CN107178493B - 一种尿素泵检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种尿素泵检测系统，包括：电源模块、数据采集模块、引脚控制电路和控制模块，其中，电源模块，连接外部电源，为尿素泵检测系统提供电源；数据采集模块，连接尿素泵各组成部件的信号线，用于采集所述尿素泵各组成部件的电压和/或电流值；引脚控制电路，用于连接所述尿素泵各组成部件的正极和负极；控制模块，连接引脚控制电路、数据采集模块，控制引脚控制电路、数据采集模块动作。利用本发明，解决了现有检测仪器操作繁琐以及测量精度低等问题，提高尿素泵检测及维修的效率，同时使用变频的方式控制电机，使尿素泵检测系统可以更加精确和高效地实现对尿素泵以及尿素泵部件控制、检测和维修整体化检测。

Description

一种尿素泵检测系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种尿素泵检测系统。

背景技术

21世纪，随着汽车越来越普及，其弊端也逐步体现出来。汽车作为21世纪最重要的交通工具，与人的联系日益紧密，不仅给人们带来方便，同样也给人们带来危害。汽车尾气污染已成为全球性问题，由于汽车排放的废气正在危害城市环境，使城市环境转向恶化。

尿素泵是尿素溶液喷射计量系统的重要组成部分，其主要功能是抽取尿素箱内的尿素溶液，并保持一定的压力，然后输送到喷射单元，满足喷射计量系统对流量和压力的要求。尿素泵结构如图1所示。

每种尿素泵由不同功能的元器件组合而成(除特殊泵外)。

尿素泵电机：通过无刷直流电机运转，使同轴连接的偏心轮带动膜片往复运动，从而控制管路内尿素使其流入泵腔内。

反向阀(单向阀)：属于电磁阀，用于控制尿素流向，车辆正常运行工况时需要持续不断给喷嘴输入尿素；但车辆停机时，控制其将管路中剩余尿素溶液倒吸回尿素箱中。

空气阀：属于电磁阀，用于控制空气压缩机内空气是否进入的开关阀。

喷嘴：具有喷射尿素泵溶液及压缩空气混合液的作用。

加热电阻丝：主要分为尿素泵底板加热和滤芯室加热，配有单独的加热保护电阻，电阻为正温度系数电阻，温度越高阻值越大，保护温度为 110℃。

液位传感器：检测液位高度(满液位和零液位)，零液位时向车辆发出报警信号。

温度传感器：一般用于监测催化器的温度。

压力传感器：一般用于监测尿素泵泵腔内的水压。

尿素泵有多种类型，可分为有CAN控制器尿素泵和无CAN控制器尿素泵。

尿素泵检测系统用于检测尿素泵各个部件的好与坏，例如，液位温度传感器若损坏或未连接时，当在其两端供5V电压时，电压将保持不变；反之，若液位温度传感器正常，当在其两端供5V电压，电压将会被拉低到4V左右 (此电压会随着环境温度变化而变化)。

车载DCU电脑控制发动机运转，当发动机转速达到一定值时，尿素泵才可以开始工作，此时可以对尿素泵进行检测，但要求发动机达到一定转速、进气温度达到一定温度等，因此不够方便。

在授权公告号为“CN205654521”的发明中的尿素泵实验台，具有外设气源、加热水箱等，能实现对尿素泵进行的检测，但其缺点是无法检测使用CAN 控制器的尿素泵，也无法实时变换电机频率，以保证检测的高效性。

发明内容

为了克服现有的缺陷，本发明提出一种尿素泵检测系统。

根据本发明，提供了一种尿素泵检测系统，包括：电源模块、数据采集模块、引脚控制电路和控制模块，其中，电源模块，连接外部电源，以为尿素泵检测系统供电；数据采集模块，连接尿素泵组成部件的信号线，以采集尿素泵组成部件的电压、电流等，如泵内电机、反向阀、喷嘴等元器件的电压和电流值；引脚控制电路，用于连接尿素泵组成部分的正负极，如尿素泵电机、反向阀、温度传感器、压力传感器、液位传感器、加热电阻丝等，为其提供电压；控制模块，连接引脚控制电路、数据采集模块，以控制引脚控制电路的输出电压，根据数据采集模块发送的电压和/或电流检测尿素泵组成部件。

