专利名称：燃油导轨总成压力脉动测试仪及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车零部件测试技术，具体涉及一种燃油导轨总成压 力脉动测试仪，本发明还涉及燃油导轨总成的压力脉动测试方法。
背景技术：
汽车发动机工作时的燃油喷射会带来一定的管路压力脉动，燃油导轨 总成作为发动机供油系统的重要组成部件，主要用于为燃油喷射提供充足 的燃油补给以及稳定的燃油压力。由于压力脉动会直接影响汽车的燃油经 济性和废气排放性能，因此在燃油导轨的产品研发过程需要了解发动机在 不同工况下的燃油导轨内部的压力脉动，作为产品设计的重要参考依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种燃油导轨总成压力脉动测试 仪，它可以模拟并测试燃油导轨总成在不同发动机工况下的压力脉动。
为解决上述技术问题，本发明燃油导轨总成压力脉动测试仪的技术解 决方案为
包括计算机测控系统、信号驱动机箱、压力传感器；计算机测控系统 包括嵌入式测控组件、便携式电脑；嵌入式测控组件包括实时控制器、带 有FPGA(元件可编程逻辑门阵列)的四槽机箱，机箱内设置有输入输出模块， 包括数据脉冲输出卡、数字信号输入卡、模拟信号采集卡；实时控制器运 行实时操作系统和嵌入式测控软件；便携式电脑运行数据管理和分析软件，并通过网线连接实时控制器进行远程控制；信号驱动机箱设置有电源模块 卡、脉冲电压转换卡、喷油器信号驱动卡、信号输出接口卡；电源模块卡 为信号驱动机箱供电；
数据脉冲输出卡通过数据线连接脉冲电压转换卡，脉冲电压转换卡通 过机箱背板总线连接喷油器信号驱动卡；喷油器信号驱动卡通过机箱背板 总线连接信号输出接口卡；信号输出接口卡通过电缆连接燃油导轨上的喷 油器；模拟信号采集卡通过数据线连接压力传感器。
所述带有FPGA的四槽机箱内还设置有数字信号输入卡，数字信号输入 卡通过数据线连接信号驱动机箱上的报警信号输出接口；报警信号输出接 口通过机箱背板总线连接喷油器信号驱动卡；喷油器信号驱动卡对脉冲信 号进行功率放大的同时提供报警状态监测。
所述压力传感器的测量带宽不小于10kHz。
所述压力传感器为多个，分别设置于每个喷油器前端及燃油导轨的总 管路上。
所述实时控制器通过数据接口将测试数据传输至U盘上进行保存。
本发明还提供一种测试燃油导轨总成压力脉动的方法，其技术解决方 案为采用以下方法测试燃油导轨总成的压力脉动
第一步，用户通过便携式电脑远程访问嵌入式测控组件上的嵌入式测 控软件，并通过操作界面设置测试参数，包括发动机转速、喷油脉宽等；
第二步，嵌入式测控组件的嵌入式测控软件根据设定的参数，通过数 据脉冲输出卡输出多路5v高速数字脉冲信号；所输出的多路5v高速数字脉冲信号，其上升沿《l"s，下降沿《脉冲宽度误差《土0.5te，脉 冲周期误差《土1化，各路脉冲信号中任意两个不同通道间控制脉冲的相位 误差《±1化。
第三步，数据脉冲输出卡通过数据线将各路5v高速数字数据脉冲信号 分别传输至脉冲电压转换卡，脉冲电压转换卡通过脉冲转换电路将各路5v 高速数字脉冲信号转换为14v的高速脉冲信号；
第四步，脉冲电压转换卡将各路14v高速脉冲信号作为喷油器驱动信 号传输至喷油器信号驱动卡，喷油器信号驱动卡将14v的高速脉冲信号进 行功率放大，并将放大后的脉冲信号传输至各喷油器，使各喷油器根据程 序规定的时序要求进行燃油喷射；各喷油器进行燃油喷射的同时，喷油器 信号驱动卡进行状态监测，将状态监测信号通过报警信号输出接口传输至 数字信号输入卡。
第五步，各喷油器进行燃油喷射的同时产生脉冲压力信号，各压力传 感器采集各喷油器和燃油导轨总管路上的脉冲压力信号，并将所采集的压 力信号传输至模拟信号采集卡，模拟信号采集卡将数据传输至嵌入式测控 软件。各压力传感器采集信号的采样率根据发动机转速进行动态调整。
