插拔试验论文

插拔试验论文（精选6篇）

插拔试验论文 篇1

0 引言

随着航天工程、电子通信工程的发展,电连接器作为传递电信号和电能的基础元件,在系统中的运用越来越广。而实现电连接器连接功能的是集成在电连接器绝缘体内部的多对接触件,任何一对接触件的接触失效都会对整个系统的可靠性造成影响,所以,研究和开发高可靠性的电连接器接触件,对提高系统的可靠性具有至关重要的作用。

据美国对航天失效故障率的统计,由电子元器件引起的故障占40%,而其中大约20%~30%来自电连接器的失效[1]。目前对电连接器接触可靠性的研究,主要集中在建立接触电阻模型、影响因素及失效机理和接触可靠性试验研究等方面[2,3,4,5,6]。通过对其工作环境下的失效模式和失效机理进行分析,并结合可靠性试验,在所建立的统计模型的基础上,对电连接器接触寿命进行评估。

接触件的可靠性取决于接触件的设计、工艺、制造、管理、原材料性能和工作环境等多种因素。因此,分析接触件的结构对接触情况和接触可靠性的影响,对于提高电连接器的可靠性有着重要的意义。文献[7-8]通过理论分析与试验,研究了插针头部不同形状对接触件插拔力的影响,并对插针头部进行了局部优化。文献[9-10]采用有限元仿真与实验相结合的方法,研究了接触面粗糙度对汽车用铜合金电连接器接触件的接触电阻的影响。文献[11]对电连接器中呈结构不对称形状的接触簧片进行了仿真,得到了其根部应力的分布情况,并以根部应力最小为目标函数,进行了结构优化。

但是,针对接触件簧片结构参数对接触情况和可靠性的影响,以及接触件的插拔过程中插拔力变化情况的研究较少。为此,本文对电连接器的接触件结构进行力学分析和接触情况研究;通过有限元仿真,分析各结构参数对接触情况和接触可靠性的影响;并通过插拔试验,研究插拔力随插入过程的实际变化情况,为设计高可靠性的电连接器接触件提供方法和依据。

1 接触件结构力学分析与接触情况研究

1.1 接触件结构力学分析

圆柱式开槽接触件是最常用的电连接器接触件,如图1所示。插针与插孔插合时,依靠插孔簧片结构发生弹性变形产生接触压力。为具体分析簧片结构参数与接触压力的关系,可将圆柱式开槽接触件简化成图2所示的悬臂梁结构(L为悬臂梁长度,δ为挠度,F为接触压力),其产生的接触压力F满足下式:

式中,E为弹性模量;I为横截面的惯性矩。

插合时,接触件接触面之间的力由两部分组成,如图3所示,其中Ft为摩擦力,Fn为法向接触压力,接触面之间的摩擦因数记为μ,则有Ft=μFn。插针的插入力记为Fi,则接触件在三个力的作用下达到力学平衡,如图3a所示;进一步根据力学分析可得,插孔弹性变形产生的接触压力F和插入力Fi的关系式如下:

式中,α为摩擦力与接触件轴线的夹角。

用r1和r2分别表示插针头部球体半径和插孔内孔倒角半径,并结合图4进行分析。

α初始值α0为

α随插入量s的变化值为

结合图4可以得到,当插入量为s时,插孔产生的挠度为

结合式(1)和式(2),可以计算出接触件的插入力随插入量的变化趋势。

1.2 接触件接触情况研究

接触件的实际接触情况如图5所示,可根据一般情况的赫兹接触理论[12]对其进行接触面积分析计算,椭圆形接触面积的长短半轴计算公式分别为

式中,F为接触压力,μ1、μ2分别为两种材料的泊松比;E1、E2分别为两种材料的弹性模量;β、γ为与B/A有关的系数,可以从文献[12]中查得;R1、R′1为插针在接触点附近处的主曲率半径;R2、R′2为插孔在接触点附近处的主曲率半径;φ为曲率半径为R1和R2的两法面之间的夹角。

