李航　辛慶鋒　吳海軍　高曉辰　張敬玉　金元麗

摘 要：電子真空泵工作時(shí)有兩部分產(chǎn)生熱量，一部分是電機(jī)消耗功率產(chǎn)生熱量，一個(gè)是泵體轉(zhuǎn)子摩擦定子產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生的熱量會(huì)擴(kuò)散傳遞到其他周邊部件，溫度在設(shè)計(jì)許用范圍內(nèi)是可行。但當(dāng)電子真空泵運(yùn)行時(shí)間控制不當(dāng)或者駕駛員頻繁踩踏板導(dǎo)致真空泵持續(xù)工作，熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷同時(shí)作用電子真空泵，就會(huì)導(dǎo)致電流持續(xù)上升，直至燒壞保險(xiǎn)絲，使電子真空泵無(wú)法工作。同時(shí)溫度過(guò)高，使內(nèi)部的PCB板、線束和周邊的真空軟管受高溫融化變形，使電子真空泵性能、壽命降低，電子真空泵是純電動(dòng)汽車(chē)的唯一真空源，如果電子真空泵不工作，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)剎車(chē)制動(dòng)，影響乘客和行人安全。本文以電子真空泵持續(xù)工作控制為例，對(duì)電子真空泵的持續(xù)工作控制進(jìn)行測(cè)試，在滿足制動(dòng)需求的前提下，對(duì)電子真空泵的溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間關(guān)系進(jìn)行了測(cè)試、分析，提出了電子真空泵的持續(xù)工作控制方法，為平臺(tái)車(chē)型的開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持！

關(guān)鍵詞：電子真空泵 持續(xù)工作控制 測(cè)試研究

Study On Continuous Operation Control Test of Electronic Vacuum Pump

Li Hang Xin Qingfeng Wu Haijun Gao Xiaocheng Zhang Jingyu Jin Yuanli

Abstract：When the electronic vacuum pump works， there are two parts to generate heat， one is generated by the power consumption of the motor， the other is generated by the friction between the rotor and the stator of the pump body. The heat generated will spread to other peripheral parts， and the temperature is feasible within the design allowable range. However， when the operation time of the electronic vacuum pump is not controlled properly or the driver frequently steps on the pedal， the vacuum pump will continue to work， and the thermal load and mechanical load act on the electronic vacuum pump at the same time. The current will continue to rise， until the fuse is burned out， so that the electronic vacuum pump cannot work. At the same time， the high temperature will melt and deform the internal PCB board， wiring harness and surrounding vacuum hose， and reduce the performance and service life of the electronic vacuum pump. The electronic vacuum pump is the only vacuum source of pure electric vehicles. If the electronic vacuum pump does not work， it will not be able to achieve braking， affecting the safety of passengers and pedestrians. Taking the continuous working control of electronic vacuum pump as an example， this paper tests the continuous working control of electronic vacuum pump， tests and analyzes the temperature current running time relationship of electronic vacuum pump on the premise of meeting the braking demand， and puts forward the continuous working control method of electronic vacuum pump， which provides technical support for the development of platform vehicle.

Key words：electric vehicle， continuous work control， matching test

1 前言

隨著國(guó)家對(duì)新能源汽車(chē)的支持，電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)呈現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，但快速增長(zhǎng)的背后存在諸多問(wèn)題，如制動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，某車(chē)型出現(xiàn)了電子真空泵壽命不足、真空泵與控制器不匹配等質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的召回事故。與傳統(tǒng)燃油車(chē)不同，電子真空泵作為純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)唯一真空源，電子真空泵無(wú)法正常運(yùn)行，真空助力器的助力效果失效，制動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)能力降低，嚴(yán)重影響行人安全，所以電動(dòng)真空泵的控制至關(guān)重要。

純電動(dòng)車(chē)運(yùn)行于城市道路，路況相對(duì)復(fù)雜，連續(xù)紅綠燈、堵車(chē)路況交替，真空系統(tǒng)漏氣等工況，會(huì)出現(xiàn)電子真空泵也持續(xù)工作的工況。葉片式電子真空泵工作時(shí)石墨定子與轉(zhuǎn)子摩擦生熱，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行溫升較大，到達(dá)一定值時(shí)就需進(jìn)行過(guò)持續(xù)工作控制，以免導(dǎo)致電子真空泵等部件過(guò)熱故障。本文對(duì)電子真空泵工作時(shí)的電流-熱量-運(yùn)行時(shí)間三者的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)試，研究在持續(xù)工作環(huán)境下電子真空泵的保護(hù)控制，對(duì)保護(hù)行人安全，降低安全風(fēng)險(xiǎn)提供了幫助。

