0 引言
西安某汽车电子企业制造的EKP油泵产品线，从开始制造到现在，总共已经生产了将近一千万个油泵，并且都顺利交到了用户手中。在油泵的检测标准里，有一个特别重要的检测项目，那就是压力的波动情况。一直以来，关于压力波动情况的检测流程以及计算方式，都被国外的公司当作技术秘密来保护。本文着重阐述压力波动的原理和检测手段，为研制油泵功能自动检测生产线奠定基础。
1 压力脉动机理
1.1 液压泵的压力脉动
液压泵依据其运作原理，泵体内部空间在工作时保持封闭状态，工作容量随时间周期性改变，从而实现吸油与排油的功能。因此，其瞬时排油量呈现波动特征，导致泵的出口处油量出现起伏变化。当这些油量波动遭遇系统管道的阻碍时，便会转化为压力的波动现象；而压力的波动在一定条件下又会反过来引发油量的波动。通常情况下，压力与油量的波动会同时存在，并且相互之间产生作用影响。
西安某汽车电子有限公司西安厂制造的油泵系列产品，采用的是叶片式油压系统，运作方式见图1。
图1 叶片泵工作示意图
小容腔的油液会在转子转动某个角度区间内排空，这个区间就是叶片从1点扫到2点的范围。排油时，油泵通常会经历困油到排油的变化过程。当容腔刚进入排油区，转子在dt时间内会转过dφ的微小角度。此时，排油口排出的压力油体积很小，正好等于叶片1′点扫过的dφ角所形成的扇形体积dV。叶片的宽度为b，
dV=b(R21- r2)dφ (1)
不过当叶片滴油接近完毕之际，滚子同样旋动了dφ那么一点，叶片从2′方位到2点之间划过的dφ度扇形空间体积是dV′，因此
dV′=b(R′21-r2)dφ (2)
定子内部轮廓线并非恒定半径，R1大于R′1，因此dV的增量超过d V′。叶片形成的空腔在排出区域内的排油体积是不均衡的，流量随之出现周期性变化，排油时的压力也相应地发生波动。
1.2 压力脉动的特征
压力脉动随叶片转动角度而呈现正弦式的周期性变化，这种波动过程可以看作是近似周期性的压力脉动，其标准压力曲线展示在图2中。
图2 准周期性压力脉动曲线
用公式可表示为：
P=Asin(2πft+σ) (3)
压力脉动参数数学描述
当叶片泵泵转子旋转过，其瞬时流量可以表示为：
其中，油泵运行过程大致能看成一个闭环传递系统，可以用公式四来描述，
其中，S=JW，式(4)可以写为：
其频率特性为：
同样有：
另一方面，液压泵在吸油时，如果混入很多空气，气泡会严重影响液流运行，导致流量和压力出现波动，当含气泡的液流流到高压区域，周围的高压会促使气泡快速破裂，局部会形成极高的压力冲击，进而引发压力的快速变化、设备的抖动以及声响。
2 测试系统组成
该测试系统的构建中，液压部分的稳固程度，以及压力波动信息获取的时刻，都极大关系到最后压力波动量的测定结果。本方案运用分时段调控机制对供油管路实施转换，具体操作为，首先精准调控使油泵正常通电进行初步清洗，将泵体内部杂质先行排出，同步对泵腔进行清洁并注入检测液体，接着在保持通电状态下将管路转换至检测通道，同步施加油泵正常运转所需压力，待整个供油系统运行平稳后，采集压力信号值。测试系统液体通路构造示意图参见图3。
图3 测试系统液路
运用双通道压力感应装置，一个通道负责为压力PID控制提供信号，另一个通道用于执行PID控制后的压力检测。通过这种方式，压力感应器能够快速完成压力的调整，同时实现相互比对，确保系统压力的稳定可靠。压力感应器应尽可能安装在油泵的排油端附近，以便准确捕捉油泵工作期间产生的压力波动现象。此外，在压力感应设备后面连接一条3米长的柔性传输管道，旨在消除管道本身产生的张力对油泵压力波动的不良作用。
本系统借助美国国家仪器公司的高性能数据采集设备获取信息，该设备负责收集数据，采集启动时间设定在油泵稳定运行五秒之后，确保油泵运行状态平稳，同时避免油路系统因持续工作导致油液补充不及时的情况发生
3 测试系统功能及硬件构架
3.1 测试系统原理
测试系统由多个部分构成，包括核心控制设备，信息收集单元，信号处理单元，数字输入输出单元，资料保留装置，以及电力连接设备。
测试系统电气原理框图如图4所示。
图4 测试系统框图
该电气转接箱内置为负载油泵供电的电源装置,设有压力放大的部件,还配备电路转换时必须使用的连接器。
油泵运转正常时，压力的实时数据由压力感应装置获取，该装置内含滤波单元和数据获取单元，这两部分均由美国国家仪器公司提供，整体设备拥有IP67级别的防护能力。
3.2 测试系统功能实现
测试系统设备如图5所示。
图5 测试系统设备
压力脉动仅由压力传感器在剔除直流部分后的交流变化量决定，因此信号滤波方法非常重要。依据油泵的转速和压力特点，本文选用10赫兹到4千赫兹的硬件带通滤波器，对压力传感器产生的电压信号进行加工，目的是消除信号里混入的低频和高频部分，以便得到准确的脉动压力数据。压力脉动信号借助动态信号采集设备完成每秒一万次的采样，随后利用软件执行分析运算，最终得出压力波动的具体数值。
压力脉动信号采集方式如图6所示：
图6 压力脉动采集方式
运用高频信号捕捉来获取滤波信号中的信息，接着进行深入的研究，目的是保证计算压力波动的准确性。
测试与分析软件界面如图7所示。
图7 测试分析软件
4 结论
本文针对油泵在运行时压力波动的检测流程及检测手段展开探讨。着重阐述了压力波动形成的因素和作用原理，随后构建了一套完整的验证装置，同时成功完成了配套软件与硬件系统的构建。借助这套检测设备开展的学术分析，为后续研发油泵测试自动化生产线提供了坚实的理论支撑。