CN106640466A - 电子燃油泵转速测速系统及其测速方法 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种电子燃油泵转速测速系统，包括：压力传感器，测量获得电子燃油泵出油口压力变化时域曲线；滤波器，根据电子燃油泵压力变化时域曲线滤波，去除直流分量对应压力保留交流分量对应压力，获得压力变化时域正弦曲线，该压力变化时域正弦曲线峰值或谷值即表达压力的最大波动幅值；转速计算设备，计算获得压力波动最大幅值的有效值即压力脉动；将所述压力变化时域曲线变换获得压力脉动频域曲线，根据一阶压力脉动的频率幅值获得相对应的一阶压力脉动频率，利用一阶压力脉动频率计算得到燃油泵转速。本发明还提供一种电子燃油泵转速测速方法。本发明的子燃油泵转速测速系统/方法测速不受周围设备干扰，测速快速准确。

Description

电子燃油泵转速测速系统及其测速方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种电子燃油泵转速测速系统。本发明还涉及一种电子燃油泵转速测速方法。
背景技术
电子燃油泵是汽车配件行业的专业术语。是电喷汽车燃油喷射系统的基本组成之一。电子燃油泵作用是把燃油从燃油箱中吸出、加压后输送到供油管中，和燃油压力调节器配合建立一定的燃油压力。当电子燃油泵转子盘旋转时，滚子被离心力向外压，像旋转的油封一样，转子旋转，泵起作用，从进油口吸入燃油，并把燃油从出油口压入燃油系统。
叶轮式电子燃油泵电机部分由定子磁钢和转子电枢组成，通常电枢换向器为8瓣，其中换向器的对瓣分别通过与碳刷的连接实现电路的导通，从而受磁场的作用旋转，同时带动叶轮旋转，最终实现燃油的传输。因此在叶轮旋过程中，转速是一个非常重要的物理量，转速在很大程度上影响了电子燃油泵的输油特性，必须要准确地测量。
目前，本领域常用的转速测量方法有两种：
一、使用轮速传感器，轮速传感器是利用霍尔效应原理来间接得到转子电枢的转速。
二、使用电流法测量转速，通过电流信号波形图来计算出燃油泵电枢的转速。目前各燃油泵厂普遍采用该方法来计算出燃油泵电枢的转速。电流法测量转速实际上是通过对电枢的换向器在换向时产生的电流时域波形图进行频域转换，然后得到电流的一阶频率f1，最后换算得到电枢的转速。常用的电枢换向器有6瓣和8瓣两种，对于8瓣换向器的电枢，可以通过公式转速Rpm＝8*60*f1即可得到电枢每分钟的转速。
上述燃油泵电枢转速计算方法，存在以下缺点：
一、轮速传感器法：
1、需要购买轮速传感器及相应的硬件设备，成本较高；
2、测试时轮速传感器必须放置到距离燃油泵轴向、径向一定范围内的位置，测试受条件限，适用范围有限。
3、由于燃油泵的泵体外壳为金属件，某些燃油泵的支撑罩部位还有减少电磁辐射的金属屏蔽帽，因此燃油泵内部的电磁信号被极大地削弱，导致转速传感器能获取到的信号比较微弱，最终影响到实际测量的准确性。
二、电流法测量转速法：
燃油泵的电流信号受多重因素的影响，可能都会导致转速计算不准确的情况，主要包括以下几种：
1、燃油泵换向系统的影响。如碳刷或电枢换向器表面的外观状态，换向器瓣与瓣之间的高度差，换向器瓣与瓣之间的换向间隙，这些都会影响电流波形图，造成测量不准确；
2、设备电源的影响。因为电压、电流信号都来自于测试台的直流稳压电源，因此直流稳压电源的稳定性也会影响电流信号的获取，影响电流波形图，造成测量不准确；
3、燃油泵工作时是一个复杂的动态过程，除了转子电枢的运动外，还有燃油的流体冲击，因此负载存在周期性的变化，导致电流波形图必然出现一些周期性的跳动影响转速测量的精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快速准确的电子燃油泵转速测速系统以及一种电子燃油泵转速测速系统。本发明电子燃油泵转速测速系统/方法测速不受周围设备干扰，结构简单，制造成本较低，测速快速准确。