优选的，电源模块包含硬件保护电路，用于保护尿素泵和尿素泵检测系统硬件电路，当尿素泵检测系统与尿素泵连接并通电后，若突然出现大电流时，硬件保护电路自动断电。

进一步的，数据采集模块包含数模转换单元，将采集的尿素泵组成部件的电压和/或电流信号转换为数字信号后发送给控制模块。

进一步的，检测系统还包含can控制器，连接尿素泵的can模块和控制模块，用于接收和发送can命令，传送尿素泵组成部件的电压和/或电流值和控制模块的控制信息，控制模块根据can控制器发送的电压和/或电流检测尿素泵组成部件。

进一步的，控制模块中设置有阈值，如果尿素泵组成部件的电压和/或电流值在阈值范围内，则表示尿素泵组成部件正常。

进一步的，控制模块通过引脚控制电路以变频方式对尿素泵电机进行供电，进而控制所述尿素泵电机运转。

进一步的，控制模块还包括压力计算单元、频率计算单元、判断单元；压力计算单元，用于在规定时间内计算尿素泵内的水压或气压并将结果发送给所述判断单元；频率计算单元，用于计算输出的电机通断电频率；判断单元，用于接收所述压力计算单元输出的计算结果，如果计算结果未达到规定阈值，则向所述引脚控制电路输出所述频率计算单元计算的新的电机通断电频率；如果在参考时间内尿素泵的压力值达到规定阈值，则输出的电机通断电频率将保持恒定，即按当前频率稳定输出。

本发明提供一种尿素泵检测系统，解决了现有检测仪器操作繁琐以及测量精度低等问题，提高尿素泵检测及维修的效率，同时使用变频的方式控制电机，使尿素泵检测系统可以更加精确和高效地实现对尿素泵以及尿素泵部件控制、检测和维修整体化检测。

附图说明

本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：

图1是尿素泵结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的尿素泵检测系统结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的控制模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种尿素泵检测系统进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体地描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定。

根据本发明的一方面，提供了一种尿素泵检测系统，如图2所示，包括：电源模块、数据采集模块、引脚控制电路和控制模块，其中，电源模块，连接外部电源，以为尿素泵检测系统供电；数据采集模块，连接尿素泵组成部件的信号线，以采集尿素泵组成部件的电压、电流等，如泵内电机、反向阀、喷嘴等元器件的电压和电流值；引脚控制电路，用于连接尿素泵组成部分的正负极，如尿素泵电机、反向阀、温度传感器、压力传感器、液位传感器、加热电阻丝等，为其提供电压；控制模块，连接引脚控制电路、数据采集模块，用于控制引脚控制电路的输出电压，根据数据采集模块发送的电压和/或电流检测尿素泵组成部件。

优选的，电源模块包含硬件保护电路，用于保护尿素泵和尿素泵检测系统硬件电路，当尿素泵检测系统与尿素泵连接并通电后，若突然出现大电流时，硬件保护电路自动断电。

数据采集模块采集尿素泵组成部件的电流和电压值，并将其发送给控制模块，在控制模块中设有尿素泵电流/电压的上下阈值，若电流、电压数值超过上阈值则判定尿素泵短路，若低于下阈值，则判定尿素泵断路，在上下阈值中间则尿素泵为正常状态。优选的，还可以包含数模转换单元，用于将电流、电压值转换为数字信号，然后再传送给控制模块。

尿素泵组成部件可以包括压力传感器、尿素泵电机、喷嘴、反向阀、空气阀等，数据采集模块采集尿素泵各组成部件的电流或电压变化，发送给控制模块，控制模块通过其中预设的阈值判断各部件是否存在问题。具体如下：

(1)压力传感器检测：控制模块通过引脚控制电路为压力传感器正负引脚供电(即提供电压)，控制模块通过引脚控制电路使尿素泵的电机按一定频率转动来抽取尿素溶液，尿素溶液充满尿素泵的泵腔，从而使得尿素泵的压力传感器(水压或气压)的电压输出发生变化，数据采集模块采集压力传感器的信号线上的电压，并传回控制模块进行判断：如果电压在0.2V—4.6V之间，则表示其正常；若压力传感器的信号线上的电压持续保持不变或者超出正常范围时，表示压力传感器存在问题，可以进行报警。