模拟信号采集卡将数据传输至嵌入式测控软件后，嵌入式测控软件将 所采集的数据以二进制的格式存储到与实时控制器相连的U盘上，数据存 储管理方法是完成每一个测试工况的同时记录当前数据文件的存储位置， 完成所有测试工况的同时数据被存储到单一的二进制数据文件中；同时记 录各个测试工况对应的数据文件位置序列；测试过程完成后，将u盘上的数据传输到便携式电脑上，通过便携式 电脑的数据管理和分析软件对测试数据进行离线分析；当通过数据管理和 分析软件再次打开这些多工况的数据文件时，软件自动对文件进行寻址， 实现在一个文件中对任一测试工况的数据进行单独检索和分析，对全部测 试工况的数据进行协同分析并生成三维曲面和测试报告。
本发明可以达到的技术效果是-
本发明能够高效地实现对汽车燃油导轨总成在各种发动机工况下的工 作模拟和性能测试，并提供完整的测试数据分析和报告生成功能。本发明 可以为燃油导轨产品的设计开发提供十分有力的支持。
1、 本发明通过嵌入式测控组件对喷油器进行信号控制，以模拟发动机 各种工况的精确燃油喷射驱动信号，因此无需汽车发动机和电子控制器 (ECU)，即可实现对不同种类的燃油导轨总成的多工况模拟；
本发明提供多达六路可编程的精确喷油器驱动信号，可适用于四缸发 动机的燃油导轨或六缸发动机的燃油导轨，并可实现对任意发动机转速负 载(对应于不同喷油频率和脉宽控制)的测试模拟；
2、 实现对燃油导轨在不同工况下的燃油动态压力信号进行实时的多通 道高速采集。本发明不仅数据采集频率高(每通道最高可达几十kHz),而 且采集频率可根据不同的发动机转速进行动态调整，从而能够保证完整地 记录压力脉动信号的各个频率分量；
3、 一项完整的压力脉动测试，往往需要多达几十个甚至上百个测试工 况，本发明通过友好的用户界面由用户自定义测试任务后，实现一次性自动完成所有工况的测试，能够极大地提高测试效率；
4、大量的采集数据以二进制文件的格式实时进行存储，通过专用的数 据管理和分析软件实现对数据进行离线分析并可自动生成报告；
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明 图1是本发明燃油导轨总成压力脉动测试仪的系统结构示意图； 图2是脉冲控制精度要求的示意图； 图3是脉冲输出序列的示意图； 图4是压力传感器夹具的示意图。
图中，1便携式电脑，2网线，3嵌入式测控组件，31实时控制器，311U 盘，32四槽FPGA机箱，33数据脉冲输出卡，34数字信号输入卡，35模拟 信号采集卡，4信号驱动机箱，51高速数字脉冲信号，52状态监测信号， 53脉冲压力信号，54喷油器驱动信号，6喷油器，7压力传感器，8传感器 接线盒，IO燃油导轨。
具体实施例方式
如图1所示，本发明燃油导轨总成压力脉动测试仪，包括计算机测控 系统、信号驱动机箱4、压力传感器7;
计算机测控系统包括嵌入式测控组件3、便携式电脑l;嵌入式测控组 件3包括实时控制器31、带有FPGA的四槽机箱32，机箱32内设置有三个 输入输出模块30，分别是数据脉冲输出卡33、数字信号输入卡34、模拟信 号采集卡35。实时控制器31运行实时操作系统和嵌入式测控软件，它结合FPGA机 箱32内的输入输出模块30提供确定性的输入输出控制。实时控制器31连 接数据接口，实时控制器31通过数据接口将测试数据传输至U盘311上进 行保存。
便携式电脑1通过网线2连接嵌入式测控组件3的实时控制器31。便 携式电脑1可通过以太网访问嵌入式测控组件3的实时控制器31及嵌入式 测控软件，实现对嵌入式测控组件3的远程访问和测试控制。测试完成后 便携式电脑1运行数据管理和分析软件，对测试数据进行离线管理和分析, 并生成报告。