为解决上述技术问题，本发明提供的电子燃油泵转速测速系统，包括：压力传感器、滤波器和转速计算设备；
压力传感器，其设置在电子燃油泵出油口，测量获得电子燃油泵出油口压力变化时域曲线；
滤波器，根据电子燃油泵压力变化时域曲线滤波，去除直流分量对应压力保留交流分量对应压力，获得压力变化时域正弦曲线，该压力变化时域正弦曲线峰值或谷值即表达压力的最大波动幅值Pmax；
转速计算设备，计算获得压力波动最大幅值Pmax的有效值Rms，该有效值Rms即是压力脉动DP，DP＝Rms＝0.707×Pmax；将所述压力变化时域曲线变换获得压力脉动频域曲线，根据一阶压力脉动的频率幅值获得相对应的一阶压力脉动频率，利用一阶压力脉动频率计算得到电子燃油泵转速；Rpm＝f×60,Rpm是电子燃油泵转速,f是一阶压力脉动频率。
进一步改进，压力传感器距离电子燃油泵出油口5CM～20CM。这样设置压力传感器为了使压力传感器采集到电子燃油泵泵腔内部真实压力的压力信号，压力传感器必须尽可能地靠近电子燃油泵出油口，另外考虑到压力传感器的安装距离和必需的管路连接距离，所以压力传感器距离电子燃油泵出油口5～20CM最佳。
进一步改进，电子燃油泵出油口与压力传感器之间为无支路、无变径和无阻挡的燃油管路。这样设置电子燃油泵出油口与压力传感器之间的管理能保证电子燃油泵出油口与压力传感器之间无压力损失，使压力传感器采集到最为接近电子燃油泵泵腔内部真实压力的压力信号。
进一步改进，压力传感器后续具有预留燃油管路。
进一步改进，所述预留燃油管路长度为至少2米。预留燃油管路长度为至少2米保证压力传感器之后的管路中不会产生可能会影响压力传感器处压力信号的流体冲击和波动，使压力传感器采集到最为接近电子燃油泵泵腔内部真实压力的压力信号。
其中，压力变化时域曲线采用傅里叶变换获得压力脉动频域曲线。
其中，所述转速计算设备为MCU或计算机。
本发明提供一种电子燃油泵转速测速方法，包括：
1)测量获得电子燃油泵出油口压力变化时域曲线；
2)根据压力变化时域曲线滤波，去除直流分量对应压力保留交流分量对应压力，获得压力变化时域正弦曲线，该压力变化时域正弦曲线峰值或谷值即表达压力的最大波动幅值Pmax；
3)计算获得压力波动最大幅值Pmax的有效值Rms，该有效值Rms即是压力脉动DP，DP＝0.707×Pmax；
4)将所述压力变化时域曲线变换获得压力脉动频域曲线，根据一阶压力脉动的频率幅值获得相对应的一阶压力脉动频率；
5)利用一阶压力脉动频率计算得到电子燃油泵转速；Rpm＝f×60,Rpm是电子燃油泵转速,f是一阶压力脉动频率。
其中，步骤4)中，压力变化时域曲线采用傅里叶变换获得压力脉动频域曲线。
针对电子燃油泵的结构特性和输油特性，发明提出针对电子燃油泵可靠的电枢转速计算方法：即使用压力脉动的频谱图来计算油泵电枢的转速。
本发明原理如下：电子燃油泵在输油过程中，输出的燃油压力不是恒定的，而会随时间在某一个范围内波动。油泵的压力脉动就是反应这个波动大小的物理量，将油泵的压力波动经过滤波，保留其波动的正弦曲线部分，该正弦曲线的有效值Rms就是油泵的压力脉动DP。
燃油泵的压力脉动DP会随着时间周期性变化，压力脉动DP反映了燃油泵输出燃油的稳定性，燃油泵的压力脉动DP越小，则燃油泵的输油性能越稳定，但对于燃油泵而言，压力脉动DP是永远存在的。因为燃油泵叶轮在转子电枢的带动作用下旋转时，叶轮叶辐和两侧进油板、出油板油槽结构会分别在叶轮两侧建立起高压区和低压区，使叶轮产生振荡摆动旋转，并引起燃油的周期性压力变化。而且由于燃油泵在运转过程中转子电枢会周期性换向，感应磁场也会周期性变化，所以燃油的压力脉动DP会随之发生周期性变化。
