo)示。 乘用車(chē)燃料消耗量限值 GB19578-2004 于 2005 年 7 月 1 日實(shí)施。我國(guó)首次按車(chē)輛重量分組確定不同汽車(chē)應(yīng)該達(dá)到的燃料消耗量，實(shí)施后汽車(chē)廠商要通過(guò)產(chǎn)品文件和網(wǎng)絡(luò)等途徑向消費(fèi)者公示生產(chǎn)車(chē)型的燃料消耗量 ；對(duì)于新認(rèn)證車(chē)：第一階段的執(zhí)行日期為 2005 年 7月 1日，第二階段的執(zhí)行日期為 2008 年 1月 1 日；對(duì)于在生產(chǎn)車(chē)：第一階段的執(zhí)行日期為 2006 年 7月 1日，第二階段的執(zhí)行日期為 2009 年 1 月 1 日。從黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2012 年開(kāi)始實(shí)施第 3 階段，將把車(chē)型燃油消耗量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而取代原先按單車(chē)限制的評(píng)價(jià)方法。第 3 階段乘用車(chē)燃油消耗量限值標(biāo)準(zhǔn)將不再針對(duì)單車(chē)采用限值的燃油消耗量評(píng)價(jià)方法，而是從技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的角度上，以整車(chē)裝備質(zhì)量為特征參數(shù)，為各個(gè)不同的質(zhì)量段分別設(shè)定車(chē)型燃油消耗量目標(biāo)值。第 3 階段乘用車(chē)燃油消耗量限值標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是使我國(guó)乘用車(chē)燃油消耗量平均水平在 2006 年的基礎(chǔ)上下降 15%左右，到2015 年達(dá)到 7L/100km 的目標(biāo)。 輕型商用車(chē)燃料消耗量限值（ GB20997-2007）為我國(guó)的輕型商用車(chē)設(shè)定了兩個(gè)階段的燃油消 耗量限值：自 2008 年 2月 1日起，新認(rèn)證基本型車(chē)及其變型車(chē)應(yīng)符合第二階段限值要求；自 2009 年 1月 1日起，在 2008 年 2 月 1 日前認(rèn)證車(chē)型的在生產(chǎn)車(chē)及其變型車(chē)應(yīng)符合第一階段限值要求；自 2011 年 1 月 1 日起，適用于本標(biāo)準(zhǔn)的所有車(chē)輛應(yīng)符合第二階段限值要求。第二階段目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后，我國(guó)輕型商用車(chē)的平均燃油消耗量可望減少 10% 15%。 低速貨車(chē)燃料消耗量限值及測(cè)量方法（ GB21378-2008）于 6 月 1 日起實(shí)施。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)第一項(xiàng)限制低速貨車(chē)燃料消耗量的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。低速貨車(chē)是指最高設(shè)計(jì)時(shí)速不大于每小時(shí) 70 公里，最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不大于 4500 千克的貨運(yùn)車(chē)。 營(yíng)運(yùn)客車(chē)燃料消耗量限值及測(cè)量方法 JT 711 2008 規(guī)定營(yíng)運(yùn)汽油客車(chē)燃料消耗量限值在柴油客車(chē)燃料消耗量限值的基礎(chǔ)上相應(yīng)增加 15%。新投入的營(yíng)運(yùn)客車(chē)， 2008年 9月 1日起執(zhí)行第一階段限值； 2010 年 1 月 1日起執(zhí)行第二階段限值。 輕型汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)示管理規(guī)定規(guī)定從 2010 年 1月 1日起，所有最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量在 3500kg 以下的乘用車(chē)和輕型商用車(chē)在銷(xiāo)售時(shí)都必須粘貼汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)識(shí)并標(biāo)注由國(guó)家指定檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的市區(qū)、市郊、綜合三種工況 的燃料消耗量 ；消費(fèi)者可以根據(jù)購(gòu)車(chē)后的預(yù)期使用情況參照相應(yīng)的燃料消耗量選擇車(chē)輛。 2、油價(jià)不斷上漲，人們更加關(guān)注汽車(chē)油耗 ,廠家公布的油耗與實(shí)際差距很大 石油在 1998 年最低點(diǎn)每桶不足 10美元到 2008 年突破 140 美元每桶?，F(xiàn)在每桶石油價(jià)格是 105 美元，而我們中國(guó)每天需要 920 萬(wàn)桶石油。我們每天就石油一項(xiàng)每天需要 96600 萬(wàn)美元。