2 電子真空泵的結(jié)構(gòu)和發(fā)熱原理

2.1 電子真空泵結(jié)構(gòu)與熱量的關(guān)系

電子真空泵分葉片式和膜片式兩種結(jié)構(gòu)，本文主要探討葉片式電子真空泵，部件中產(chǎn)生熱量的零件包括泵體葉片3、旋轉(zhuǎn)器4、泵環(huán)5和電機(jī)8，工作時(shí)泵體中的泵體葉片3以旋轉(zhuǎn)器4的中心軸線旋轉(zhuǎn)，葉片轉(zhuǎn)子因離心力的作用，葉片外端緊貼定子內(nèi)壁，與泵環(huán)5內(nèi)壁摩擦，產(chǎn)生熱量;直流電流通過(guò)碳刷將電源的正負(fù)極接通到換相器上，換相器則連通了轉(zhuǎn)子的三個(gè)線圈，線圈極性源源不斷的與外殼固定點(diǎn)磁線交替形成了方向一致的作用力而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，因電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與碳刷與定子固連在一起，工作時(shí)碳刷與換相器一直摩擦，產(chǎn)生熱量。同時(shí)對(duì)溫度較敏感的零件有消音蓋1、橡膠墊6、電纜7和電機(jī)中的PCB板， 溫度超出其材料許用值，會(huì)造成其性能降低影響電子真空泵抽氣效率、壽命等問(wèn)題。電子真空泵主要部件結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1，泵體葉片工作狀態(tài)示意見(jiàn)圖2。

2.2 電子真空泵工作狀態(tài)與熱量的關(guān)系

電子真空泵工作時(shí)將真空助力器中真空腔的空氣排出真空系統(tǒng)，使其獲得真空，隨著負(fù)壓的升高，空氣變得稀薄，電機(jī)負(fù)載功率也隨之增加，根據(jù)焦耳定律Q=UIt（Q指熱量，U指電壓，I指電流，t指時(shí)間）熱量與電流和工作時(shí)間成正比，負(fù)載增加，電流值上升，熱量也增加，當(dāng)電流上升至限定值時(shí)，會(huì)熔斷保險(xiǎn)絲，此時(shí)電子真空泵已無(wú)法工作，故電子真空泵的持續(xù)工作控制著重在電流、溫度與運(yùn)行時(shí)間關(guān)系上做測(cè)試研究。

3 電子真空泵溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間關(guān)系測(cè)試

3.1 電子真空泵溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間關(guān)系測(cè)試位置

溫度的測(cè)試采用溫度傳感器，在特定位置進(jìn)行測(cè)量，電子真空泵的泵體和電機(jī)是兩個(gè)發(fā)熱源，而對(duì)對(duì)溫度敏感度較高的部件有消音蓋①、泵環(huán)②、電機(jī)上蓋③、電機(jī)下蓋（PCB板部位）④，本文著重對(duì)該四個(gè)位置進(jìn)行測(cè)試，位置示意見(jiàn)圖3：

3.2 電子真空泵溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間關(guān)系測(cè)試條件

電子真空泵在正常的啟停真空度條件下的工作時(shí)間為3-6s，時(shí)間很短，真空泵的溫升不大，一般為40℃左右，汽車(chē)在連續(xù)制動(dòng)和真空泄露的工況下，電子真空泵會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，且時(shí)間較長(zhǎng)，但實(shí)際路況比較復(fù)雜，比較難定性各工況下電子真空泵實(shí)際運(yùn)行情況，上文提到的電子真空泵抽真空時(shí)，隨著空氣的抽出，真空泵負(fù)載上升，電流與溫度會(huì)持續(xù)升高，故本實(shí)驗(yàn)的方法是：

1）模擬真空系統(tǒng)封閉環(huán)境，電子真空泵在極限負(fù)載下持續(xù)運(yùn)行至極限壽命狀態(tài);

