摘要 針對(duì)汽車電動(dòng)燃油泵手工檢測(cè)操作不便，數(shù)據(jù)精度、效率低等問(wèn)題，以某款汽車燃油泵為研究對(duì)象，研制一種基于LabVIEW環(huán)境和數(shù)據(jù)采集卡的汽車電動(dòng)燃油泵性能測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)NI—USB 6210數(shù)據(jù)采集卡采集燃油壓力、燃油流量、油泵工作電壓和工作電流等參數(shù)，以LabVIEW編制的上位機(jī)界面實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的設(shè)定、油泵性能評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、歷史記錄查詢等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)的測(cè)試時(shí)問(wèn)較傳統(tǒng)檢測(cè)方法縮短了90%以上，燃油泵性能的測(cè)試精度和檢測(cè)效率均有大幅提高。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集卡;燃油泵;LabVIEW;性能評(píng)價(jià)

電動(dòng)燃油泵是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其作用是提供足夠的燃油壓力和流量，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況對(duì)燃油的要求。燃油泵性能的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，因而必須對(duì)燃油泵的輸油性能進(jìn)行檢測(cè)。目前，國(guó)內(nèi)電動(dòng)燃油泵的種類較多，但性能檢測(cè)技術(shù)卻相對(duì)落后，主要采用人工讀表檢測(cè)和真空度法。

人工手動(dòng)檢測(cè)法的測(cè)量精度差、效率低、穩(wěn)定性不高，不適合電動(dòng)燃油泵大批量生產(chǎn)檢測(cè)。而真空度法缺點(diǎn)是燃油泵容易過(guò)熱損壞。因此，本文基于上述兩種方法的缺點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的實(shí)際需求設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW電動(dòng)燃油泵自動(dòng)化性能檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)功能驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)燃油性能檢測(cè)的快速、高精度檢測(cè)和評(píng)價(jià)，滿足了企業(yè)的實(shí)際需求。

1 測(cè)試系統(tǒng)方案

系統(tǒng)組成：作為圖形化編程語(yǔ)言，LabVIEW使得系統(tǒng)功能擴(kuò)展較為容易，功能更加多樣，靈活友好。電動(dòng)燃油泵檢測(cè)系統(tǒng)是基于虛擬儀器技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為核心，配以圖形化編程語(yǔ)言和NI—USB 6210數(shù)據(jù)采集卡，該系統(tǒng)本身不帶任何儀器面板，利用PC圖形環(huán)境建立圖形化的虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等。由分析可知，電動(dòng)燃油泵屬于被測(cè)對(duì)象，傳感器用來(lái)檢測(cè)出口背壓、工作電流和工作流量，油泵的油壓值通過(guò)分壓法測(cè)量，伺服電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來(lái)控制管路內(nèi)的球閥閥門開(kāi)度，用以調(diào)節(jié)出口背壓和流量的大小。數(shù)據(jù)采集卡有輸入、輸出功能，可以將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，也可將計(jì)算機(jī)的指令傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)等;計(jì)算機(jī)是檢測(cè)系統(tǒng)的核心。文中基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了電動(dòng)燃油泵的測(cè)試系統(tǒng)。圖1是電動(dòng)燃油泵測(cè)試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。

汽車電動(dòng)燃油泵性能檢測(cè)系統(tǒng)是基于多功能數(shù)據(jù)采集卡而開(kāi)發(fā)的，主要測(cè)試不同工況下油泵的出口背壓、工作流量、工作電流、泄壓值這5個(gè)參數(shù)指標(biāo)，然后通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)值和測(cè)量值之間的誤差來(lái)判斷電動(dòng)燃油泵的質(zhì)量。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)在燃油管里不同壓力下，對(duì)油路的流量、燃油泵的電流和電壓進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，硬件包括傳感器的選擇、調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、伺服電機(jī)的選擇及控制、數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)。