雖然我們自己國(guó)家開(kāi)采石油可供應(yīng)一半市場(chǎng)需求。那我們國(guó)家每天也在石油這一項(xiàng)需要支出外匯 48300 萬(wàn)美元。而 2010 年我國(guó)新增 2000 萬(wàn)輛新車(chē)。這些車(chē)都會(huì)增加我們多少石油消耗？換而言之是 2010 年我們需要使用比 2009 年更多的外匯購(gòu)買(mǎi)石油！我們的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量，隨著這些年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，飛快的增長(zhǎng)。所以經(jīng)濟(jì)、節(jié)油型汽車(chē)就是目前眾多汽車(chē)廠家研究的對(duì)象。而許多汽車(chē)廠商也開(kāi)始推行自己的汽車(chē)百公里油耗。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 但是汽車(chē)廠商宣傳的百公里油耗，是在理想狀態(tài)下測(cè)出的最小油耗，以 60km/h等速或 90km/h 等速或 45km/h 等速測(cè)取。因此同類(lèi)型、同價(jià)位車(chē)型間無(wú)法進(jìn)行油耗對(duì)比。一輛排量 2.4L 的車(chē)，理論油耗為 6.2L/100km，而實(shí)際油耗卻高達(dá) 10L/100km 以上。實(shí)測(cè)綜合油耗與理論油耗相差的竟然如此之大。 因此 工業(yè)和信息化部公布輕型汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)示管理規(guī)定：針對(duì)總質(zhì)量在3.5t 以下的乘用車(chē)和輕型商用車(chē)，包括國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口車(chē)型，在銷(xiāo)售時(shí)必須粘貼汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)識(shí)，并標(biāo)注按照國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的市區(qū)、市郊、綜合三種工況的油耗量，并于 2010 年 1月 1日起施行。汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)示數(shù)據(jù)根據(jù) GB/T 19233-2008輕型汽車(chē)燃料消耗量試驗(yàn)方法測(cè)定。 輕型汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)示管理規(guī)定 ,標(biāo)志著統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的車(chē)輛真實(shí)油耗即將取代目前車(chē)廠所公布的油耗數(shù)據(jù)。新車(chē)將被強(qiáng)制要求在指定檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行燃料消耗量檢測(cè) ,以獲得統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下 的車(chē)輛真實(shí)油耗數(shù)據(jù)。這在消費(fèi)者對(duì)各種油耗值信任度下降的背景下 ,需要一個(gè)更專(zhuān)業(yè)、更權(quán)威的檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)正本清源。 3、汽車(chē)油耗關(guān)系到環(huán)保節(jié)能及汽車(chē)前沿技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 我們的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量，隨著這些年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，飛快的增長(zhǎng)。這些增長(zhǎng)潛在著消耗我們的外匯和我們的環(huán)境與身體健康。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，每千輛汽車(chē)每天排出一氧化碳約 3000kg，碳?xì)浠衔?200 400kg，氮氧化合物 50 150kg；美國(guó)洛杉磯市汽車(chē)等流動(dòng)污染源排放的污染物已占大氣污染物總量的 90%。汽車(chē)尾氣可謂大氣污染的“元兇”。 我們每年購(gòu)買(mǎi)石油使用的美元千億上 下！我們近 2 億輛機(jī)動(dòng)車(chē)，如果全部開(kāi)動(dòng)，那么一天就會(huì)排出一項(xiàng)一氧化碳就是 60 萬(wàn)噸。會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生多么大的影響？！石油每年消耗我們數(shù)千億美元、機(jī)動(dòng)車(chē)每天給我們呼吸的空氣中添加一氧化碳 60 萬(wàn)噸。所以我中國(guó)面臨著國(guó)內(nèi)的油田產(chǎn)量已經(jīng)嚴(yán)重滿(mǎn)足不了國(guó)家與人民群眾的需求、必須每年外購(gòu)千億美元的石油、使用石油帶來(lái)的嚴(yán)重的空氣污染、等等！