2）共取兩種不同結(jié)構(gòu)葉片式真空泵進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比產(chǎn)品在上述三者關(guān)系上的異同;

3）共測(cè)試電子真空泵4個(gè)不同位置的溫度值和一組電流值，均隨時(shí)間變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，記錄;

4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各位置溫度、電機(jī)電流的變化;

5）數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)搜集電流-溫度-運(yùn)行時(shí)間三者關(guān)系的數(shù)據(jù)，圖表分析溫度-電流-時(shí)間三者的關(guān)系，判斷電子真空泵最佳控制方法。

6）測(cè)試環(huán)境：初始溫度：室溫23℃，真空罐容積：5L，測(cè)試電壓：12V，額定電流：50A。

3.3 測(cè)試設(shè)備及部件

1.測(cè)試部件：電子真空泵

2.電源：KIKUSUI 1KW;

3.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：Graphtec GL820;

4.真空度傳感器：分辨率：0.001;

5.電流傳感器：ISO Block Current Type;

6.溫度傳感器：精度±1.5℃。

3.4 電子真空泵工作溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間關(guān)系測(cè)試

將電子真空泵、溫度傳感器、電流傳感器裝配于試驗(yàn)臺(tái)，設(shè)置電子真空泵的啟動(dòng)、停止值（停止值高于其抽真空能力值，使電子真空泵可持續(xù)工作），接入電源，按上述提供的方法進(jìn)行試驗(yàn)，采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搜集電流、溫度隨時(shí)間的變化情況，試驗(yàn)進(jìn)行至電子真空泵失效無(wú)法工作時(shí)結(jié)束。過(guò)程數(shù)據(jù)整理成關(guān)系曲線。具體見(jiàn)圖5、圖6、圖7和圖8。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果分析及控制方法

1.從溫度控制角度分析：在電子真空泵整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，溫度一直在上升，不同部位的溫度差異大，最高可達(dá)262.5℃。一般零部件在-40～120℃環(huán)境下能保持良好工作狀態(tài)，從圖5中可以看出，電子真空泵連續(xù)工作約10min時(shí)，4個(gè)位置的溫度達(dá)到了120℃，可初步判定電子真空泵極限工作10min后需做控制;

2.從電流控制角度分析：兩真空泵電流隨時(shí)間緩慢上升，但達(dá)到真空泵失效臨界點(diǎn)時(shí)，電流值急劇上升，此時(shí)時(shí)間約為35min，溫度約為220℃。從以上兩者的分析來(lái)看，控制溫度比控制電流更能對(duì)真空泵有效保護(hù)控制。

3.從真空系統(tǒng)匹配角度分析：根據(jù)測(cè)試，連續(xù)3次制動(dòng)，電子真空泵持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約為9.7s，再考慮真空泄露情況，真空泵連續(xù)工作時(shí)間約為120s;

根據(jù)以上信息真空泵設(shè)定連續(xù)工作10min后進(jìn)行持續(xù)工作控制，但實(shí)際真空泵在連續(xù)制動(dòng)和真空泄露的極限情況下，真空泵連續(xù)工作約為120s，最高溫度約為80℃，可確定在真空泵連續(xù)工作120s的時(shí)候進(jìn)行持續(xù)工作控制，控制方法確定后再進(jìn)行實(shí)際路試各工況下真空泵的運(yùn)行情況，進(jìn)行修正。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于對(duì)電子真空泵工作溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間三者關(guān)系的測(cè)試分析，證明了時(shí)間變量相同的情況下，溫度變化的影響高于電流變化對(duì)真空泵的影響，故電子真空泵的持續(xù)工作首先控制溫度與時(shí)間的關(guān)系，設(shè)定在電子真空泵連續(xù)工作120s時(shí)進(jìn)行了持續(xù)工作控制，防止電子真空泵因持續(xù)工作影響其壽命和性能。同時(shí)兩種結(jié)構(gòu)的真空泵工作的平均電流約為18A，一般其控制的繼電器熔斷電流值為25A也從側(cè)面證明了該電流熔斷值的合理性。

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作者簡(jiǎn)介

李航：（1986—），男，湖南邵陽(yáng)人，學(xué)士，主要從事制動(dòng)方面的研究。