2.1 傳感器的選擇及調(diào)理電路

傳感器和變換器的作用是將各種物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為DAQ系統(tǒng)可采集的電量信號(hào)。傳感器和變換器輸出信號(hào)不能直接被采集設(shè)備讀取，需要進(jìn)行放大濾波、隔離等調(diào)理后，送入數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

壓力傳感器是將壓力信號(hào)物理量轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流值信號(hào)。該測(cè)試系統(tǒng)采用CYB13系列隔離式壓力變送器，該傳感器的抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性能。流量采集系統(tǒng)是將供油管路中的流量轉(zhuǎn)換成電脈沖進(jìn)行輸出。本測(cè)試系統(tǒng)采用DigmesaFH型微量電磁流量計(jì)。此流量計(jì)計(jì)滿988個(gè)脈沖即為1 L的流量，穩(wěn)定性高、精度高。電流采集系統(tǒng)是將放大的電流轉(zhuǎn)換成DAQ系統(tǒng)可以采集的小電流值。該測(cè)試系統(tǒng)采用RS-1212-14D1直流電流隔離變送器，能夠?qū)χ绷麟娏餍盘?hào)進(jìn)行隔離檢測(cè)，體積小、功耗低、精度高。電壓采集系統(tǒng)通過(guò)電阻分壓原理進(jìn)行測(cè)量。利用一個(gè)10 kΩ和20 kΩ的精密電阻組成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路和油泵組成并聯(lián)電路，利用電阻分壓的原理，測(cè)得油泵的工作電壓。信號(hào)調(diào)理電路是將傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5 V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)才能輸入到數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)還要進(jìn)行濾波和去除雜質(zhì)處理。

2.2 電機(jī)的選擇

汽車電動(dòng)燃油泵的檢測(cè)系統(tǒng)在使用步進(jìn)電機(jī)控制球閥時(shí)，通過(guò)軟件程序控制步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)閥門使燃油管的壓力到0.3 MPa時(shí)，實(shí)測(cè)燃油管壓力不能精確地控制在0.3 MPa;且步進(jìn)電機(jī)在控制球閥的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)“丟步”現(xiàn)象;該檢測(cè)系統(tǒng)安裝伺服電機(jī)，通過(guò)軟件程序精準(zhǔn)的控制燃油管的壓力，不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)“丟步”現(xiàn)象。該檢測(cè)系統(tǒng)在比較步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)控制燃油管的基礎(chǔ)上，選擇伺服電機(jī)作為該檢測(cè)系統(tǒng)的控制電機(jī)。

伺服電機(jī)在該檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理，電機(jī)控制球閥的方位、狀態(tài)等輸出。電機(jī)通過(guò)脈沖定位，接收1個(gè)脈沖，會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，實(shí)現(xiàn)球閥轉(zhuǎn)動(dòng);伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，均會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，形成閉環(huán)，通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)，發(fā)送指定脈沖給伺服電機(jī)，并確認(rèn)收到相應(yīng)脈沖，從而能精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)球閥在燃油檢測(cè)系統(tǒng)的精確定位。

2.3 數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)置

該部分由計(jì)算機(jī)硬件和數(shù)據(jù)采集卡組成。數(shù)據(jù)采集卡NI USB 6210采集的數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳送到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序的編寫(xiě)完成軟件對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)的軟件采用圖形化的語(yǔ)言LabVIEW編寫(xiě)，采用模塊化的軟件編程，將檢測(cè)系統(tǒng)分為不同模塊，主程序通過(guò)模式選擇調(diào)用不同功能模塊。程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

根據(jù)用戶需求，進(jìn)入程序，選擇相應(yīng)的模塊：

(1)若選擇出廠檢測(cè)模塊，圖3為操作界面，開(kāi)始測(cè)試前先要進(jìn)行各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置，選擇相應(yīng)產(chǎn)品種類即可完成參數(shù)設(shè)置，若數(shù)據(jù)庫(kù)中無(wú)相關(guān)產(chǎn)品的參數(shù)，點(diǎn)擊添加新產(chǎn)品即可完成參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)庫(kù)的更新。參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊開(kāi)始測(cè)試按鈕，系統(tǒng)完成測(cè)試。若測(cè)試不滿足要求可以重新測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可保存在Excel表格中。[!--empirenews.page--]