对于型号为YF8的分离脱离电连接器中的14#双片簧接触件(外径为2mm),其尺寸参数为:插孔外半径R=1mm,内孔半径为r=0.55mm,开槽长度(即簧片悬臂长度)L=5mm,开槽宽度为m=0.5mm,插孔倒角r1=0.3mm,插针半径r2=0.5mm;插孔簧片的收口量一般为f=0.15mm,则在插针完全插入时,插孔簧片产生的挠度为δ=r2-r+f=0.1mm。接触件材料为铍青铜,其中μ1=μ2=0.34,E1=E2=110GPa。从而可计算得:长轴2a=0.2426mm,短轴2b=0.0373mm。

因为b<<a,与实际接触情况不符合,需对b的计算结果进行修正。若将a的值作为固定值,可将接触模型进一步简化为两个圆柱正交的形式,如图6所示。对于该特殊的接触模型,可得到更简单的接触椭圆方程为

式中,C为常数。

根据上文取值,R2=r1=0.3mm,R1=r2=0.5mm。考虑到实际接触情况,应有a>b,故

由此可得:2b=0.1456mm。

参数a和b是通过两步计算出来的,一致性差,为解决该问题,可假设参数b已知的情况下,将模型进一步简化为图7所示的模型,即相互平行的圆柱体和圆柱凹面接触的形式,圆柱长度为2b。同样,按照赫兹接触理论,可得接触面的接触尺寸关系式为

式中,p为线载荷密度,p=F/(2b)。

同样,可求得2a=0.1682mm。

为得到比较稳定的长短轴值,可对上述接触模型分析计算过程进行循环求解,迭代的结果为:

经过插合的接触件,在接触表面会留下磨损痕迹,观测痕迹的情况,即可得到接触面积的实际情况。图8所示为上述14#插孔和插针,经过多次插合后,其稳定的磨损痕迹在电镜下的观测结果;其中明亮斑点是接触点,可以看出明亮斑点近似椭圆形,长轴大约为0.2mm,短轴大约为0.1mm,这与上述计算方法的计算结果接近。

2 电连接器接触件有限元仿真分析

以上述14#接触件为仿真对象,由于接触件为对称结构,取插针和插孔头部结构的1/4(每个簧片的1/2)进行建模,结果如图9所示。

根据上述材料参数,设置材料的弹性模量和泊松比。设定插孔的内表面和倒角面为接触面,设定插针的圆柱面和头部球面为目标面。接触类型为非对称摩擦接触,摩擦因数为0.13。采用高阶三维十节点的Solid 187实体单元对模型进行网格划分。为保证计算精度和收敛性,接触面的网格划分相对较密,划分结果如图10和图11所示。

因为不计惯性力和阻尼,所以采用非线性的静态结构仿真模块进行仿真,且计算过程选择为大变形分析。在插孔的根部施加固定约束,在插针顶部施加一个轴向的插入位移,在插针和插孔的对称面上施加无摩擦对称约束。根据结构分析,插拔力在插合的过程中会出现一个峰值,为保证收敛性,结合出现峰值的位置将载荷步分为两步,两子载荷步位移大小均为0.35mm。

图12所示为接触件插合时接触情况的仿真结果,由于只选取插孔簧片的1/2进行建模,所以可以看出接触区域近似1/2椭圆形,与上述观测结果相吻合。仿真结果中接触区域的长短轴大小如图12b所示,长轴结果接近0.2mm,短轴结果接近0.1mm,与电镜下的观测结果接近。

在对接触件材料进行强度分析时采用第四强度理论,应力对应为有限元软件里面的等效应力。图13所示为插孔簧片整体应力和簧片根部的应力分布情况。从图中可以看出,在根部的边缘部位应力较大,接近或超过材料的屈服极限280MPa,材料将发生塑性变形。但是,图中应力较大的部分所占比例较小,仅为根部边缘的结构突变部分;且从图中可以看出,在边缘处应力等高线较为密集,说明应力变化较快,这是由于应力集中造成的,在设计过程中应尽可能减少该现象的发生。

图14所示为接触件应力和簧片根部应力分布的非线性材料仿真结果,簧片根部应力的最大值为289.26MPa,大于材料的屈服极限280MPa,边缘部位的材料已经发生塑性变形;但结合应力云图中的等高线,基本上其他部位应力均小于材料屈服极限,材料均未发生塑性变形。

