CN114320872B - 一种车用电子水泵的测试*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用电子水泵的测试***。每个测试回路中设置用于测量水泵的进口压力和出口压力；设置用来测量管道内瞬时流量大小的流量计；水泵开关控制组件与上位机连接，控制管道内的循环***以及***的闭合与开启，温度传感器测量冷却液温度，水箱为水泵提供水源；每条回路均可采用两种循环模式，一种是管道内循环，当循环开始并稳定之后，有管道内的水进行自循环，不再需要水箱内的水参与循环；第二种是外循环，水箱内的水通过水泵再次回到水箱，完成循环。本发明***可根据不同的情况选择合适的循环进行测量，有效节约整车测试资源，简化了测试的步骤。

Description

一种车用电子水泵的测试***

技术领域

本发明涉及了一种水泵测试装置，特别涉及一种乘用汽车用电子水泵的测试台架及测试***。

背景技术

水泵是汽车冷却***的核心，是整个***的心脏，任何一台汽车都离不开冷却***，随着新能源汽车的普及，对于水泵的需求也越来越大。

目前，市场上绝大数的汽车采用的都是水冷方式，通过冷却水泵，将冷却液泵入循环管道，途经发动机等发热部件吸热，然后进入散热器，在散热器经过降温后返回水泵，不断循环重复上述过程以实现发动机冷却功能。由于电子水泵的设计需要通过重复的测试后再改进设计方案，才能够设计出达到期望性能的电子水泵，因此，对电子水泵进行各项性能的测试是非常重要的一个环节。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的主要是提供了一种汽车用的电子水泵的测试台架以及测试***，以便于对汽车电子水泵的各种性能进行测试。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一、一种车用电子水泵的测试***：

所述的***包括至少一个测试回路，每个测试回路包括出口压力传感器、进口压力传感器、循环切换阀门、流量控制电控阀门、温度传感器和流量计；待测水泵的出口经管路和流量控制电控阀门的入口连接，待测水泵和流量控制电控阀门之间的管路上设有出口压力传感器、流量计和温度传感器，流量控制电控阀门的出口和循环切换阀门的入口端连接，循环切换阀门的一个出口端和待测水泵的入口连接，待测水泵和循环切换阀门之间的管路上设有进口压力传感器。

所述的测试***主要用来测量待测水泵的水力参数，如压力、流量、扬程等。

还包括了出口阀门、水箱和三通；每个测试回路中的流量控制电控阀门的出口和循环切换阀门的入口端分别连接到三通的其中两端，三通的剩余一端和水箱的入口连接，水箱的出口经出口阀门连接到每个测试回路中的待测水泵和循环切换阀门之间的管路上。

所述的水箱的出口大小可调。

所述的水箱高于待测水泵、循环切换阀门、流量控制电控阀门之间的管路布置。

还包括上位机，出口压力传感器、进口压力传感器、温度传感器、流量计和待测水泵均连接到上位机，同时上位机分别连接到流量控制电控阀门、循环切换阀门。

所述水箱出口的出口阀门为可调节球阀，根据需要可选择合适的开度。

所述水箱出口的出口阀门出口处分流，可根据需求选择合适口径连接使用。

由上位机接收温度传感器采集的待测水泵的出水温度，并进行以下判断：

若出水温度高于预设的温度阈值时，水泵转速较低，则由上位机控制循环切换阀门关闭，使得待测水泵的出口流出的水经过水箱后再回到待测水泵的入口，形成“大循环”；

若出水温度不高于预设的温度阈值时，水泵转速较高，则由上位机控制循环切换阀门打开，使得待测水泵的出口流出的水不经过水箱，仅经过管路回到待测水泵的入口，形成“小循环”。

