基于LabVIEW的汽車燃油泵性能測試檢測系統(tǒng)

摘要 針對汽車電動燃油泵手工檢測操作不便，數(shù)據(jù)精度、效率低等問題，以某款汽車燃油泵為研究對象，研制一種基于LabVIEW環(huán)境和數(shù)據(jù)采集卡的汽車電動燃油泵性能測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過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)界面實現(xiàn)控制參數(shù)的設(shè)定、油泵性能評價、數(shù)據(jù)顯示、存儲、歷史記錄查詢等功能。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的測試時問較傳統(tǒng)檢測方法縮短了90%以上，燃油泵性能的測試精度和檢測效率均有大幅提高。

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

電動燃油泵是汽車發(fā)動機(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)動機(jī)各種工況對燃油的要求。燃油泵性能的好壞直接影響發(fā)動機(jī)的工作性能，因而必須對燃油泵的輸油性能進(jìn)行檢測。目前，國內(nèi)電動燃油泵的種類較多，但性能檢測技術(shù)卻相對落后，主要采用人工讀表檢測和真空度法。

人工手動檢測法的測量精度差、效率低、穩(wěn)定性不高，不適合電動燃油泵大批量生產(chǎn)檢測。而真空度法缺點是燃油泵容易過熱損壞。因此，本文基于上述兩種方法的缺點以及國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的實際需求設(shè)計了一種基于LabVIEW電動燃油泵自動化性能檢測系統(tǒng)，經(jīng)過功能驗證，實現(xiàn)了電動燃油性能檢測的快速、高精度檢測和評價，滿足了企業(yè)的實際需求。

1 測試系統(tǒng)方案

系統(tǒng)組成：作為圖形化編程語言，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。電動燃油泵檢測系統(tǒng)是基于虛擬儀器技術(shù)，以計算機(jī)為核心，配以圖形化編程語言和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，電動燃油泵屬于被測對象，傳感器用來檢測出口背壓、工作電流和工作流量，油泵的油壓值通過分壓法測量，伺服電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來控制管路內(nèi)的球閥閥門開度，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)傳送到計算機(jī)，也可將計算機(jī)的指令傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)等;計算機(jī)是檢測系統(tǒng)的核心。文中基于虛擬儀器的設(shè)計思想，設(shè)計了電動燃油泵的測試系統(tǒng)。圖1是電動燃油泵測試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。

汽車電動燃油泵性能檢測系統(tǒng)是基于多功能數(shù)據(jù)采集卡而開發(fā)的，主要測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個參數(shù)指標(biāo)，然后通過比較標(biāo)準(zhǔn)值和測量值之間的誤差來判斷電動燃油泵的質(zhì)量。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

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轉(zhuǎn)換為DAQ系統(tǒng)可采集的電量信號。傳感器和變換器輸出信號不能直接被采集設(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物理量轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流值信號。該測試系統(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。本測試系統(tǒng)采用DigmesaFH型微量電磁流量計。此流量計計滿988個脈沖即為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绷麟娏餍盘栠M(jìn)行隔離檢測，體積小、功耗低、精度高。電壓采集系統(tǒng)通過電阻分壓原理進(jìn)行測量。利用一個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，測得油泵的工作電壓。信號調(diào)理電路是將傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成0～5 V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號才能輸入到數(shù)據(jù)采集卡，同時還要進(jìn)行濾波和去除雜質(zhì)處理。

2.2 電機(jī)的選擇

汽車電動燃油泵的檢測系統(tǒng)在使用步進(jìn)電機(jī)控制球閥時，通過軟件程序控制步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)閥門使燃油管的壓力到0.3 MPa時，實測燃油管壓力不能精確地控制在0.3 MPa;且步進(jìn)電機(jī)在控制球閥的過程中會出現(xiàn)“丟步”現(xiàn)象;該檢測系統(tǒng)安裝伺服電機(jī)，通過軟件程序精準(zhǔn)的控制燃油管的壓力，不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)“丟步”現(xiàn)象。該檢測系統(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)作為該檢測系統(tǒng)的控制電機(jī)。

伺服電機(jī)在該檢測系統(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)通過脈沖定位，接收1個脈沖，會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，實現(xiàn)球閥轉(zhuǎn)動;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)一個角度，均會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，形成閉環(huán)，通過閉環(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，實現(xiàn)球閥在燃油檢測系統(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)通過總線傳送到計算機(jī)中，計算機(jī)通過驅(qū)動程序、應(yīng)用程序的編寫完成軟件對硬件的驅(qū)動。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

根據(jù)用戶需求，進(jìn)入程序，選擇相應(yīng)的模塊：

(1)若選擇出廠檢測模塊，圖3為操作界面，開始測試前先要進(jìn)行各個測試點的參數(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)庫中無相關(guān)產(chǎn)品的參數(shù)，點擊添加新產(chǎn)品即可完成參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)庫的更新。參數(shù)設(shè)置完成后，點擊開始測試按鈕，系統(tǒng)完成測試。若測試不滿足要求可以重新測試，測試結(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)面板上點擊出廠檢測數(shù)據(jù)查詢按鈕，選擇油泵的型號及測試的時間，顯示歷史數(shù)據(jù)。

(3)油泵新產(chǎn)品檢測不同于油泵產(chǎn)品的出廠檢測過程。對新產(chǎn)品的性能檢測過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)品檢測模塊的歷史查詢與出廠檢測界面一致，操作人員可根據(jù)測試名稱查詢歷史數(shù)據(jù)。

4 試驗驗證與系統(tǒng)功能評價

為驗證電動燃油泵的檢測性能，在專業(yè)油泵聲場企業(yè)驚醒測試試驗。選用GYIP37—2A，GYIP38—16A，GYIP34—25這3種型號數(shù)百個合格及不合格的油泵產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)的測試。

4.1 測試效率

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

4.2 測試精度

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

4.3 檢測系統(tǒng)的自動化程度

本測試系統(tǒng)可自動分析處理測得的數(shù)據(jù)，判斷油泵的質(zhì)量，將數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)中。傳統(tǒng)檢測方法靠人工讀取、記錄、判斷數(shù)據(jù)，誤差大、效率低。與傳統(tǒng)檢測方法相比，本文開發(fā)的測試系統(tǒng)具有相當(dāng)高的自動化程度。測試系統(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

針對原有人工檢測系統(tǒng)的不足，利用虛擬儀器和控制技術(shù)，設(shè)計了一款高度自動化、測試準(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)時間，降低了研發(fā)成本。

系統(tǒng)在功能上實現(xiàn)了動控制模式與自動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)確的定位到每一個采樣點，實現(xiàn)傳感器檢測過程的自動化，減少了人為影響，簡化操作流程，提高系統(tǒng)的工作效率。在LabVIEW環(huán)境下構(gòu)建的測試系統(tǒng)經(jīng)過大量的實驗測試，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作簡捷、通信正常;系統(tǒng)測試時間比傳統(tǒng)檢測方法縮短了90%以上。經(jīng)實驗表明，在LabVIEW環(huán)境下構(gòu)建的測試系統(tǒng)，性能穩(wěn)定、運(yùn)行良好，可有效提高電動燃油泵的自動化水平，大幅減少測試過程中人員的工作量，為汽車電動燃油泵生產(chǎn)線實現(xiàn)智能化檢測提供了幫助。