由于接触压力测量比较困难,故经常通过插拔力来间接判断接触压力。图15为接触压力随插入量的变化趋势图。由图可见,三次计算结果的变化趋势相同,且偏差较小,这说明根部的塑性变形对接触件的接触压力影响较小。接触压力的稳定值出现在插针头部刚好完全插入以后,即大约在0.35~0.4mm处。在插入量大于0.4mm时,接触压力稳定,说明插针的头部已全部进入插孔内部。考虑了材料非线性的接触压力仿真结果相对较小,这是由于接触件簧片的根部发生了塑性变形。由于插孔倒角的存在,插孔的有效悬臂长度减小,而结构分析过程中,假定悬臂长度不变,所以计算结果较弹性仿真分析结果略小。

图16所示为插入力随插入量的变化趋势,对于三种分析结果,可得到与接触压力基本相同的对比效果;但插入力的最大值出现在插入量约为0.2mm处。接触件在插合过程中,塑性变形对接触件的接触面有一定的影响,所以塑性分析的最大插入力较大。

为分析各尺寸参数对接触情况的具体影响程度,表1给出了各尺寸参数对输出参数指标的局部灵敏度。可以看出,插孔簧片长度和厚度对最大插入力、插入力稳定值和接触面应变均有较大的影响,只是它们与参数的相关性相反。收口量对结果参数也有明显的影响,且为正相关,但收口量过大会造成加工时根部应力集中和残余应力严重,影响接触可靠性,所以要尽可能地减小收口量。开槽宽度对接触件的最大插入力、插入力稳定值和接触面应变也有一定的影响,但插孔倒角对接触件的接触性能影响较小,可以结合实际加工情况进行选取。各结构参数对插拔力的灵敏度相对较高,即对结果的影响主要表现在对最大插入力和插入力稳定值的影响上。

3 接触件插拔试验与结果分析

为与上述理论分析和仿真结果进行对比,对型号为YF8的电连接器中14#双簧片接触件(φ2mm)进行插拔试验。图17所示为插拔力试验结果,插拔力在插入过程中的变化趋势与前面的理论分析和仿真结果相一致。试验结果中的插入力最大值也是出现在插入量大约为0.2mm处,最大插入力为4.56N;同样在插头全部进入插孔时,插拔力趋于稳定值2.03N。

接触压力与摩擦因数无关,仅与接触件簧片的变形有关,通过理论计算得到的接触件接触压力稳定值为7.72N;结合试验得到的插入力稳定值,可得到接触件间的摩擦因数为0.1295。现将仿真分析时的摩擦因数更正为0.1295,重新进行有限元仿真。同样由于摩擦因数对接触压力没有影响,其仿真结果和上述相同,而得到的接触件插拔力的试验结果、仿真结果和理论计算结果对比如图18所示,试验结果与塑性仿真结果最接近。

4 结论

(1)本文以电连接器接触件为研究对象,对接触件结构进行了力学分析,建立了接触压力、插拔力接触件与结构参数之间的关系;基于赫兹接触理论,提出了接触件接触面积的迭代计算方法,提高了计算精度,为进行接触件的接触情况分析提供了理论依据。

(2)建立了接触件的参数化有限元接触模型,并利用ANSYS软件对接触件的插拔过程进行了运动仿真,分析了接触件的应力分布情况;通过对接触件各个关键参数的参数化,得到了各参数对接触情况影响的灵敏度,确定了影响接触件接触性能的关键参数,为接触件结构的优化设计提供了依据。

(3)对接触件进行了插拔试验,分析了接触件插入过程中插拔力的变化情况,与理论分析和仿真结果进行了对比;验证了提出的理论分析、仿真计算方法的可行性,为设计高可靠性的电连接器接触件提供了依据。

摘要：为了提高电连接器的接触可靠性,针对电连接器接触件,进行结构力学分析与接触情况研究,提出了一种接触件接触面积的迭代计算方法;建立了接触件的参数化有限元模型,并利用ANSYS软件对接触件的接触情况进行了运动仿真,得到了接触件插拔过程中接触压力、插拔力的变化情况和应力分布情况。通过对有限元模型的参数化仿真,得到了各结构参数对接触状态的灵敏度,确定了影响接触状态的关键参数。通过对接触件的插拔试验,验证了提出的理论分析、仿真计算方法的可行性。