這些嚴(yán)重的問(wèn)題 ，他迫切的要求我們對(duì)汽車(chē)燃油消耗進(jìn)行精確控制，達(dá)到節(jié)能減排的目的。 2004 年的產(chǎn)業(yè)政策，首次鮮明地提出國(guó)家引導(dǎo)和鼓勵(lì)發(fā)展節(jié)能環(huán)保型小排量汽車(chē)。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)要注重發(fā)展和 應(yīng)用新技術(shù)，提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，明確提出 2010 年前，乘用車(chē)新車(chē)平均油耗比 2003 年降低 15%以上。要依據(jù)有關(guān)節(jié)能方面技術(shù)規(guī)范的強(qiáng)制性要求，建立汽車(chē)油耗公示制度。 國(guó)家發(fā)改委等相關(guān)部門(mén)制定的乘用車(chē)類(lèi)汽車(chē)的節(jié)能目標(biāo)也與我國(guó)的石油資源狀況吻合 即通過(guò)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，使燃料消耗量年均下降 4%，到 2020 年共計(jì)下降 50%，也即 2020 年時(shí)乘用車(chē)的平均燃料消耗量達(dá)到 5L/100km，實(shí)現(xiàn)與國(guó)際水平的接黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 軌。 因此研究汽車(chē)油耗檢測(cè)方法，采用不同的油耗檢測(cè)方法適應(yīng)不同的檢測(cè)要求，具有重要意義。 1.5 本設(shè)計(jì)主要研究 內(nèi)容 我國(guó)對(duì)燃油消耗量的測(cè)量研究已取得一些成果。但是要提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，就要以燃油消耗量的準(zhǔn)確測(cè)量為前提?；诔暡夹g(shù)的燃油消耗檢測(cè)儀器可以有效提高這種測(cè)量的精度。 本文主要研究的內(nèi)容： （ 1）介紹基于超聲波技術(shù)的汽車(chē)油耗檢測(cè)技術(shù)理論；分析汽車(chē)油耗不同檢測(cè)方法的特點(diǎn)；設(shè)計(jì)本次油耗儀器的結(jié)構(gòu)； （ 2）確定基于超聲波技術(shù)的汽車(chē)油耗檢測(cè)的控制原理；設(shè)計(jì)建立汽車(chē)油耗檢測(cè)的數(shù)學(xué)模型； （ 3）設(shè)計(jì)汽車(chē)油耗檢測(cè)儀器的總體結(jié)構(gòu)和選擇硬件設(shè)備，并進(jìn)行系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)； （ 4）根據(jù)儀器功能要求和油耗檢測(cè)數(shù)學(xué)模型等進(jìn)行軟件 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，編寫(xiě)控制程序流程圖； （ 5）超聲波檢測(cè)儀器的外形設(shè)計(jì)； （ 6）超聲波換能器的夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 2 章 超聲波式燃油消耗檢測(cè)儀的原理及方案的確定 2.1 汽車(chē)油耗儀器的測(cè)量方法與分類(lèi) 汽車(chē)油耗檢測(cè)方法包括直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩類(lèi)。 2.1.1 直接測(cè)量法 直接測(cè)量法通過(guò)計(jì)量一定時(shí)間或里程內(nèi)汽車(chē)所消耗的燃油體積或質(zhì)量，得到汽車(chē)的燃油消耗量。包括容積法、質(zhì)量法（失重法）等。 該方法需要將油耗儀串入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供給系統(tǒng) ,存在著安全問(wèn)題 (汽油揮發(fā)造成污染和易燃 )；油耗儀串入到油路中會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的 供給和燃油消耗量的測(cè)試精度；同時(shí) ,油耗儀的安裝連接十分不便；安裝和測(cè)量過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)。 （ 1）容積法、質(zhì)量法油耗檢測(cè)原理 如圖 2.1 所示，系統(tǒng)采用流量傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，并將信號(hào)送給單片機(jī)處理，單片機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的控制程序得到不同要求和條件下的油耗量，通過(guò)顯示器或打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，還可通過(guò)通訊接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，擴(kuò)展系統(tǒng)功能。