电子真空泵环境试验机的设计与实现

0 引言

目前，国家正大力推进新能源汽车发展，据预测，中国2025年电动汽车销量将会达到150万辆。

传统汽车的刹车系统采用的是真空助力的方式，真空产生的主要来源是发动机，但是在电动汽车上，传统的汽油发动机已经被牵引电机替代，所以电动汽车刹车所需要的真空就需要有专门的器件来产生，电子真空泵的出现解决了电动汽车刹车所需真空的问题。同时，真空泵变成了唯一的真空来源，其质量好坏关系到驾乘人员的生命安全。

(四)对中国特色社会主义文化作了初步概括，奠定了中国特色社会主义文化是激励全党全国各族人民奋勇前进强大精神力量的初始基础

基于此，本文设计了以NI USB-6501和NI USB-6002数据采集卡为核心的真空泵环境试验系统平台，该测试系统可以通过模拟整车驾驶习惯和外界环境来测试真空泵的性能。

1 方案分析

图1所示为典型的真空制动系统原理图，真空泵安装在汽车底盘上与真空助力器连接。在汽车行驶过程中，当驾驶员踩制动踏板时，踩踏力通过制动踏板传递给真空助力器，真空助力器一般由两个腔（工作腔和真空腔）组成，通过两个腔不同的压力差，将踩踏力放大并推动液压主缸，进而将制动力分配到4个车轮，起到刹车的作用。当真空助力器里面的真空腔真空不足时，驾驶员的感觉就是踏板硬，刹车就需要用很大的踩踏力，且制动距离和时间会变长。在汽车高速运行时，这样驾驶会带来车毁人亡的风险。

现在几乎所有的汽车都安装了真空泵，当传感器检测到真空助力器真空腔真空不足时，发信号给整车ECU，ECU控制真空泵开始工作，提供刹车所需要的真空。由此可见，真空泵在整车制动中的作用是非常重要的。此外，真空泵安装的位置是在整车的底盘，除了正常温湿度下，泵的性能需要出色外，面对外界苛刻的环境变化，真空泵的性能也需要满足要求。本测试系统与温度箱配合使用，既能模拟整车可能处于的环境状态，又能通过一个30 L的真空罐来模拟真空泵工作时带负载的状态，图2为真空泵环境测试系统原理图。

图1 真空制动系统原理图

该试验设备需要一次性测试10台电子真空泵。为了模拟整车工作状态，需要将真空泵带负载运行。但如果每个真空泵都连接一个真空助力器来模拟刹车，那么测试设备将无比巨大，且不具备可操作性。因此，在该测试系统中，采用了一个30 L的真空罐来模拟真空助力器，让真空罐保持一定的真空度，那么每个真空泵通电测试时，都相当于带负载测试。当真空罐真空度小于48%时，节流阀开始工作，真空罐进气；当真空度等于50%，节流阀停止工作。同时，在每个真空泵之间，单向阀和电磁阀的组合应用，保证了每个泵的气路都各自独立，使得整个测试的数据更加准确、可靠。

2 测试要求

该测试系统是针对真空泵在整车上使用时，随着外界环境的变化，真空泵的性能是否会受影响。具体的时间要求如下：

（1）热剥落试验要求：

测试电压：（13.5±0.1）V。

泵单个过程循环时间：100 s（5 s开启，95 s关闭）。

温度从100 ℃以（1±0.2）K/min的速率降温到-40 ℃，保持2 h；从-40 ℃以（0.875±0.2）K/min的速率升温到100 ℃，保持1 h。

图2 真空泵环境测试系统原理

温度循环次数：40次。

（2）复合温湿度循环试验要求：

测试电压：（13.5±0.1）V。

近些年，国内学者采用不同的干旱指标对西北地区的干旱趋势加强了研究[3-6]，但研究多集中在年尺度上，对季节尺度上的变化特征研究的比较少，并且多数研究采用单一的干旱指数进行分析，较少采用两种以上指数分析来相互印证，同时以往的研究也缺少最近几年新的干旱趋势演变分析。本文在前人研究的基础上[7-18]，拟利用天峻县1961-2017年基本气象数据，采用相对湿润度指数(M指数)和标准化降水指数(SPI指数)对近57年天峻县春季干旱的变化趋势进行详细分析，期望对天峻县春季干旱的变化规律和发展趋势有进一步的认识，为牧业生产和防灾减灾提供科学依据。