关键词：电连接器,接触件,接触可靠性,有限元分析,插拔试验

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基于CORBA的可插拔协议研究 篇2

基于以上应用背景,SCA采用标准化的软件构件思想,能够有效提高无线通信系统的软件复用程度,节省新产品的设计开发成本,缩短了新技术验证和实现周期,是构建通信信号信息处理系统的理想解决方案。从屏蔽底硬件平台和具体通信机制差异、增加软件复用程度出发,SCA规范建议系统中所有的波形组件均使用标准的CORBA协议进行通信。然而,现有的CORBA实现大多将着眼点放在大型、分布式网络环境中,仅能够对使用TCP/IP协议进行通信的双方提供很好的支持。但另一方面,在很多无线通信系统,尤其是嵌入式通信终端中,为满足实际功能要求,不同处理器之间很可能会使用多种通信机制,在这些系统中,如何使用CORBA协议实现组件之间的相互调用,以维护系统的规范性,就成为当前SCA系统中急需解决的关键性问题。从实际项目需求出发,本文在深入研究CORBA可插拔协议框架的基础上,提出了对CORBA进行修改,使之支持PCI传输协议的完整策略和具体的实现方法。

1 SCA嵌入式平台体系结构

该软件无线电平台遵循SCA规范,使用模块化的硬件体系结构和软件体系结构对系统中所有硬件设备和软件进行有效管理。平台核心处理器中运行核心框架、设备管理器、资源管理器、域管理器等SCA关键组件,其目的是实现对波形组件的加载、运行、卸载等工作能够完全屏蔽硬件设备的差异,最大限度的实现波形组件的可移植和可复用性。但由于该嵌入式平台使用PCI总线进行通信,因此必须重点解决在CORBA可插拔协议框架内实现对PCI传输协议的有效支持的问题。

1.1 SCA嵌入式平台硬件结构

本项目所开发的嵌入式通信平台根据目前最新的SCA 2.2.2规范[1]进行设计,系统硬件结构如图1所示。

SCA嵌入式平台封装于工控机箱中,平台中的PCI板卡分为主控板和信号处理板。主控板的关键器件是一块X86 CPU,其主要作用是对整个系统进行控制和管理;每块信号处理板上分配配有一块CPU和4块FPGA,FPGA中运行波形组件,完成一系列的通信信号处理功能,而CPU则主要负责接收来自主控板上的控制命令,实现波形的动态加载、装配、运行和参数控制等功能。所有板卡之间的通信均在PCI总线上实现。

1.2 SCA嵌入式平台软件体系结构

该无线电信号处理系统的软件部署方案如图2示。每块PCI插卡以及局域网上的每台PC机都可以作为一个独立的信号处理单元,整个SCA软件在CORBA中间件的支持下分布式地运行在这些处理单元上[2]。主控板上的SCA核心框架是一系列标准的CORBA接口,它定义了域配置管理所必需的各种接口和波形应用开发所必需的接口核心集,为各种软件组件的部署、配置、管理、连接等功能提供服务。主控板通过操作设备代理、波形代理等标准CORBA接口向各PCI插卡上的核心器件动态加载算法,以实现中频变换、基带处理等功能,从而摆脱了传统的功能单一的硬件设计结构。

2 CORBA的基本通信机制

由于本项目嵌入式平台中不同板卡之间仅能通过PCI总线进行通信,为了维护系统的规范性、提高波形组件接口的规范化,必须解决如何在PCI总线上传递标准CORBA通信数据的问题。为此,有必要对CORBA通信机制进行深入研究。

CORBA可以屏蔽底层硬件接口的差异,系统可以通过它来调用底层硬件为上层提供服务。CORBA包括一套标准的语言、接口和协议,以支持异构分布应用程序间的互操作性及独立于平台和编程语言的对象重用[3]。实现了客户端与服务对象的完全分开,客户端不需要了解服务对象的实现过程以及具体位置。其结构如图3所示。

客户机使用由对象接口定义文件编译的静态存根或动态调用接口向应用程序提出请求,这个请求被直接传送到ORB核心。该核心通过网络传送到与服务器应用程序相连的服务器ORB核心,并将请求分配给对象适配器,产生目标对象。目标对象的伺服程序会被对象适配器分配客户端提出的请求,最后,伺服程序执行客户机的请求后,将结果返回。至此,CORBA通信过程完成。

