2019年10月23日 | 基于LabVIEW的汽车燃油泵性能测试检测系统

摘要 针对汽车电动燃油泵手工检测操作不便，数据精度、效率低等问题，以某款汽车燃油泵为研究对象，研制一种基于LabVIEW环境和数据采集卡的汽车电动燃油泵性能测试系统。该系统通过NI—USB 6210数据采集卡采集燃油压力、燃油流量、油泵工作电压和工作电流等参数，以LabVIEW编制的上位机界面实现控制参数的设定、油泵性能评价、数据显示、存储、历史记录查询等功能。实验结果表明，该系统的测试时问较传统检测方法缩短了90%以上，燃油泵性能的测试精度和检测效率均有大幅提高。

电动燃油泵是汽车发动机燃油供给系统中的关键部件，其作用是提供足够的燃油压力和流量，满足发动机各种工况对燃油的要求。燃油泵性能的好坏直接影响发动机的工作性能，因而必须对燃油泵的输油性能进行检测。目前，国内电动燃油泵的种类较多，但性能检测技术却相对落后，主要采用人工读表检测和真空度法。

人工手动检测法的测量精度差、效率低、稳定性不高，不适合电动燃油泵大批量生产检测。而真空度法缺点是燃油泵容易过热损坏。因此，本文基于上述两种方法的缺点以及国内相关企业的实际需求设计了一种基于LabVIEW电动燃油泵自动化性能检测系统，经过功能验证，实现了电动燃油性能检测的快速、高精度检测和评价，满足了企业的实际需求。

1 测试系统方案

系统组成：作为图形化编程语言，LabVIEW使得系统功能扩展较为容易，功能更加多样，灵活友好。电动燃油泵检测系统是基于虚拟仪器技术，以计算机为核心，配以图形化编程语言和NI—USB 6210数据采集卡，该系统本身不带任何仪器面板，利用PC图形环境建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器控制、数据采集、数据分析和数据显示等。由分析可知，电动燃油泵属于被测对象，传感器用来检测出口背压、工作电流和工作流量，油泵的油压值通过分压法测量，伺服电机等执行机构用来控制管路内的球阀阀门开度，用以调节出口背压和流量的大小。数据采集卡有输入、输出功能，可以将数据传送到计算机，也可将计算机的指令传给执行机构等;计算机是检测系统的核心。文中基于虚拟仪器的设计思想，设计了电动燃油泵的测试系统。图1是电动燃油泵测试系统的整体结构图。

汽车电动燃油泵性能检测系统是基于多功能数据采集卡而开发的，主要测试不同工况下油泵的出口背压、工作流量、工作电流、泄压值这5个参数指标，然后通过比较标准值和测量值之间的误差来判断电动燃油泵的质量。

2 系统硬件设计

检测系统主要实现在燃油管里不同压力下，对油路的流量、燃油泵的电流和电压进行测量。根据系统实现的功能，硬件包括传感器的选择、调理电路的设计、伺服电机的选择及控制、数据采集卡的设计。

2.1 传感器的选择及调理电路

传感器和变换器的作用是将各种物理信号转换为DAQ系统可采集的电量信号。传感器和变换器输出信号不能直接被采集设备读取，需要进行放大滤波、隔离等调理后，送入数据采集设备进行数据采集。

压力传感器是将压力信号物理量转变成标准的电流值信号。该测试系统采用CYB13系列隔离式压力变送器，该传感器的抗干扰能力强、稳定性能。流量采集系统是将供油管路中的流量转换成电脉冲进行输出。本测试系统采用DigmesaFH型微量电磁流量计。此流量计计满988个脉冲即为1 L的流量，稳定性高、精度高。电流采集系统是将放大的电流转换成DAQ系统可以采集的小电流值。该测试系统采用RS-1212-14D1直流电流隔离变送器，能够对直流电流信号进行隔离检测，体积小、功耗低、精度高。电压采集系统通过电阻分压原理进行测量。利用一个10 kΩ和20 kΩ的精密电阻组成串联电路，该串联电路和油泵组成并联电路，利用电阻分压的原理，测得油泵的工作电压。信号调理电路是将传感器输出的电流信号转换成0～5 V的标准电压信号才能输入到数据采集卡，同时还要进行滤波和去除杂质处理。

