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在 数学通道的应用(十三) 中，我们介绍了涡轮增压发动机空气流量(MAF)实际值的计算方法。在那之后我一直在思考关于DPF背压的问题，尤其是丰田提出的计算DPF再生效率的数学公式。 该公式指出，如果DPF没有堵塞故障，则DPF压差除以MAF的值应小于0.2。公式中还声明，使用的是路试期间所捕获的串行数据，且DPF温度稳定在450°C以上。 例如：MAF=25g/s，DPF压差=2kPa。因此：2/25=0.08 0.2,这意味DPF出现堵塞故障。 鉴于我们可以使用虹科Pico示波器来计算MAF，接下来我想测试一些不属于丰田车系的2.0升柴油发动机来检验上面这个公式。在开始检测DPF之前，需要注意以下三个变量： 1.我要用到WPS500X压力传感器，将WPS压力传感器安装在DPF之前，而不是像压差传感器那样跨接在DPF前后气管。 2.与公式声明有所不同，我测试时DPF的温度小于450°C。 3.同时还用另一个WPS500X测量进气歧管压力。 我们首先测试的是一个2.0L 四缸BMW320D车，通过数学通道 LowPass（freq（A），50）*（2.0 * 0.8）*（B+1）/2*1.223/60 来获得MAF（空气密度为1.223g/L）。对这个数学通道公式分段解释一下： LowPass（freq（A），50）可以计算出RPM，我们用A通道捕获了曲轴传感器信号波形。使用LowPass低通过滤可以得到“平滑的”RPM值，并且减少了曲轴缺失齿造成的尖峰波形。请注意，在图1和图2示例波形中，我们把A通道曲轴信号隐藏了，没有显示在软件界面上。 （2.0*0.8）中2.0表示发动机排量，0.8是此类涡轮增压柴油机的容积效率标准值（VE）。 *（B + 1），我们在通道B上用WPS测了进气歧管压力，之所以加1是因为MAF实际值需要用绝对压力计算得出。而WPS500X捕获的进气歧管压力是相对于大气压的压力值，因此我们需要增加1 bar以获得进气歧管压力绝对值。 /2*1.223/60 ，除以2是指曲轴每转一圈产生2次进气冲程，乘以1.223得到空气质量，最后除以60得到以g/s为单位的MAF值。 用于检测DPF再生效率还需要捕获以kPa为单位的排气压差，这也是我们刚刚提到的变量之一。我们是将WPS压力传感器安装在DPF之前而不是在DPF上，测量的是DPF前的排气背压。D通道就是使用WPS5测得的以bar为单位的排气背压波形，因为要转换单位为kPa，所以我们将通道D乘以100。 DPF再生效率计算公式为：DPF压差（kPa）/ MAF（gm/s）。所以综上，我们检测DPF再生效率的数学通道公式为：（D * 100）/（LowPass（freq（A），50）*（2.0 * 0.8）*（B + 1）/2*1.223/60）。之前提到过，该理论公式指出正常工作的DPF计算结果应该小于0.2，我们接着来看看图1的计算结果。 图1 BMW车DPF再生效率测试 正如图1所示，在大多数情况下再生效率公式的计算结果都低于“0.2”，但在WOT加速期间会略高于0.2（这很可能是上面提到的变量造成的）。事实上这辆车的性能一切正常，这跟上述计算结果是比较契合的。因此丰田提出的DPF背压/MAF=DPF再生效率的理论公式似乎有些逻辑。 接着我又测试了另一款2.0L柴油机，西雅特Alhambra车，发动机代码为BRT，和测试BMW时采用相同的连接方法（在进气歧管和DPF前各安装了一个WPS压力传感器）。 图2 西雅特车DPF再生效率测试 如图2所示，当使用相同的公式DPF背压/MAF=DPF再生效率计算时，在车辆加速过程中，计算结果高于0.2，仅从计算结果来看说明DPF再生效率很差！这就是我的疑问所在，实际上这两辆车在WOT条件下工作都非常良好，但是公式的计算结果却高于0.2，很可能前面提到的变量确实对计算结果产生了影响。 总而言之，我想通过这篇文章给大家分享一下这个理论。因为如果我们从扫描工具中获取串行数据，并直接使用串行数据计算DPF压差（kPa）除以MAF（g/s）会发现（图3），这个理论公式是可靠的，似乎可以用来判断DPF再生效率。 图3 串行数据 由图3可知，DPF压差15.894kPa/MAF值97.69g/s=0.163<0.2,计算结果表明DPF工作正常。希望上述例子对您有所帮助，如果有DPF压差这个数据，那么我们就不需要用WPS去测DPF前的排气背压了，这是因为DPF压差会更为准确。但是用虹科Pico示波器和WPS压力传感器去捕获这些数据，根据上述数学通道可以帮我们绘制出随时间变化的DPF再生效率曲线，这对我们观察和分析车辆的动态性能非常有价值。 作者：Steve Smith