二、一种基于测试***的车用电子水泵优化控制方法，其特征在于：

S1、通过出口压力传感器、进口压力传感器分别采集待测水泵的出口压力、待测水泵的进口压力，进而处理获得待测水泵的扬程、水力功率和效率；

S2、通过流量计分别采集待测水泵的流量；

S3、通过流量控制电控阀门调整经过待测水泵的流量，在不同流量下重复上述步骤S1-S2，进而处理获得待测水泵的流量、扬程和效率，进而绘制扬程和流量之间的关系曲线与效率和流量之间的关系曲线；

S4、根据获得的扬程和流量之间的关系曲线与效率和流量之间的关系曲线在曲线上找到最优的运行点，以运行点的状态控制水泵进行工作，提高效率，实现精确控制。

所述步骤S4具体为：首先在效率和流量之间的关系曲线中找到效率极大值点，作为初步运行点，将初步运行点对应的流量代入到扬程和流量之间的关系曲线中获得对应的扬程，判断扬程是否符合控制要求，根据控制要求调整扬程对应的流量，使得在满足扬程要求情况下能够找到最大效率对应的流量作为最优运行点的流量，施加到待测水泵的流量阀上进行控制，实现待测水泵在最优运行点工作，提高效率。

本发明中，每个回路***中压力传感器有两个，分别用于测量水泵的进口压力和出口压力，用来获得水泵的进出口压力差；每个回路流量计一个，用来测量管道内瞬时流量大小；水泵开关控制组件与上位机连接，控制管道内的循环***以及***的闭合与开启，温度传感器测量冷却液温度，水箱为水泵提供水源。

本发明中，每个回路***中压力传感器有两个，分别用于测量水泵的进口压力和出口压力，用来获得水泵的进出口压力差；每个回路流量计一个，用来测量管道内瞬时流量大小；水泵开关控制组件与上位机连接，控制管道内的循环***以及***的闭合与开启，温度传感器测量冷却液温度，水箱为水泵提供水源。本设计每条回路均可采用两种循环模式，一种是管道内循环，当循环开始并稳定之后，有管道内的水进行自循环，不再需要水箱内的水参与循环；第二种是外循环，水箱内的水通过水泵再次回到水箱，完成循环。

本测试***可根据不同的情况选择合适的循环进行测量，有效节约整车测试资源，简化了测试的步骤。

本发明的有益效果是：

本发明的循环回路均可采用两种循环模式，一种是管道内循环，当循环开始并稳定之后，有管道内的水进行自循环，不再需要水箱内的水参与循环；第二种是外循环，水箱内的水通过水泵再次回到水箱，完成循环。

本发明测试***可根据不同的情况选择合适的循环进行测量，有效节约整车测试资源，简化了测试的步骤。

本发明通过测试台/***能够同时实现两种测试功能，实现不同流量下的精确测量，并提高节能，实现更节能的控制。

附图说明

图1为本发明整体结构前方视角结构图；

图2为本发明整体结构后方视角结构图；

图3为本发明单个循环局部结构图；

图4为本发明各循环结构示意图。

图中：外部整体框架1、第三待测水泵2、水泵入口管道3、第一待测水泵4、第二待测水泵5、出口压力传感器6、涡轮流量计前端管道7、涡轮流量计8、温度传感器9、水箱10、水箱出口处阀门11、水箱出口分流器12；第一流量控制电控阀门13、底部万向轮14、第二流量控制电控阀门15、第一接水箱入口三通接口16、第二接水箱入口三通接口17、第三接水箱入口三通接口18、第一循环切换阀门19、第二循环切换阀门20、第三循环切换阀门21、第一接水箱出口三通接口22、第二接水箱出口三通接口23、第三接水箱出口三通接口24、第一进口压力传感器25、第二进口压力传感器26、第三进口压力传感器27、循环回路接水箱出口三通28、三通接口上部分管路29、循环切换阀门30、接水箱入口三通接头31、三通接口上部分管路32。