2.2 电机的选择

汽车电动燃油泵的检测系统在使用步进电机控制球阀时，通过软件程序控制步进电机，调节阀门使燃油管的压力到0.3 MPa时，实测燃油管压力不能精确地控制在0.3 MPa;且步进电机在控制球阀的过程中会出现“丢步”现象;该检测系统安装伺服电机，通过软件程序精准的控制燃油管的压力，不会出现步进电机“丢步”现象。该检测系统在比较步进电机和伺服电机控制燃油管的基础上，选择伺服电机作为该检测系统的控制电机。

伺服电机在该检测系统的工作原理，电机控制球阀的方位、状态等输出。电机通过脉冲定位，接收1个脉冲，会旋转1个脉冲对应的角度，实现球阀转动;伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，均会发出对应数量的脉冲，形成闭环，通过闭环系统，发送指定脉冲给伺服电机，并确认收到相应脉冲，从而能精确控制电机的转动，实现球阀在燃油检测系统的精确定位。

2.3 数据采集硬件设置

该部分由计算机硬件和数据采集卡组成。数据采集卡NI USB 6210采集的数据通过总线传送到计算机中，计算机通过驱动程序、应用程序的编写完成软件对硬件的驱动。

3 系统软件设计

检测系统的软件采用图形化的语言LabVIEW编写，采用模块化的软件编程，将检测系统分为不同模块，主程序通过模式选择调用不同功能模块。程序设计流程图如图2所示。

根据用户需求，进入程序，选择相应的模块：

(1)若选择出厂检测模块，图3为操作界面，开始测试前先要进行各个测试点的参数设置，选择相应产品种类即可完成参数设置，若数据库中无相关产品的参数，点击添加新产品即可完成参数设置和数据库的更新。参数设置完成后，点击开始测试按钮，系统完成测试。若测试不满足要求可以重新测试，测试结果可保存在Excel表格中。 

(2)用户若检查历史数据，在主函数面板上点击出厂检测数据查询按钮，选择油泵的型号及测试的时间，显示历史数据。

(3)油泵新产品检测不同于油泵产品的出厂检测过程。对新产品的性能检测过程的目的是获取以下关系：1)在油泵供电电压一定的条件下，获得油泵出口背压和流量的关系。2)在油泵出口背压一定的条件下，获得油泵供电电压与电流的关系。

(4)新产品检测模块的历史查询与出厂检测界面一致，操作人员可根据测试名称查询历史数据。

4 试验验证与系统功能评价

为验证电动燃油泵的检测性能，在专业油泵声场企业惊醒测试试验。选用GYIP37—2A，GYIP38—16A，GYIP34—25这3种型号数百个合格及不合格的油泵产品进行系统的测试。

4.1 测试效率

取3种油泵各50个，同种油泵为一组，共3组，每组油泵分别通过电动燃油泵性能测试系统的人工测试方法进行测试，计算出每个电动燃油泵所需要的时间，统计出每种燃油泵所需测试时间的平均值。表1所示测试结果，该系统检测比人工检测效率有成倍的提高。

4.2 测试精度

利用同样分组测试方法进行测试，判断两种检测方法测试精度。表2为GYIP37—2A油泵的一组测试数据，可看出该测试系统的数据测试精度明显高于人工检测的精度。

4.3 检测系统的自动化程度

本测试系统可自动分析处理测得的数据，判断油泵的质量，将数据存储在计算机中。传统检测方法靠人工读取、记录、判断数据，误差大、效率低。与传统检测方法相比，本文开发的测试系统具有相当高的自动化程度。测试系统导出一定压力下的电压电流关系和一定电压下的压力流量关系曲线。

5 结束语

针对原有人工检测系统的不足，利用虚拟仪器和控制技术，设计了一款高度自动化、测试准确的控制系统，提高了系统的工作效率，节约了研发时间，降低了研发成本。

系统在功能上实现了动控制模式与自动控制模式之间的相互切换，使操作人员可以更加灵活的操作设备，传感器可准确的定位到每一个采样点，实现传感器检测过程的自动化，减少了人为影响，简化操作流程，提高系统的工作效率。在LabVIEW环境下构建的测试系统经过大量的实验测试，该系统工作稳定、操作简捷、通信正常;系统测试时间比传统检测方法缩短了90%以上。经实验表明，在LabVIEW环境下构建的测试系统，性能稳定、运行良好，可有效提高电动燃油泵的自动化水平，大幅减少测试过程中人员的工作量，为汽车电动燃油泵生产线实现智能化检测提供了帮助。