压力脉动DP的测试不需要增加额外的测量仪器，在燃油泵的常规性能测试过程中，压力传感器会输出油泵出油口附近的压力变化时域曲线，利用压力时域曲线，经过滤波，去除直流分量，保留正弦部分，就可以计算得到油泵的压力脉动DP，如果再对经过滤波的压力时域曲线经过傅里叶变换，就可以得到燃油泵压力脉动的频域曲线，同时就可以得到压力脉动DP各个阶次的数值，继而就可以根据一阶压力脉动算出转子电枢的转速。
本发明利用电子燃油泵叶轮的工作原理和输油特性，从与转速强相关的重要物理量压力脉动DP数据入手，最终得到转速数值。本发明通过压力脉动DP得到的转速不受燃油泵及测试设备中众多电磁器件的干扰，因此结果更稳定、更可靠、更便捷，可以提高燃油泵转速测试的效率和准确度。
本发明的技术方案相比轮速传感器法，能直接节省测试所需要设备，比如：传感器及相应放大器、软件，进而降低电子燃油泵转速测速成本。同时，也节省了传感器安装、调试、校验等的成本，也不需要再耗费时间来调节传感器的位置，减少了测试的所需时间，减少工作人员安装调试设备所需时间提高了测试效率和测试人员的体验。采用本发明的技术方案，以每天约测试30个燃油泵为例，按照每次测试节省1分钟计算，每年能节省约30个/天*1/60小时/个*360天＝180小时。本发明的技术方案相比轮速传感器法，节省费用为30000RMB(设备费用)，可节省工时为180小时/年。
本发明的技术方案相比利用电流法测量转速，可以避免电流法测试结果异常导致的重复性测试，节省了测试时间，提高了测试效率。目前，使用电流法测量转速有时会因为设备电源等前述影响因素(背景技术部分)出现需要多次重复测试才能得到准确转速的情况，因此测试效率和准确性都较低，经常会出现测试员记录到错误测试结果的情况。以每天5个油泵需要重复测试2次来计算为例，每个油泵测试至少耗时5分钟。因此，利用本发明的技术方案每年能节省工时为：5个/天*2次*5/60小时/次/个*360天＝300小时。本方法可节省工时为300小时/年。同时能有效避免测量结果出错的情况，提高测速准确率和测速效率。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明电子燃油泵转速测速系统整体结构示意图。
图2是压力变化时域曲线示意图。
图3是图2滤波后获得的压力变化时域正弦曲线示意图。
图4是图2进行傅里叶变换获得的压力脉动频域曲线示意图。
图5是本发明电子燃油泵转速测速方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明电子燃油泵转速测速系统一实施例，包括：压力传感器、滤波器和转速计算设备；
压力传感器，其设置在电子燃油泵出油口，测量获得电子燃油泵出油口压力变化时域曲线；油口压力变化时域曲线参考图2所示。
滤波器，根据电子燃油泵压力变化时域曲线滤波，去除直流分量对应压力保留交流分量对应压力，获得压力变化时域正弦曲线，该压力变化时域正弦曲线峰值或谷值即表达压力的最大波动幅值Pmax；压力变化时域正弦曲线参考图3所示。
转速计算设备，计算获得压力波动最大幅值Pmax的有效值Rms，该有效值Rms即是压力脉动DP，DP＝Rms＝0.707×Pmax；将所述压力变化时域曲线变换获得压力脉动频域曲线，根据一阶压力脉动的频率幅值获得相对应的一阶压力脉动频率，利用一阶压力脉动频率计算得到电子燃油泵转速；Rpm＝f×60,Rpm是电子燃油泵转速,f是一阶压力脉动频率；压力脉动频域曲线参考图4所示。
进一步改进，压力传感器距离电子燃油泵出油口5CM～20CM，优选为5CM、10CM、15CM或20CM。
进一步改进，电子燃油泵出油口与压力传感器之间为无支路、无变径和无阻挡的燃油管路。即要求电子燃油泵出油口与压力传感器之间的管路对压力无影响。