(2)尿素泵电机检测：控制模块通过引脚控制电路为电机正负引脚供电，控制电机以一个固定频率进行运转，数据采集模块采集电机的电流值并传送给控制模块进行判断：若电流持续保持在3A以上或者突然增大到远远高于3A时，说明电路中发生短路或电机存在问题，进行报警或停止测试；如果电流很小且持续保持不变，说明电路中发生断路或电机线路存在问题，进行报警。

控制电机按一定频率运转的原理如下：电机需要3个引脚控制，即拉高1 号引脚(供电)，拉低3号引脚(接地)，然后按照一定频率拉高或拉低2号引脚，就可实现按照一定占空比控制电机进行运转。若想调整电机运转速度或频率时，只需调整2号引脚的占空比即可(占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率)。

(3)喷嘴检测：为喷嘴正负引脚按照固定频率供电15秒左右(排出管路空气)，控制模块通过引脚控制电路给喷嘴正负极供电，同时按照一定占空比给喷嘴正极通、断电，喷嘴开始按照一定频率打开、关闭，数据采集模块采集喷嘴的电流值并传送给控制模块进行判断：若电流持续保持在4A以上或者突然增大到远远高于4A时，说明电路中发生短路或喷嘴存在问题，需要停止测试或报警；喷嘴闭合瞬间，若电流很小且持续保持不变，说明电路中发生断路或喷嘴线路存在问题，进行报警。

(4)反向阀测试检测：控制模块通过引脚控制电路为反向阀正负引脚供电，数据采集模块采集反向阀信号线(反向阀信号线就是给反向阀供电线，反向阀只有2条线，分别是供电线即正极、地线即负极。其中，我们所采集的信号是从供电线上采集到的)上的电压；通过间断式供电，控制反向阀按照固定的间隔时间打开。

(5)加热电阻丝测试：通过持续供电，控制加热电阻丝进行加热(测试时间约为30秒，测试时间过长可能会损坏加热电阻丝)。通过持续供电，控制模块通过采集到的电流或电压变化，检测加热电阻丝是否存在问题。

(6)尿素泵电机使用智能变频方法进行控制。

控制的原理如下：通过检测系统的引脚控制电路为尿素泵电机输出一个固定的通电频率(即每秒通断电的次数，比如，每隔1秒通断电10次，通断电的频率就是10Hz)，使得尿素泵电机以固定频率进行运转，尿素泵的水压会随着尿素泵电机的运转而逐渐上升，数据采集模块实时采集尿素泵压力传感器的电压值并传送给控制器。

如图3所示，控制模块还包括压力计算单元、频率计算单元和判断单元。

压力计算单元，在规定时间内(例如从电机开始每运转10s)计算尿素泵内的水压或气压，公式如下：

F_压力＝U_传感器×φ………………………………………………(1)

上式中，F_压力表示尿素泵内的压力(水压或气压)，U_传感器为压力传感器电压值，φ为比值系数，取值范围是0至5之间。

频率计算单元，计算输出新的电机通断电频率，以使得电机再次加快运转，而使尿素泵压力再次升高，计算方法如下：

f_输出＝(1+10％)f_当前

其中,f_输出表示所述控制模块输出的尿素泵电机通断电频率；f_当前表示当前尿素泵电机当前的通断电频率；

判断单元，接收压力计算单元输出的计算结果，如果计算结果未达到规定阈值(例如400Kpa)，则向引脚控制电路输出频率计算单元计算的新的电机通断电频率；如果在参考时间内尿素泵的水压或气压值达到规定阈值(例如 400Kpa)，输出的电机频率将保持恒定，即按当前频率稳定输出。

这种变频的优点是：在电机运转过程中，通过变频方式可以使尿素压力更快上升到阈值，以提高电机运转效率；若压力出现突然下降时，变频(频率提高)可以使尿素泵内压力保持恒定；当尿素泵故障时，尿素压力一直上升，此时通过变频(频率降低，通过上面公式可以很容易地设计频率降低的公式)可以使尿素泵内压力保持恒定，而不会出现由于压力过大而引起尿素泵管路崩开的问题。