(2)用戶若檢查歷史數(shù)據(jù)，在主函數(shù)面板上點(diǎn)擊出廠檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢按鈕，選擇油泵的型號(hào)及測(cè)試的時(shí)間，顯示歷史數(shù)據(jù)。

(3)油泵新產(chǎn)品檢測(cè)不同于油泵產(chǎn)品的出廠檢測(cè)過(guò)程。對(duì)新產(chǎn)品的性能檢測(cè)過(guò)程的目的是獲取以下關(guān)系：1)在油泵供電電壓一定的條件下，獲得油泵出口背壓和流量的關(guān)系。2)在油泵出口背壓一定的條件下，獲得油泵供電電壓與電流的關(guān)系。

(4)新產(chǎn)品檢測(cè)模塊的歷史查詢與出廠檢測(cè)界面一致，操作人員可根據(jù)測(cè)試名稱查詢歷史數(shù)據(jù)。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證與系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證電動(dòng)燃油泵的檢測(cè)性能，在專業(yè)油泵聲場(chǎng)企業(yè)驚醒測(cè)試試驗(yàn)。選用GYIP37—2A，GYIP38—16A，GYIP34—25這3種型號(hào)數(shù)百個(gè)合格及不合格的油泵產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試。

4.1 測(cè)試效率

取3種油泵各50個(gè)，同種油泵為一組，共3組，每組油泵分別通過(guò)電動(dòng)燃油泵性能測(cè)試系統(tǒng)的人工測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算出每個(gè)電動(dòng)燃油泵所需要的時(shí)間，統(tǒng)計(jì)出每種燃油泵所需測(cè)試時(shí)間的平均值。表1所示測(cè)試結(jié)果，該系統(tǒng)檢測(cè)比人工檢測(cè)效率有成倍的提高。

4.2 測(cè)試精度

利用同樣分組測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，判斷兩種檢測(cè)方法測(cè)試精度。表2為GYIP37—2A油泵的一組測(cè)試數(shù)據(jù)，可看出該測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測(cè)試精度明顯高于人工檢測(cè)的精度。

4.3 檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度

本測(cè)試系統(tǒng)可自動(dòng)分析處理測(cè)得的數(shù)據(jù)，判斷油泵的質(zhì)量，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。傳統(tǒng)檢測(cè)方法靠人工讀取、記錄、判斷數(shù)據(jù)，誤差大、效率低。與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，本文開(kāi)發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)具有相當(dāng)高的自動(dòng)化程度。測(cè)試系統(tǒng)導(dǎo)出一定壓力下的電壓電流關(guān)系和一定電壓下的壓力流量關(guān)系曲線。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)原有人工檢測(cè)系統(tǒng)的不足，利用虛擬儀器和控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款高度自動(dòng)化、測(cè)試準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的工作效率，節(jié)約了研發(fā)時(shí)間，降低了研發(fā)成本。

系統(tǒng)在功能上實(shí)現(xiàn)了動(dòng)控制模式與自動(dòng)控制模式之間的相互切換，使操作人員可以更加靈活的操作設(shè)備，傳感器可準(zhǔn)確的定位到每一個(gè)采樣點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)傳感器檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化，減少了人為影響，簡(jiǎn)化操作流程，提高系統(tǒng)的工作效率。在LabVIEW環(huán)境下構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)捷、通信正常;系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間比傳統(tǒng)檢測(cè)方法縮短了90%以上。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，在LabVIEW環(huán)境下構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)，性能穩(wěn)定、運(yùn)行良好，可有效提高電動(dòng)燃油泵的自動(dòng)化水平，大幅減少測(cè)試過(guò)程中人員的工作量，為汽車電動(dòng)燃油泵生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)提供了幫助。