最近有一些咨询关于电子换向电机（EC）燃油泵运行和诊断方面的问题，我认为这是一个很好的主题，因此在这里分享给大家。 EC的工作原理我们必须学习和掌握，EC在未来可以通过三相电机为混合动力汽车或者纯电动汽车供电。 长话短说，这里有一个3.0升V6的汽油车 奥迪SQ5，发动机代码为CWGD，出现燃油泵（G6）燃油压力不足的问题。 请注意，燃油泵G6集成在燃油输送装置总成中，组合成了燃油供给单元（GX1），然后安装在燃油箱内。燃油泵通过外部燃油泵控制单元（J538）进行控制， 在该单元中实现了从直流电到三相交流电的转换 。 要记住的是，在任何负载情况下，我们都 要求燃油泵能够从油箱输送足够多的燃油到发动机 。 图1中我们连接了Pico示波器4823，将出现故障的燃油泵上的三相电压和电流信号都捕获下来。 图1 各相电压和电流 那么，为什么要在燃油泵上采用如此复杂的控制系统呢？ 性能、有限控制、可靠性和耐用性都是这个问题的答案。除了支承轴承之外，这种电机几乎不会磨损。 由于没有电刷，因此运动的电机部件之间没有接触。这样就消除了有害摩擦和电弧。（这类电机称为BLDC，无刷直流电机） 有刷电机通常会出现磨损和电弧(火花)，如图2和图3所示。 图 2 有刷电机出现磨损 图3 有刷电机出现火花 除了上面我介绍的一些EC电动机原理，您还可以看下面这个讲解视频： 无刷直流电机工作原理_哔哩哔哩_bilibili 要使电机里的转子旋转，我们需要在定子周围产生一个旋转磁场，转子将跟着这个磁场旋转。如果将转子连接到泵件，则可以将旋转运动转换成为物理压力。 这个工作原理适用于所有应用，无论是将EC电机连接到变速箱、车轮还是输出轴都是可以的。 在图4中，我们放大了波形，分析泵/电动机运行期间电压和电流的变化。 请注意看通道A、B和C的电压是如何在0 V时出现截止的，但是这个时候电流却是反向的！ 图4 电压电流对应关系 我们捕获到的直流电压信号并不能说明所有的问题，因为我们测量的是对地电压。实际上图中电压信号是反向的，这是为了将通道D、E和F捕获的各相绕组电流反向。 如果您希望捕获负电压，则需要使用差分探头测你想知道的那个相。尤其是在测试高压系统时，会要用到差分探头，而且要确保您受过适当的培训并配备相关的防护装备。 综上所述，通过测量“电流”，能够以非侵入式的方式揭示整个电机的工作情况，并提供一些数据作为证据。测量电流可以显示出： 电机的其他运行特性 磁场/线圈绕组是否完好 电机/泵的动作 控制电路是否正常 电机的频率/转速 电机负载情况 这里我提一下， 磁场对电压和电流确实是有影响的 。最好的一个例子是，在测量喷油嘴电流时会出现一个转折点。在图5中，我们捕获了针阀刚开始时的动作（喷油嘴打开），然后线圈绕组周围的磁场发生了变化（ 因此导致电流信号出现转折 ），并且在针阀返回到阀座时（喷油嘴关闭） 再次产生了感应电压 （反电动势）。 图5 喷油嘴电压和电流 那么这与我们的BLDC电机有什么关系呢？ 图6里的波形显示了，在正的峰值电流和负的峰值电流之间有一段电流为零，转子磁极与定子磁极分别是“N极”和“S极”。 图6 确定转子位置 在图6中A通道信号上的每个起点和终点附近，灰色矩形框内电压信号比较特别（每一段电压信号具有相同的特性）。相电压信号是电流从通电到断电过程中，在绕组内所产生的感应电压，燃油泵控制器根据这个电压来确定转子的位置，不需要加多一个旋转变压器或霍尔效应式位置传感器就可以确定转子的位置。 知道转子的位置对于确定定子绕组的通电顺序以及产生旋转磁场（EC）至关重要。 请注意，由于上述原因，我们无法在每个电压相末端看到反向的感应电压（请参见图4下方的段落介绍）。也就是说，我们可以在末端看到一个间隙，但是在这段间隙中， 负电压出现的时间很短暂，瞬间就消失了 。 