检测系统还可以包含can控制器，以连接带有can模块的尿素泵，can控制器和控制模块相连，用于接收和发送can命令，传送尿素泵组成部件的电压和/ 或电流值和控制模块的控制信息，控制模块根据can控制器发送的电压和/或电流检测尿素泵的组成部件的好坏。

尿素泵检测系统的can控制器接收到控制模块发出的命令后，向尿素泵发送can命令(符合ISO15765国际标准协议，不同厂家有不同的私有协议)，尿素泵的can模块接收到该命令后控制尿素泵进行建立压力、保持压力、清空管道、喷嘴测试等操作。命令完成后，尿素泵反馈信息给检测系统的can控制器， can控制器再将信息发送给控制模块。

当然，本发明还有多种其他实施例，在不背离本发明精神和实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变，但这种改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种尿素泵检测系统，包括：电源模块、数据采集模块、引脚控制电路和控制模块，其中：

所述电源模块连接外部电源以为所述尿素泵检测系统供电；

所述数据采集模块连接尿素泵组成部件的信号线，以采集所述尿素泵组成部件的电压和/或电流值并发送给所述控制模块；

所述引脚控制电路连接所述尿素泵组成部件的正极和负极，以为所述尿素泵组成部件提供电压；

所述控制模块连接所述引脚控制电路和所述数据采集模块，用于控制所述引脚控制电路的输出电压，并根据所述数据采集模块发送的电压和/或电流检测所述尿素泵组成部件；以及

所述尿素泵组成部件包括尿素泵电机和压力传感器，所述控制模块还包括压力计算单元、频率计算单元和判断单元，其中：

所述压力计算单元用于在规定时间内计算尿素泵内的水压或气压并将结果发送给所述判断单元，计算公式如下：

F_压力＝U_传感器×φ

其中，F_压力表示尿素泵内的水压或气压，U_传感器为所述数据采集模块采集的所述压力传感器的电压值，φ为比值系数且取值范围是0至5之间；

所述频率计算单元用于计算输出的电机通断电频率，公式如下：

f_输出＝(1+10％)f_当前

其中,f_输出表示所述控制模块输出的尿素泵电机通断电频率；f_当前表示当前尿素泵电机当前的通断电频率；以及

所述判断单元用于接收所述压力计算单元输出的计算结果，如果所述计算结果未达到规定阈值，则向所述引脚控制电路输出所述频率计算单元计算的新的电机通断电频率；如果在参考时间内尿素泵的水压或气压值达到规定阈值，则输出的电机频率保持恒定，由此所述控制模块通过所述引脚控制电路以变频方式对所述尿素泵电机进行供电，进而控制所述尿素泵电机运转。

2.根据权利要求1所述的尿素泵检测系统，其中，所述电源模块包含硬件保护电路，所述硬件保护电路在突然出现大电流时自动断电。

3.根据权利要求1所述的尿素泵检测系统，其中，所述数据采集模块包含数模转换单元，将采集的所述尿素泵组成部件的电压和/或电流信号转换为数字信号后发送给所述控制模块。

4.根据权利要求1所述的尿素泵检测系统，其中，所述检测系统还包括can控制器，所述can控制器连接所述控制模块和所述尿素泵的can模块，以传送所述尿素泵组成部件的电压和/或电流值和所述控制模块发出的控制信息，所述控制模块根据所述can控制器发送的电压和/或电流检测所述尿素泵组成部件。

5.根据权利要求1所述的尿素泵检测系统，其中，所述控制模块中设置有阈值，如果所述尿素泵组成部件的电压和/或电流值在所述阈值范围内，则表示所述尿素泵组成部件正常。

6.根据权利要求5所述的尿素泵检测系统，其中，所述压力传感器的所述阈值为0.2V-4.6V。

7.根据权利要求5所述的尿素泵检测系统，其中，所述尿素泵电机的电流阈值为3A。

8.根据权利要求5所述的尿素泵检测系统，其中，所述尿素泵组成部件包括尿素泵喷嘴，所述尿素泵喷嘴的电流阈值为4A。

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