具体实施方式

下面，将结合附图以及具体操作方式对本设计发明做出进一步的描述。

如图4所示，***包括至少一个测试回路，每个测试回路包括出口压力传感器、进口压力传感器、循环切换阀门、流量控制电控阀门、温度传感器、流量计、出口阀门、水箱和三通；待测水泵的出口经管路和流量控制电控阀门的入口连接，待测水泵和流量控制电控阀门之间的管路上设有出口压力传感器、流量计和温度传感器，流量控制电控阀门的出口和循环切换阀门的入口端连接，循环切换阀门的一个出口端和待测水泵的入口连接，待测水泵和循环切换阀门之间的管路上设有进口压力传感器；每个测试回路中的流量控制电控阀门的出口和循环切换阀门的入口端分别连接到三通的其中两端，三通的剩余一端和水箱的入口连接，水箱的出口经出口阀门连接到每个测试回路中的待测水泵和循环切换阀门之间的管路上。

循环回路安装有温度测量组件，并与上位机连接，循环切换阀门与上位机连接，由上位机控制阀门开合，并且记录数据。

循环切换阀门可以切换流通方向和流通管道，使得切换到将流量控制电控阀门和水箱之间连通或者流量控制电控阀门和待测水泵之间连通。当温度高于设定值，上位机控制循环切换阀门由流量控制电控阀门和待测水泵之间连通的“小循环”切换至将流量控制电控阀门和水箱之间连通的“大循环”。

水箱高于待测水泵、循环切换阀门、流量控制电控阀门之间的管路布置。

还包括上位机，出口压力传感器、进口压力传感器、温度传感器、流量计和待测水泵均连接到上位机，同时上位机分别连接到流量控制电控阀门、循环切换阀门。

由上位机接收温度传感器、流量计分别采集待测水泵的出水温度和流量，进而控制流量控制电控阀门、循环切换阀门工作。

由上位机接收出口压力传感器、进口压力传感器分别采集待测水泵的出口压力、待测水泵的进口压力，进而处理获得待测水泵的扬程、水力功率和效率。

具体实施设置了三条不同内径循环管路。

如图1和图2所示，包括外部整体框架1，外部整体框架1的四角安装均设有底部万向轮14，可根据需求，移动至合适的位置进行实验测量。

外部整体框架1上部安装有一个水箱10，第一待测水泵4、第二待测水泵5、第三待测水泵2均置于外部整体框架1的底部，水箱10位于第一待测水泵4、第二待测水泵5、第三待测水泵2的上方；

第一待测水泵4出口设有压力传感器6，第一待测水泵4的出口经带有涡轮流量计8、温度传感器9的涡轮流量计前端管道7连接到第一流量控制电控阀门13的入口，第一流量控制电控阀门13的出口和第一接水箱入口三通接口16的第一端连通，第一接水箱入口三通接口16的第二端和水箱10顶部连通，第一接水箱入口三通接口16的第三端和第一循环切换阀门19的一端连通，第一循环切换阀门19的另一端和第一接水箱出口三通接口22的第一端连通，第一接水箱出口三通接口22第二端和水箱10底部连通，第一接水箱出口三通接口22的第三端经水泵入口管道3和第一待测水泵4的入口连通，第一待测水泵4的入口侧设有第一进口压力传感器25；

第二待测水泵5出口设有压力传感器6，第二待测水泵5的出口经带有涡轮流量计8、温度传感器9的涡轮流量计前端管道7连接到第二流量控制电控阀门15的入口，第二流量控制电控阀门15的出口和第二接水箱入口三通接口17的第一端连通，第二接水箱入口三通接口17的第二端和水箱10顶部连通，第二接水箱入口三通接口17的第三端和第二循环切换阀门20的一端连通，第二循环切换阀门20的另一端和第二接水箱出口三通接口23的第一端连通，第二接水箱出口三通接口23第二端和水箱10底部连通，第二接水箱出口三通接口23的第三端经水泵入口管道3和第二待测水泵5的入口连通，第二待测水泵5的入口侧设有第二进口压力传感器26；

