基于LabVIEW的汽車(chē)燃油泵性能測(cè)試檢測(cè)系統(tǒng)

基于LabVIEW的汽車(chē)燃油泵性能測(cè)試檢測(cè)系統(tǒng)

孫猛,張振東

(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,上海200093)

摘要針對(duì)汽車(chē)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(chē)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(chē)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L(fǎng)abVIEW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(xún)等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)的測(cè)試時(shí)間較傳統(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)

收稿日期:2015-04-23

基金項(xiàng)目:上海市教委科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目(06ZZ37)

作者簡(jiǎn)介:孫猛(1989—),男,碩士研究生。研究方向:汽車(chē)電子檢測(cè)技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制。E-mail:sm2216q@163.com。張振東(1968—),男,教授,博士生導(dǎo)師。研究方向:汽車(chē)電子控制技術(shù)。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.12.020

中圖分類(lèi)號(hào)TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

Automotive Oil Pump Performance Testing System Based on LabVIEW

SUN Meng,ZHANG Zhendong

(School of Mechanical Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

AbstractA set of oil pump performance testing system based on automotive oil pump is designed for the problems of complex operations,data inaccuracy and low efficiency in the handle testing of oil pump.With the help of LabVIEW environment and data acquisition card,this testing system tests the automobile oil pump performance with NI-USB 6210 data acquisition card to collect fuel pressure,fuel flow,pump working voltage and current parameters.PC interface is compiled by LabVIEW to realize the control parameters setting,pump performance evaluation,data display,storage,query and other functions based on historical records.The experimental results show that the testing time of this system is reduced by 90% with dramatically improved accuracy and efficiency compared with the traditional test method.

Keywordsbata acquisition card;oil pump;LabVIEW;performance evaluation

電動(dòng)燃油泵是汽車(chē)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(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況對(duì)燃油的要求[1-2]。燃油泵性能的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能[3],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(lèi)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[4-5]。

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(mǎn)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[6-7]。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(mén)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。

圖1　是電動(dòng)燃油泵測(cè)試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

汽車(chē)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(mǎn)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(chē)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(mén)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(xiàn)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L(fǎng)abVIEW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。

圖2　程序設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)用戶(hù)需求,進(jìn)入程序,選擇相應(yīng)的模塊:

(1)若選擇出廠(chǎng)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(lèi)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(mǎn)足要求可以重新測(cè)試,測(cè)試結(jié)果可保存在Excel表格中。

(2)用戶(hù)若檢查歷史數(shù)據(jù),在主函數(shù)面板上點(diǎn)擊出廠(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢(xún)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)。

圖3　電動(dòng)燃油泵的出廠(chǎng)性能檢測(cè)界面

(3)油泵新產(chǎn)品檢測(cè)不同于油泵產(chǎn)品的出廠(chǎng)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[8-9]: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。

圖4　油泵出廠(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)程序查詢(xún)界面

(4)新產(chǎn)品檢測(cè)模塊的歷史查詢(xún)與出廠(chǎng)檢測(cè)界面一致,操作人員可根據(jù)測(cè)試名稱(chēng)查詢(xún)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(zhuān)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。

表1　檢測(cè)時(shí)間對(duì)比

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。

表2　GYIP37-2A油泵的一組測(cè)試數(shù)據(jù)

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(xiàn)。

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(chē)電動(dòng)燃油泵生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)提供了幫助。

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