还有一点，在我们进行数学运算之前，要注意电源频率与转子/泵转动频率之间的关系。 图7 电源频率和转子转动频率的关系 电源频率和电机（转子/泵）转动频率的关系和磁极对数有关 ，磁极对数=转子极数/2。 假设我们的泵包含一个4极转子（1对N极和1对S极），因此转子磁极对数为4/2=2。也就是说，4极转子的电源频率除以2就是转子的转动频率。换句话说，对于4极转子，需要2个电源周期才能让转子转一圈。 如果您不知道转子的极数，可以使用光学传感器捕获电机转动频率信号（条件允许的情况下），同时还用示波器捕获三相中某一相的电流。 然后在电机的一个转动周期内，算出某一相电流信号的周期数，再乘以2得出转子极数。图8通过上述方法计算出三相电机的转子极数是30。 图8 计算转子极数 请注意，由于减速齿轮等原因，转子可能没有直接连接到光学传感器上，导致转子转动频率捕获不准确，这肯定会造成转子极数的计算错误。 现在我们回到有故障的燃油泵， 我们可以从图1捕获的原始数据中得到什么信息呢？ 使用数学通道LowPass（（abs（D）+ abs（E）+ abs（F））* 0.333,50）， 以确定燃油泵所消耗的平均电流 （包括所有三相的电流）。 LowPass可以使交流纹波变得平滑，也就是低通滤波； （abs（D）+ abs（E）+ abs（F））* 0.333是三相整流的平均电流值； 50是指低通滤波的频率（50Hz）。 为了计算转子/泵的转速，使用数学通道60*2*freq（D）/ 4（60*2*电源频率/转子极数）。 60是将Hz转换为RPM；由于交流电存在正负，所以需要乘以2；除以4是因为我们的转子有4极。 注意：转子/泵的转速取决于电源频率和转子极数。 增加电源频率会提高转速，但会降低扭矩。 增加转子极数会降低转速，但会增加转矩。 图9 故障燃油泵 在上方图9中，可以看到这个燃油泵以10000 rpm的固定转速运行，消耗的平均电流为7.6A。 现在，将其与图10中新的正常的燃油泵所捕获的波形进行对比。 图10 正常燃油泵 肯定是有区别的。查看图10中燃油泵的转速和消耗电流， 空载时转速约3200rpm和电流为5.4A 。另外要注意的是，时间标尺之间的电流频率（D通道）降低到了109.1 Hz，从而导致了泵的转速降低。当燃油泵在最大负载工况下工作时，转速约7787rpm，所耗电流为10.4A。 总结一下，新的燃油泵转速在3200rpm时电流保持在5.4 A，这是为了无负载的工况下保持足够的燃油压力（电流较小，转速较低，以获得足够的燃油压力）。 由于燃油压力不足，旧的燃油泵则是电流为7.6A，以10000rpm的转速在运转。 可以肯定的是，测量电流可以揭示燃油泵的工作情况，这在图10中燃油泵在有负载下的波形里体现得非常明显。 那么，旧的燃油泵出现了什么问题呢？ 请记住，压力的作用方向与燃油流动方向相反。图9中捕获的燃油泵信号表明，泵在10000 rpm的转速下输送燃油， 但是这些燃油去了哪里？ 我们接下来看看集成在燃油供给单元（GX1）里的燃油压力调节器的膜片。 图11 膜片破裂 燃油压力调节器内的膜片出现破裂，因此导致大部分燃油流回到了油箱，而不是沿着燃油管输送到发动机舱，这就是旧燃油泵的故障根源。 作者：Steve Smith

在我们推出4425A示波器PicoBNC+电阻测试线的介绍视频之后，有人提出了可不可以用4425示波器测量电阻这个问题。 这绝对是有可能的。我们必须了解正在测量的电路，捕获电压和电流信号（在有负载的情况下）， 并使用欧姆定律来计算电阻。 图1是一个典型示例，我们在Maths is Cool第一篇文章中介绍过了起动机的电压和电流。 图1 电阻数学通道 电路完好，而且在负载下能捕获到电压和电流，这种条件下测量电阻是没问题的。但是， 如果把组件从电路上取下，要怎么测量该组件的电阻呢 ？ 您可以通过创建一个分压电路，然后在PicoScope软件中测量电阻。 在下面的示例中，我用到了一个10kΩ的面板安装电阻器（额定功率为25 W）和一个12V的电源（准确地说是13.81 V）。 图2 分压电路 A通道接在10kΩ、25W电阻之前，测量的是相对于地面的电源电压。 B通道测量的是未知电阻“R”两端的电压（V2）。 根据我们对串联电阻工作原理（10kΩ和R串联）的了解，流经它们的电流相同，但是串联会导致分压。 