相对湿度：（93±3）%。

泵单个过程循环时间：500 s（5 s开启，495 s关闭）。

温度从25 ℃升温到55 ℃的时间为3 h，保持9 h；从55 ℃降温到25 ℃的时间为3 h，保持9 h。

温度循环次数：7次。

3 硬件设计及选型

该测试系统使用对象为生产型企业，使用环境和操作人员比较复杂，高的性价比以及好的稳定性是硬件设计时要考虑的要素。

设计方案实现的硬件平台是研华工控机610L，根据专门的温度控制曲线进行编程，采用了NI USB-6002和NI USB-6501数据采集卡，自带数据采集、数据分析、故障诊断、故障报警功能，原理图如图3所示。

总之，目前学界对于马克思共产主义思想的理解更多地生成于对于文本的解读和其时代精神的诠释，思想理论的祛魅化阐释成效显著，已有成果较为全面地展现出马克思这一思想的本真性内涵和精神本质，为人们深入研究马克思哲学超越维度奠定了坚实的理论基础。

图3是硬件原理图，主要功能划分为：

（1）工控机+程控电源组成测试电路，用来控制真空泵的启停；

（2）工控机+NI USB-6501+24 V直流电源组成驱动电路，用来控制继电器、节流阀和电磁阀，驱动继电器线圈得电（进而起到控制真空泵的作用），驱动电磁阀得电（起到让真空泵带载工作的作用）；

首先，是要备好教学大纲。具体而言，教师要明确每一节课的教学目标和任务，做好每一节课的教学设计，并在其中做好每一个教学步骤的细化工作，布置好每一道例题的教学方案。此外，教师还当发散思维，设想到学生可能会问到哪类问题、课堂可能发生哪些突发状况，可以增加哪些形式的趣味环节，采用何种教学方法，怎样控场等。

图3 硬件原理图

（3）工控机+NI USB-6002组成数据采集电路，采集电流信号、电压信号和真空度信号。

从图3中可以看出，工控机通过RS232串口通信来控制温度箱的程序，从而达到试验所需的温度变化曲线。程控电源为所有被测试真空泵提供电力，因为真空泵运行时冲击电流比较大，故选择的是程控电源AMETEK DCS 20-60E。内置24 V的电源为硬件板卡的输入电源。系统采用电磁阀+节流阀+压力表+工控机的组合形成了一套真空度控制单元。当真空罐里面的真空度低于设定的压力值时，压力表将信号传递给工控机，工控机控制电磁阀工作，进而控制节流阀工作，使得真空罐里面的压力保持在（50±2）%。同时，工控机根据图1或者图2的时间循环，采用继电器的方式来控制真空泵工作，并根据真空罐里面真空度的变化情况来进行故障诊断，及时将泵的故障信息反馈给工控机，工控机根据故障信息停止真空泵工作，并在人机界面报警。

电压对电子真空泵的性能有非常大的影响，所以该测试系统对测试电压的要求比较严苛，故选择美国阿美特克（AMETEK）公司的程控电源AMETEK DCS 20-60E。该电源可输出电压最大为20 V，最大电流为60 A，足以满足测试真空泵的要求。此外，DCS 20-60E有电压、电流反馈线，一方面，可以通过反馈的电压信号对测试的真空泵进行电压补偿，使得测试真空泵的输入端得到稳定的电压值，用以确保测试的准确性；另一方面，可以通过反馈的电流信号来判断测试的真空泵是否出现异常，方便进行故障诊断。

2.1.1种源基地道真乌天麻种源在种植管理期间对湿度和温度的要求特别高，育种基地要选择在周边无环境污染，有足够的水源和原材料资源，且进行室内种植。

NI USB-6002数据采集卡，为全速USB设备，可用作8个单端模拟输入（AI），数模转换（ADC）分辨率为16位，最大采样率为50 kS/s。在该系统中，使用了其中的3个模拟量输入端口，用于采集程控电源的电压值、电流值以及真空罐的真空度值。

NI USB-6501数据采集卡，采用即插即用的USB连接，是一款便携式数字I/O设备，有24个DIO通道和一个32位的计数器。在该系统中，使用了10个数字通道来控制继电器，10个通道来控制电磁阀，2个通道来控制节流阀，以较低的成本进行可靠的数据采集和控制。