信号驱动机箱4采用模块化设计，信号驱动机箱4内设置有电源模块 卡、脉冲电压转换卡、喷油器信号驱动卡、信号输出接口卡。信号驱动机 箱4用于将高速数字脉冲信号51进行功率放大，同时对喷油器控制信号提 供过流保护和故障反馈信号。电源模块卡直接为信号驱动机箱供电。
嵌入式测控组件3的数据脉冲输出卡33通过数据线连接信号驱动机箱 4的脉冲电压转换卡，脉冲电压转换卡通过机箱背板总线连接喷油器信号驱 动卡；喷油器信号驱动卡通过机箱背板总线连接信号输出接口卡；信号输 出接口卡通过电缆连接燃油导轨10上的喷油器6。
嵌入式测控组件3的数字信号输入卡34通过数据线连接信号驱动机箱 4上的报警信号输出接口；报警信号输出接口通过机箱背板总线连接喷油器 信号驱动卡；喷油器信号驱动卡对脉冲信号提供报警状态监测。
嵌入式测控组件3的模拟信号采集卡35分别通过数据线连接七个压力传感器7。模拟信号采集卡35与压力传感器7之间设有传感器接线盒8， 传感器接线盒8用于为七个压力传感器7提供统一的供电。
数据脉冲输出卡33用于生成六路可编程的高速喷油控制脉冲波形；数 字信号输入卡34用于在线检测试验过程中是否发生短路过流等现象，并发 出报警信号；模拟信号采集卡35用于进行高速的压力信号采集。嵌入式测 控组件3采用美国NI公司的CompactRIO可编程自动化控制器作为硬件构 架。
压力传感器7通过如图4所示的夹具被安装在喷油器6与燃油导轨10 之间，每个喷油器6前端安装一个压力传感器7，燃油导轨10总管路上安 装一个压力传感器7。各传感器7的测量带宽达到10kHz以上，满足燃油导 轨总成压力脉动的有效频率范围。
本发明能够对六个喷油器6前端的喷油脉动压力和一路燃油导轨10的 管路压力共七路的脉动压力同时进行测量。
喷油器信号驱动卡采用三块B0SCH专用的信号驱动卡，每块卡可提供 对两路喷油脉冲信号的功率放大，同时提供过流保护和故障反馈信号。
本发明测试燃油导轨总成压力脉动的测试方法如下
1、 用户通过便携式电脑1远程访问嵌入式测控组件3上的嵌入式测控 软件，并通过操作界面设置测试参数，包括发动机转速、喷油脉宽等；
2、 嵌入式测控组件3的嵌入式测控软件根据设定的参数，通过数据脉 冲输出卡33输出多路5v高速数字脉冲信号51;
为了精确地模拟各种发动机转速下的喷油工况，对喷油器6的控制脉冲有严格的要求。如图2和图3所示，控制脉冲要求上升沿tr/下降沿tf《 l化，脉冲宽度ti误差《±0.5化，脉冲周期T误差《土lfe,并且各个脉 冲信号必须严格按照4缸或6缸发动机真实的喷油时序进行精确控制，任 意两个不同通道间控制脉冲的相位误差ts《土lte。本发明通过实时控制 器31和FPGA编程的方式，直接控制多个数字信号通道的低电平Ul与高电 平Uh的转换时序，形成周期性的高速数字脉冲波形，从而实现多通道喷油 脉冲的精确控制。
3、 数据脉冲输出卡33通过数据线将六路5v高速数字数据脉冲信号51 传输至信号驱动机箱4的脉冲电压转换卡，脉冲电压转换卡通过脉冲转换 电路将六路5v TTL高速数字脉冲信号51转换为6路14v的高速脉冲信号， 以增强信号抗干扰能力；
4、 脉冲电压转换卡将六路14v的高速脉冲信号作为喷油器驱动信号54 传输至三块喷油器信号驱动卡，三块喷油器信号驱动卡将六路14v的高速 脉冲信号进行功率放大，并将放大后的脉冲信号通过信号输出接口卡传输 至六个喷油器6，使六个喷油器6根据程序规定的时序要求进行燃油喷射； 同时喷油器信号驱动卡对放大后的喷油器驱动信号54进行状态监测，并将 状态监测信号52 (5v数字信号)通过报警信号输出接口传输至嵌入式测控 组件3的数字信号输入卡34，当喷油器驱动信号54出现异常时，数字信号 输入卡检测到报警信号并由嵌入式测控软件进行处理；