进一步改进，压力传感器后续具有预留燃油管路，本实施例中所述预留燃油管路长度为2米，预留2米以上的管路效果更优。
其中，压力变化时域曲线采用傅里叶变换获得压力脉动频域曲线。
其中，所述转速计算设备为MCU或计算机。
如图5所示，本发明提供一种电子燃油泵转速测速方法，包括：
1)测量获得电子燃油泵出油口压力变化时域曲线；
2)根据压力变化时域曲线滤波，去除直流分量对应压力保留交流分量对应压力，获得压力变化时域正弦曲线，该压力变化时域正弦曲线峰值或谷值即表达压力的最大波动幅值Pmax；
3)计算获得压力波动最大幅值Pmax的有效值Rms，该有效值Rms即是压力脉动DP，DP＝0.707×Pmax；
4)将所述压力变化时域曲线变换获得压力脉动频域曲线，根据一阶压力脉动的频率幅值获得相对应的一阶压力脉动频率；
5)利用一阶压力脉动频率计算得到电子燃油泵转速；Rpm＝f×60,Rpm是电子燃油泵转速,f是一阶压力脉动频率。
其中，步骤4)中，压力变化时域曲线采用傅里叶变换获得压力脉动频域曲线。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电子燃油泵转速测速系统，其特征在于，包括：压力传感器、滤波器和转速计算设备；
压力传感器，其设置在电子燃油泵出油口，测量获得电子燃油泵出油口压力变化时域曲线；
滤波器，根据电子燃油泵压力变化时域曲线滤波，去除直流分量对应压力保留交流分量对应压力，获得压力变化时域正弦曲线，该压力变化时域正弦曲线峰值或谷值即表达压力的最大波动幅值Pmax；
转速计算设备，计算获得压力波动最大幅值Pmax的有效值Rms，该有效值Rms即是压力脉动DP，DP＝Rms＝0.707×Pmax；将所述压力变化时域曲线变换获得压力脉动频域曲线，根据一阶压力脉动的频率幅值获得相对应的一阶压力脉动频率，利用一阶压力脉动频率计算得到电子燃油泵转速；Rpm＝f×60,Rpm是电子燃油泵转速,f是一阶压力脉动频率。
2.如权利要求1所述的电子燃油泵转速测速系统，其特征在于：压力传感器距离电子燃油泵出油口5CM～20CM。
3.如权利要求1所述的电子燃油泵转速测速系统，其特征在于：电子燃油泵出油口与压力传感器之间为无支路、无变径和无阻挡的燃油管路。
4.如权利要求1所述的电子燃油泵转速测速系统，其特征在于：压力传感器后续具有预留燃油管路。
5.如权利要求4所述的电子燃油泵转速测速系统，其特征在于：所述预留燃油管路长度为至少2米。
6.如权利要求1所述的电子燃油泵转速测速系统，其特征在于：压力变化时域曲线采用傅里叶变换获得压力脉动频域曲线。
7.如权利要求1所述的电子燃油泵转速测速系统，其特征在于：转速计算设备为MCU或计算机。
8.一种电子燃油泵转速测速方法，其特征在于，包括：
1)测量获得电子燃油泵出油口压力变化时域曲线；
2)根据压力变化时域曲线滤波，去除直流分量对应压力保留交流分量对应压力，获得压力变化时域正弦曲线，该压力变化时域正弦曲线峰值或谷值即表达压力的最大波动幅值Pmax；
3)计算获得压力波动最大幅值Pmax的有效值Rms，该有效值Rms即是压力脉动DP，DP＝0.707×Pmax；
4)将所述压力变化时域曲线变换获得压力脉动频域曲线，根据一阶压力脉动的频率幅值获得相对应的一阶压力脉动频率；
5)利用一阶压力脉动频率计算得到电子燃油泵转速；Rpm＝f×60,Rpm是电子燃油泵转速,f是一阶压力脉动频率。
9.如权利要求8所述的电子燃油泵转速测速方法，其特征在于：步骤4)中，压力变化时域曲线采用傅里叶变换获得压力脉动频域曲线。
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