CORBA的核心是对象请求代理(ORB),它提供对象定位、对象激活和对象通讯的透明机制。服务器端产生可互操作对象引用(IOR),它是一个数据结构,由类型标识Repository ID和框架文件组profiles组成。如图4所示。

它提供了关于类型、协议支持和可用ORB服务的信息。Repository ID是一个字符串,位于IOR的开头,用于标识IOR的类型;框架文件组profiles的成员是带标签的框架文件对象TaggedProfile,包含Endpoin Info和Object Key。它包含了定位由该IOR所表示的对象所需的全部信息,包括使用的网络协议、版本号、远程对象所在的主机名、通信的端口号以及该对象的关键值等。IOR的每一个profiles序列成员代表一种本地对象所指定的协议的描述,它和对象键值的组合可以定位所使用的服务器端的对象。IOR的典型结构如下:

该结构给出了一个IOR所必须的两个要素:type_id、profiles。type_id字符串提供了Repository ID格式中的IOR接口类型,如:IDL:acme.com/CCS/TempType:1.0。profiles包含一些列的TaggedProfile成员。该配置文件序列由使用的协议指定,对应于目标对象所支持的每种协议。通过分析IOR数据得到TaggedProfile成员的具体结构如下:

tag值为0或1,分别代表可插拔协议在CORBA中定义的两种结构类型。profile_data包含要建立与实现这个对象的服务器物理连接的ORB所需的全部信息,包括使用的网络协议、版本号、远程对象所在的主机名、通信的端口号以及该对象的关键值等。它指定了使用何种协议,并包含了适用于某一具体传输的物理寻址信息。profile_data的大部分信息已经标准化了,但是其对象密钥(object_key)包含了专有信息,这些信息如何准确的组织和使用取决于ORB。所有的ORB都允许服务器创建引用时,在密钥内嵌入一个应用程序专用的对象标识符,由服务器端ORB使用,每次收到请求后,对象适配器来标识服务器的目标对象[4]。profile_data的结构成员component包含本地代码集的信息,当客户端和服务器端的本机代码集相同时,不需要转换,本机代码集直接用于传输;当本机代码集不相同时,就要检验转换代码集,经过转换后用于传输[5]。假设客户端和服务器端的代码集信息如表1所示(这里仅指char代码集,并且仅用于在IDL中描述为char的数据)。

客户端的ORB首先比较客户端和服务器端的本机代码集。如果它们是全等的,那么传输和本机代码集是相同的,不需要转换。在本例中,它们是不同的,所以需要代码集的转换。然后,客户端的ORB查看服务器的本机代码集eucJP是否是该客户端支持的转换代码集之一。它是,所以eucJP被选择为传输代码集,由客户端(亦即其ORB)完成去到和来自其本机代码集的转换,SJIS,到eucJP。要注意,客户端可能首先必须把它的描述为char的(或是wchar_t)所有数据从进程代码转换到SJIS。以上是服务端产生的IOR数据结构及其包含的全部信息。

客户端发出要求服务的请求,而对象则提供服务,ORB把请求发送给对象、把输出值返回给客户端。ORB的服务对客户而言是透明的,客户端不知道对象驻留在网络中何处,也不知道对象是如何通讯、如何实现以及如何执行的,只要它拥有对某对象的对象引用,就可以向该对象发出服务请求[6]。从这一过程可以看出,使用CORBA进行通信,客户端和服务器端程序的编写者是不需要了解具体的通信细节的,因此可以在很大程度上实现波形应用与底层硬件的无关性,这一特点与SCA系统所要实现的目标是一致的,这也是CORBA能够得到SCA规范所采纳的原因。

3 支持PCI总线的CORBA可插拔协议的实现

3.1 CORBA可插拔协议

由于实际系统中连接不同平台、不同处理器、不同组件之间的连接方式是多种多样的,已有的CORBA实现代码不可能对任意的连接方式提供支持。因此,在很多情况下,都需要根据实际系统的特殊应用需要,对已有的CORBA实现进行修改。总的说来,要实现CORBA对一种特定传输协议的支持,可以采用两种技术路线:第一种,是在SCA平台上开发一种新的可插拔协议,定义接口实现对PCI总线协议的支持,但这种方法需要修改的代码量很多,实现难度较大;第二种,可以按照CORBA可插拔协议,遵循一套固定的实现方法,此方法只需在可插拔协议框架中的Acceptor,Connector,Connection Handler,Protocol Factory,Profile,Endpoint,Transport等现有基础上进行修改即可,因此涉及的内容较少,实现起来较为方便。因此,根据本项目的实际需要,我们首先选择TAO[7]为平台提供CORBA支持,然后在TAO的可插拔协议框架的基础上,对CORBA中几个关键组件进行了修改,在较短时间内增加了对PCI传输协议的支持,经过实际验证,性能完全满足要求。下面,对TAO的可插拔协议框架进行具体介绍。