5、 六个喷油器6进行燃油喷射的同时产生脉冲压力信号53，各压力传 感器7采集六个喷油器6和燃油导轨10总管路上的脉冲压力信号53，并将所采集的数据传输至嵌入式测控组件3的模拟信号采集卡35，模拟信号采 集卡35将数据传输至嵌入式测控组件3的嵌入式测控软件。
为了保证完整记录压力信号的动态幅值和频率信息，压力传感器7的 采样率是根据发动机转速进行动态调整的，即曲轴每转一圈需要采集256 个压力数据。嵌入式测控软件在执行任一新的测试工况时，都会根据当前 设定的发动机转速对压力信号的采样率自动进行重新配置。通过这种软件 全自动控制的方式，实现了多工况连续测试，极大地提高了测试效率。
6、采集数据管理和分析；
嵌入式测控软件将所采集的数据以二进制的格式存储到与实时控制器 相连的U盘311上。测试完成后，可通过FTP的方式把测试数据传输到便 携式电脑1上，进行离线分析。
本发明对测试数据的管理和分析的方法如下
a、 完成每一个测试工况的同时记录当前数据文件的存储位置，完成所 有测试工况的同时数据被存储到单一的二进制数据文件中；同时记录各个 测试工况对应的数据文件位置序列；
b、 当在数据管理和分析软件中再次打开这些多工况的数据文件时，软 件自动对文件进行寻址，从而可实现在一个文件中根据不同测试工况进行 数据检索。
由于各个测试工况的数据必须一一对应，信号采样率也不同，各个工 况的数据存储长度也不相同。传统的做法一般是把每种测试工况的数据单 独存为一个文件，但一项测试往往多达几十到上百个测试工况，势必造成大量的数据文件。
本发明的数据管理和分析软件提供了一种有效的数据管理解决方案， 可以把一项测试的所有不同采样率的数据进行协同分析，所有测试工况的 数据分析结果(如峰峰值，有效值等各种特征计算值)可以直接绘制成三 维曲面，这样就可以直观地观测燃油导轨总成的压力脉动在各个测试工况 下的变化趋势。
本发明采用模块化设计，可作为便携式设备进行试验室模拟测试，也 可以用于汽车实车测试。
权利要求
1、一种燃油导轨总成压力脉动测试仪，其特征在于包括计算机测控系统、信号驱动机箱、压力传感器；计算机测控系统包括嵌入式测控组件、便携式电脑；嵌入式测控组件包括实时控制器、带有FPGA的四槽机箱，机箱内设置有输入输出模块，包括数据脉冲输出卡、模拟信号采集卡；实时控制器运行实时操作系统和嵌入式测控软件；便携式电脑运行数据管理和分析软件，并通过网线连接实时控制器进行远程控制；信号驱动机箱设置有电源模块卡、脉冲电压转换卡、喷油器信号驱动卡、信号输出接口卡；电源模块卡为信号驱动机箱供电；数据脉冲输出卡通过数据线连接脉冲电压转换卡，脉冲电压转换卡通过机箱背板总线连接喷油器信号驱动卡；喷油器信号驱动卡通过机箱背板总线连接信号输出接口卡；信号输出接口卡通过电缆连接燃油导轨上的喷油器；喷油器信号驱动卡对脉冲信号进行功率放大；模拟信号采集卡通过数据线连接压力传感器。
2、 根据权利要求1所述的燃油导轨总成压力脉动测试仪，其特征在于: 所述带有FPGA的四槽机箱内还设置有数字信号输入卡，数字信号输入卡通 过数据线连接信号驱动机箱上的报警信号输出接口；报警信号输出接口通 过机箱背板总i连接喷油器信号驱动卡；喷油器信号驱动卡对脉冲信号提 供报警状态监测。
3、 根据权利要求1所述的燃油导轨总成压力脉动测试仪，其特征在于: 所述压力传感器的测量带宽不小于10kHz。
4、 根据权利要求1所述的燃油导轨总成压力脉动测试仪，其特征在于: 所述压力传感器为多个，分别设置于每个喷油器前端及燃油导轨的总管路 上。