第三待测水泵2出口设有压力传感器6，第三待测水泵2的出口经带有涡轮流量计8、温度传感器9的涡轮流量计前端管道7连接到第三流量控制电控阀门的入口，第三流量控制电控阀门的出口和第三接水箱入口三通接口18的第一端连通，第三接水箱入口三通接口18的第二端和水箱10顶部连通，第三接水箱入口三通接口18的第三端和第二循环切换阀门20的一端连通，第二循环切换阀门20的另一端和第三接水箱出口三通接口24的第一端连通，第三接水箱出口三通接口24的第二端和水箱10底部连通，第三接水箱出口三通接口24的第三端经水泵入口管道3和第三待测水泵2的入口连通，第三待测水泵2的入口侧设有第三进口压力传感器27。

具体实施中，水箱10底部的出口连接水箱出口处阀门11，水箱出口处阀门11的出口经水箱出口分流器12分为不同内径的三路，三路分别和第一接水箱出口三通接口22、第二接水箱出口三通接口23、第三接水箱出口三通接口24的第二端，同时，水箱10顶部出口分别和第一接水箱入口三通接口16、第二接水箱入口三通接口17、第三接水箱入口三通接口18的第二端连接。

这样，具体实施的多路设置可以进行多个水泵同时测量，大大提高测量效率。水箱出口阀门每条回路有独立开关，防止其他管路影响测量。

第二接水箱入口三通接口17、第一循环切换阀门19、第一接水箱出口三通接口22、第一进口压力传感器25均为25mm口径；第一接水箱入口三通接口16、第二循环切换阀门20、第二接水箱出口三通接口23、第二进口压力传感器26均为38mm口径；第三接水箱入口三通接口18、第三循环切换阀门21、第三接水箱出口三通接口24、第三进口压力传感器27均为19mm口径。

单个循环局部结构如图3所示，水箱的底部经三通接口上部分管路29和循环回路接水箱出口三通28的第一端连通，循环回路接水箱出口三通28的第二端连接到待测水泵的入口，待测水泵的出口经带有流量计、温度传感器的管道连接到接水箱入口三通接头31的第一端，接水箱入口三通接头31的第二端经三通接口上部分管路32连接到水箱的顶部，接水箱入口三通接头31的第三端和循环切换阀门30和循环回路接水箱出口三通28的第三端连通。

本发明在循环回路中安装一个循环切换阀门，循环切换阀门打开时，循环切换阀门所在的循环回路看作是汽车冷却***的“小循环”回路，即管道内水参与循环，不经过水箱内；当循环切换阀门关闭时，循环回路可看作是汽车冷却***的“大循环”回路，管道内水流回水箱参与循环。

具体地，由上位机接收温度传感器采集的待测水泵的出水温度，并进行以下判断：

若出水温度高于预设的温度阈值时，水泵转速较低，则由上位机控制循环切换阀门关闭，使得待测水泵的出口流出的水经过水箱后再回到待测水泵的入口，形成“大循环”；

若出水温度不高于预设的温度阈值时，水泵转速较高，则由上位机控制循环切换阀门打开，由于水箱高度高于待测水泵所在的管路，水流均从循环切换阀门经过，而不从水箱经过，使得待测水泵的出口流出的水不经过水箱，仅经过管路回到待测水泵的入口，形成“小循环”。

循环切换阀门30，用来改变整个管道内液体的循环管路.

当循环切换阀门30打开时，水箱里的水会通过水泵进行内循环，不再返回水箱，此循环模式形成汽车冷却水的“小循环”***，当汽车刚刚启动或者启动不久，对散热的需求不高时，为合理利用能源，达到最合适的散热要求，会采用“小循环”模式，管道内的少量水进行内循环，达到散热的目的；

当温度传感器检测到冷却液温度达到设定值时，上位机控制循环切换阀门30闭合，会切换至外循环模式，水箱内的水通过水泵、压力传感器，流量传感器等部件再次返回水箱进行循环，形成“大循环”***。

水泵测试台架***用于测试水泵的各项性能：

将需要测试的水泵口径测量之后，安装在合适的循环管路当中，管道回路共有三种不同口径可以选择，分别为38mm口径，25mm口径和19mm口径的循环回路，循环回路如循环示意图3所示。