要记住的是，V1和V2的总和等于总的电源电压。 通过数学通道，我们现在可以计算出未知电压V1和未知电阻R。 图3 测试15Ω电阻 在图3中，在连接到B通道测试线上的信号线和接地线之间放置了一个15Ω的电阻，使用PicoScope软件准确地测量出了这个15Ω的电阻。因此证明了，我们可以测量出从电路上取下的组件的电阻值。 在图4中，我们将15Ω电阻换成了2200Ω电阻，并使用数学通道准确测量出了电阻值。 图4 测试2200Ω电阻 在图5中，我们将2200Ω电阻换成了120Ω电阻。 图5 测试120Ω电阻 在图6中，将120Ω电阻换成了0.1Ω电阻。 图6 测试0.1Ω电阻 上面几个例子中，虽然我们使用的电阻器工作正常，但是当组件电阻（R）逐渐增大时会出现相互作用的情况（在使用这种类型的分压电路时）。 我上面描述的方法能够测量高达50kΩ左右的电阻元件，但是由于示波器与分压电路并联， 因此在测量大电阻时，示波器的阻抗会影响测量精度 。 测量0.1KΩ、10KΩ、100KΩ和1MΩ等已知电阻时，我们可以通过使用数学通道V2/V1来解决精度问题，然后创建一个自定义探针以反映电阻值。这样肯定能够测出准确的电阻值， 但是测100KΩ和1MΩ的电阻时，精度会受到影响 。 不过对于4225A和4425A示波器的用户而言，不会存在这些问题。因为在使用 PicoBNC+电阻测试线 时，已经考虑到了所有电阻级别的计算，精度和缩放比例等等。 您可以用箱体外壳和一个带有4mm香蕉插头的10kΩ电阻器做一条电阻测试线，以简化连接。如果这样做的话，就需要根据流过分压电路的电流来计算电阻，并且在电流流过的地方，必须考虑到电阻的额定功率大小。 电路闭合，R=0Ω时，电流大小为：13.81V/10000Ω=0.001381A（1mA） 功率=13.81V*0.001381A=0.01907161W（19mW） 或功率=13.81*13.81/10000=0.01907161W（19mW） 使用额定功率为25W的绕线面板安装电阻器也是很好的选择，但是使用质量更轻、价格更便宜的电阻器性价比会更高，不过功率会相对较低。 同样地，可以选择使用小于10kΩ的电阻器。 但是请记住，如果将电阻减半，电流会增加一倍！ 例如使用5kΩ电阻器，电路闭合，R=0Ω，电流大小为：13.81V/5000Ω=0.002762A（2mA） 功率=13.81V*0.002762A=0.03814322W（38mW） 或功率=13.81*13.81/5000=0.03814322W（38mW） 最后要注意的是， 电阻R处断路（电阻无穷大）会导致数学通道上的波形发生变化，因为会有一个小电流流过分压电路！ 如图7所示，数学通道的量程已经修改，最大显示为100kΩ。但理论上，当电阻R断路时，电阻值应该是无穷大的。 图7 电阻R断路 希望以上信息可以帮助您在4425示波器上绘制出电阻的波形，但是我也希望能找到这种方法的不足和问题，然后结合新的电阻测试线和4x25A示波器改善不足的地方。 作者：Steve Smith

作为远程技术指导人员，下面这个功能对你来说可能非常有帮助。 在PicoScope 7 软件的文件保存格式里，通常选择的是类型，容易忽略其他实用的保存文件类型，下面我们介绍类型。 PS 数据文件：保存的文件包括了采集的波形和软件界面的设置； PS 设置文件：仅仅是软件界面的设置的保存。 我们将下面波形图保存为格式类型。 在中，我们是看不到采集的波形了，只看到软件里所用到的设置配置。 仔细观察，无论是时基大小、标尺所在位置、量程大小，相位标尺位置等等，都一一和中一模一样。 所以，作为远程技术指导人员，我们可以充分利用这个功能，让远程操作人员快速采集所需的波形，而无需他们花时间去设置软件界面。 远程操作人员只要打开你提供的这个，他只需要点击软件运行，即可采集波形。 例如，我作为主机厂的技术人员，4S店请求技术支援，我只需要将软件界面设置成我需要的配置（便于分析波形的配置），然后保存，并将文件发给4S店工作人员，他们只需连接好设备，运行软件，保持反馈给我即可，这样可以节省双方很多沟通成本。 这个PS 数据文件大小有114MB，但是PS 设置文件大小仅有8KB（这也是PS 设置文件只保存了软件界面的设置的缘故）。