5、 根据权利要求1所述的燃油导轨总成压力脉动测试仪，其特征在于: 所述实时控制器通过数据接口将测试数据传输至U盘上进行保存。
6、 一种采用权利要求1所述的燃油导轨总成压力脉动测试仪测试压力 脉动的方法，其特征在于采用以下方法测试燃油导轨总成的压力脉动第一步，用户通过便携式电脑远程访问嵌入式测控组件上的嵌入式测 控软件，并通过操作界面设置测试参数，包括发动机转速、喷油脉宽；第二步，嵌入式测控组件的嵌入式测控软件根据设定的参数，通过数 据脉冲输出卡输出多路5v高速数字脉冲信号；第三步，数据脉冲输出卡通过数据线将各路5v高速数字数据脉冲信号 分别传输至脉冲电压转换卡，脉冲电压转换卡通过脉冲转换电路将各路5v 高速数字脉冲信号转换为14v的高速脉冲信号；第四步，脉冲电压转换卡将各路14v高速脉冲信号作为喷油器驱动信 号传输至喷油器信号驱动卡，喷油器信号驱动卡将14v的高速脉冲信号进 行功率放大，并将放大后的脉冲信号传输至各喷油器，使各喷油器根据程 序规定的时序要求进行燃油喷射；第五步，各喷油器进行燃油喷射的同时产生脉冲压力信号，各压力传 感器采集各喷油器和燃油导轨总管路上的脉冲压力信号，并将所采集的压 力信号传输至模拟信号采集卡，模拟信号采集卡将数据传输至嵌入式测控 软件。
7、 根据权利要求6所述的燃油导轨总成的压力脉动测试方法，其特征在于所述第二步所输出的多路5V高速数字脉冲信号，其上升沿《lfe，下降沿《l化，脉冲宽度误差《土0.5te,脉冲周期误差《土1M，各路脉 冲信号中任意两个不同通道间控制脉冲的相位误差《±1化。
8、 根据权利要求6所述的燃油导轨总成的压力脉动测试方法，其特征 在于所述第四步各喷油器进行燃油喷射的同时，喷油器信号驱动卡进行 状态监测，将状态监测信号通过报警信号输出接口传输至数字信号输入卡。
9、 根据权利要求6所述的燃油导轨总成的压力脉动测试方法，其特征 在于所述第五步各压力传感器采集信号的采样率根据发动机转速进行动 态调整。
10、 根据权利要求6所述的燃油导轨总成的压力脉动测试方法，其特征在于所述第五步模拟信号采集卡将数据传输至嵌入式测控软件后，嵌 入式测控软件将所采集的数据以二进制的格式存储到与实时控制器相连的 U盘上，存储方法是完成每一个测试工况的同时记录当前数据文件的存储 位置，完成所有测试工况的同时数据被存储到单一的二进制数据文件中； 同时记录各个测试工况对应的数据文件位置序列；测试过程完成后，将U盘上的数据传输到便携式电脑上，通过便携式 电脑上的数据管理和分析软件对测试数据进行离线分析；当通过数据管理 和分析软件再次打开这些多工况的数据文件时，软件自动对文件进行寻址， 实现在一个文件中对任一测试工况的数据进行单独检索和分析，并对全部 测试工况的数据进行协同分析并生成三维曲面和测试报告。
全文摘要
本发明公开了一种燃油导轨总成压力脉动测试仪，包括计算机测控系统、信号驱动机箱、压力传感器；计算机测控系统包括嵌入式测控组件、便携式电脑；嵌入式测控组件包括实时控制器、带有FPGA的四槽机箱，机箱内设置有数据脉冲输出卡、模拟信号采集卡；实时控制器运行实时操作系统和嵌入式测控软件；便携式电脑运行数据管理和分析软件，并通过网线连接实时控制器进行远程控制。信号驱动机箱设置有电源模块卡、脉冲电压转换卡、喷油器信号驱动卡、信号输出接口卡。本发明能够高效地实现对汽车燃油导轨总成在各种发动机工况下的工作模拟和性能测试，并提供完整的测试数据分析和报告生成功能。本发明还公开了一种燃油导轨总成的压力脉动测试方法。
文档编号F02M65/00GK101446255SQ20081020823
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者孙宏博, 桢 查, 王树亮, 陆忠兵 申请人:联合汽车电子有限公司