将水泵安装好后检查回路，各连接口是否正常连接牢固，将循环切换阀门和循环切换阀门处于完全打开状态；

进一步的，将水箱出口处的出口阀门打开，使水箱里的水源可以流进循环管道，并且等待水源充满管道，将管道内的空气排空；

进一步的，将直流电源的电压调制合适的电压值，以便于匹配水泵的额定电压，使其可以在安全电压下正常运行；

进一步的，将水泵的电源连接线接入到接线盒中，注意水泵电源线接头与接线盒内接线端要紧密接触，防止接触不良造成水泵运行故障；

进一步的，启动电源使水泵初步运行，排空管道内的剩余空气，减少内部存在空气而造成的误差，影响实验数据；

进一步的，关闭水泵，检查内部是否有剩余空气和管道是否密封正常，是否有接口处漏水现象，若一切正常即可准备测量水泵参数；

进一步的，打开电源水泵正常运行，此时，循环切换阀门处于打开状态，整个回路处于内循环，水泵入口压力、出口压力，通过进口压力传感器和出口压力传感器将进口压力P_in和出口压力P_out传输到上位机中记录；

通过涡轮流量传感器将测得的瞬时流量值传到电脑进行记录和分析；

电子水泵的扬程是表征电子水泵性能的另一个重要参数，可以用泵输送液体的高度来表示，相当于泵所抽送的单位重量液体从泵进口处到泵出口处能量的增值，即每1kg液体通过泵所获得的有效能量，用H表示，单位是N.m/N＝m。

按照以下公式计算扬程H：

其中，P_out、P_in为电子水泵的出水口的压力和入水口的压力，单位为Kpa；ρ为测试时电子水泵内的液体的密度，g为重力加速度。

按照以下公式计算水泵水力功率P，即水泵工作时传送液体消耗的有用功功率P：

P＝H×Q×g×ρ (2)

其中，Q表示流量计采集的流量；

按照以下公式计算水泵效率η：

其中，U表示电子水泵的输入电压，I表示电子水泵的输入电流；

进一步的，为了得到在不同流量情况下水泵的各个参数性能，通过上位机对流量控制电控阀门的开度进行调节，阀门开度调节从100％，90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％进行设定，以获得在每个不同流量下水泵的各项性能参数，从而进行绘制扬程和流量之间的关系曲线与效率和流量之间的关系曲线。

接下来，当水泵内循环回路的数据采集完毕后，控制上位机将流量电控阀门开度渐渐全部打开，随后模拟水温上升，使温度达到循环切换的设定值，上位机控制循环切换阀门处于关闭状态，管道内的水通过流量电控阀门后，重新流入水箱中，再由水箱流入水泵的进口压力采集器中，参与整个回路的循环，水泵循环由内循环模式切换到外循环模式。

进一步的水泵的进口压力传感器和出口压力传感器和流量传感器，将数据上传至上位机中进行记录分析，重复上一步的操作获得该循环状态下水泵的扬程与流量曲线和效率与流量曲线图。

根据具体实施模拟汽车冷却***中冷却的“大循环”和“小循环”，使得水泵在测试其各种水力参数的过程中，更加符合现实情况下的运行状况，并且获得的两种不同情况下的扬程和流量之间的关系曲线与效率和流量之间的关系曲线，对曲线上各个状态结合分析，寻求一个水泵效率和扬程的运行最优点，以最优运行点的状态控制水泵进行工作，提高效率，实现精确控制。

Claims (7)

1.一种车用电子水泵的测试***，其特征在于：所述的***包括至少一个测试回路，每个测试回路包括出口压力传感器、进口压力传感器、循环切换阀门、流量控制电控阀门、温度传感器和流量计；

待测水泵的出口经管路和流量控制电控阀门的入口连接，待测水泵和流量控制电控阀门之间的管路上设有出口压力传感器、流量计和温度传感器，流量控制电控阀门的出口和循环切换阀门的入口端连接，循环切换阀门的一个出口端和待测水泵的入口连接，待测水泵和循环切换阀门之间的管路上设有进口压力传感器；