频谱分析技术主要是根据不同介质表面波传播频率不同的特性，针对检测对象的状态进行判断。将其应用在道路桥梁无损检测中，需要技术人员在结构表面施加一个瞬间垂直冲击力，产生一组瑞雷波面，这种波面是以振源作为中心，具备多种频率，通过在不同位置的锤击，检测人员可以得到不同的瑞雷波面信号，结合安装在相应位置的传感器，可以实现对瑞雷波频率的检测分析，继而实现测定不同深度分层介质力学参数的目的。相比较传统检测方法，频谱分析检测技术的检测速度更快、检测频率更高，能够用于路面或者桥梁不同分层介质厚度均匀性和层间接触情况的检测[4]。

蒋大伟无奈，将车子拐了个弯，从车兜里拿出手机，郑馨又警觉地：你要给谁打电话？蒋大伟悄悄按动110的号码，嘴上说道：你管得着吗？他故意扭捏作态地：小凤，亲爱的，我是大伟。手机接通后，他立刻换了腔调：110吗？我是个出租车司机。我现在有件事要求助，我车上拉了一位女顾客，她要到兰江大桥跳桥自杀，你们能救助一下吗？郑馨听到脸色变了，伸手去夺他的手机。蒋大伟躲闪着，手机里的声音：请你再说一遍！郑馨朝着手机喊：别听他瞎说！他是在开玩笑！手机挂断了。

4 软件设计

根据环境测试试验机的要求，本系统的软件模块结构如图4所示。在测试程序选择界面下，可分为以下4个模块：参数设置模块、子程序运行模块、数据采集模块和程序运行监控模块。

本设计中软件采用LabVIEW来编程，运用LabVIEW能方便运用多线程的优势对10组数据进行监控、采集和记录。每个执行系统保持一个活动任务队列，如果队列中的任务优先级相同，那么为每个任务分配一个CPU时间段。一个任务执行一定时间后就退到队列末尾，让后面等待的任务开始执行，执行完的任务退出队列。如果有的任务优先级高，它将不受排队的限制。主程序作为整个测试程序的开始和中止，具有最高的优先级，可以中断测试子线程。每一个测试按钮将开启一个新的子测试程序并激活一个定时器，同时相对应的真空泵进入测试状态，子测试程序将运行数据记录到相应的文件。如果出现异常情况，测试子程序将自动中断，人机界面出现报警，该路测试如何进行，重新测试还是停止该路测试，都需人工进行干预。

5 应用情况

图5为设备运行时的运行界面，左边界面中虚线代表设定的温度曲线，实线代表目前的温度曲线，可以看出，目前测试设备的温度控制严格按照试验前设定的曲线执行。右边的界面是测试真空泵运行时的电流以及真空罐真空度的数值记录界面。

通过分析可知，基于LTE技术和《RSSP-I安全协议》的互联互通CBTC系统车地安全通信方案符合相关标准推荐的安全相关通信系统架构，满足开放式通信系统的安全要求。目前，该方案已经在室内试验环境下完成测试验证，计划首次应用于呼和浩特地铁1号线和2号线互联互通CBTC信号系统工程项目。未来将通过上述项目的车地通信数据监控和分析进一步验证该方案实际应用的性能。

式(6)中，εj,k=y(k)-yj(k)，为当前时刻模型集中第j个子模型与实际被控对象输出的误差计算式，Pj,k为第j个控制器的条件匹配概率，由于历史信息很影响当前时刻的匹配情况，所以递推公式中包含了历史时刻的条件概率计算结果Pj,k-1；式中k为收敛系数，其值越大，算法收敛的速度就越快。从式(6)中可以看出，当模型集收敛到与对象相符合的未来时刻时，对应子模型的概率则为1，同时剔除当前匹配概率为零的模型。在此，设定一个非常小的正数δ，当Pj,k-1

目前该设备已经在公司投入使用，设备符合设计要求，安全达到了测试的目的，且满足了生产型企业对于设备物美价廉的要求。

6 结语

本文基于NI USB-6002和NI USB-6501数据采集卡，设计并实现了真空泵环境试验的测试系统平台，完成了包括驱动电路、ESD保护电路以及数据采集线路的整个硬件系统设计，并以串口通信为基础，在PC机上设计了上位机控制界面。该系统通过传感器输入数据，进行计算，完成真空泵的测试及实现简单的故障诊断功能，且具有效率高、成本低等特点，能够稳定可靠地应用于真空泵生产企业。

图4 软件模块结构图