水箱的底部经连通水箱出口的三通接口上部分管路和循环回路接水箱出口三通的第一端连通，循环回路接水箱出口三通的第二端连接到待测水泵的入口，待测水泵的出口经带有流量计、温度传感器的管道连接到接水箱入口三通接头的第一端，接水箱入口三通接头的第二端经三通接口上部分管路连接到水箱的顶部，接水箱入口三通接头的第三端和循环切换阀门连通，循环切换阀门和循环回路接水箱出口三通的第三端连通；

每条测试回路均采用两种循环模式，一种是管道内循环，当循环开始并稳定之后，有管道内的水进行自循环，不再需要水箱内的水参与循环；第二种是外循环，水箱内的水通过水泵再次回到水箱，完成循环；

所述测试***按照以下方法进行车用电子水泵优化控制和测试：

S1、通过出口压力传感器、进口压力传感器分别采集待测水泵的出口压力、待测水泵的进口压力，进而处理获得待测水泵的扬程、水力功率和效率；

S2、通过流量计分别采集待测水泵的流量；

S3、通过流量控制电控阀门调整经过待测水泵的流量，在不同流量下重复上述步骤S1-S2，进而处理获得待测水泵的流量、扬程和效率，进而绘制扬程和流量之间的关系曲线与效率和流量之间的关系曲线；

S4、根据获得的扬程和流量之间的关系曲线与效率和流量之间的关系曲线在曲线上找到最优的运行点，以运行点的状态控制水泵进行工作，提高效率，实现精确控制；

所述步骤S4具体为：首先在效率和流量之间的关系曲线中找到效率极大值点，作为初步运行点，将初步运行点对应的流量代入到扬程和流量之间的关系曲线中获得对应的扬程，判断扬程是否符合控制要求，根据控制要求调整扬程对应的流量，使得在满足扬程要求情况下能够找到最大效率对应的流量作为最优运行点的流量，施加到待测水泵的流量控制电控阀门上进行控制，实现待测水泵在最优运行点工作。

2.如权利要求1所述的一种车用电子水泵的测试***，其特征在于：

还包括了水箱出口处阀门；每个测试回路中的流量控制电控阀门的出口和循环切换阀门的入口端分别连接到接水箱入口三通接头的其中两端，接水箱入口三通接头的剩余一端和水箱的入口连接，水箱的出口经水箱出口处阀门连接到每个测试回路中的待测水泵和循环切换阀门之间的管路上。

3.如权利要求1所述的一种车用电子水泵的测试***，其特征在于：

所述的水箱的位置高于待测水泵、循环切换阀门、流量控制电控阀门之间的管路布置。

4.如权利要求1所述的一种车用电子水泵的测试***，其特征在于：

还包括上位机，出口压力传感器、进口压力传感器、温度传感器、流量计和待测水泵均连接到上位机，同时上位机分别连接到流量控制电控阀门、循环切换阀门。

5.如权利要求1所述的一种车用电子水泵的测试***，其特征在于：

所述水箱出口的水箱出口处阀门为可调节球阀。

6.如权利要求1所述的一种车用电子水泵的测试***，其特征在于：

所述水箱出口的水箱出口处阀门在出口处分流。

7.如权利要求4所述的一种车用电子水泵的测试***，其特征在于：

由上位机接收温度传感器采集的待测水泵的出水温度，并进行以下判断：

若出水温度高于预设的温度阈值时，水泵转速较低，则由上位机控制循环切换阀门关闭，使得待测水泵的出口流出的水经过水箱后再回到待测水泵的入口，形成“大循环”；

若出水温度不高于预设的温度阈值时，水泵转速较高，则由上位机控制循环切换阀门打开，使得待测水泵的出口流出的水不经过水箱，仅经过管路回到待测水泵的入口，形成“小循环”。