TAO可插拔协议框架的核心是一个基于模式的面向对象的设计.它采用的是逻辑通讯组件层分离策略,定义了通用框架接口并且实现了支持不同内部ORB协议的组件,可以配置或重新配置定制的协议而无须对ORB进行全局地改变。TAO的可插拔协议框架主要由Acceptor,Connector,Connection Handler,Protocol Factory,Profile,Transport等几部分组成。其中Profile是基于CORBA的IOR定义的,它封装了所有创建和解析一个特定协议的IOR所需的全部方法和成员;在ORB启动服务时,Protocol Factory负责根据给定的可插拔协议在服务端创建一个Acceptor,监听客户端发来的连接请求。同时为每个客户端启动一个Connector。当客户端涉及对象时,ORB必须获得相应IOR的profile列表。该profile被选定后,connector注册会将一个具体的connector实例与相应的profile类型进行匹配并向ORB发出连接请求。而Acceptor一旦监听到由客户的连接请求,就将它送给ORB进行处理。只要连接关系确立,客户端与服务端就可以通过可插拔协议进行数据通信。

3.2 支持PCI传输协议的CORBA实现方法。

在本项目中,每块PCI板卡的地址由事先烧写到E2PROM的一个32位数字进行全局唯一的标识。当有一块信号处理板卡插入到工控机的PCI插槽上时,运行在主控板Windows系统中的PCI驱动程序能够立即检测到,进而对信号处理板上的PCI接口芯片9054的配置寄存器进行一系列的读写操作。这一过程完成之后,驱动程序就获得了当前信号处理板卡的地址标识符以及存储器数量、映射地址、容量等信息,依靠这些信息即可在应用程序的控制下完成对信号处理板的数据读写和控制。

为了使CORBA通信能够在PCI总线上实现,我们利用TAO的可插拔协议框架主要进行了以下工作:由于TAO可插拔协议框架提供如TAO_Acceptor,TAO_Connector等抽象基类,且TAO可插拔协议各个类都必须从TAO的抽象基类中继承而来[8],因此,可以通过修改TAO可插拔协议框架代码来实现支持PCI传输协议。具体工作如下:第一步,选定TAO已成熟的DIOP协议为基础来进行修改。安装TAO之后,在TAO根目录下搜索文件名和文件内容包含“DIOP”的所有文件。第二步,将查找到的该目录下所有DIOP协议实现文件复制,然后更改其文件名“DIOP”为“PCIIOP”,同时更改各文件内容中“DIOP”为“PCIIOP”。第三步,将PCIIOP协议添加到TAO的框架中,使之支持PCI传输协议。具体添加内容如下:

在文件Default_Protocols_Hooks.h中添加如下语句:

添加上述内容的目的是建立钩子函数,使得当有报文需要通过PCI总线发送或接收时,可以调用下层的PCI驱动程序。

在TAO的ORB配置文件orbconf.h中添加如下语句,从而将PCIIOP协议添加到TAO的体系结构中:

在ORB_Constants.h中添加如下语句:

这条语句的意义是在TAO的常量定义文件中,定义PCIIOP协议的标签,该标签是一个全部唯一的值,用于区分不同的协议。该标签值通常出现在IOP文件和GIOP报文中,当解析器发现该标签值,即可知道相应的发送端支持PCIIOP协议。

实际上,TAO已经在文件Tags.html中预先将0x54414f06"TAO�x06"当作Compact PCI bus总线数据的标签。

当完成上述工作后使用下面的命令可将PCIIOP协议加载到ORB中:

添加以上文件后,重新编译时发现能够在TAO中支持PCIIOP协议。

3.3 支持PCI总线的可插拔协议实现的关键环节

服务端必须产生一个IOR,它将包含所有可能的inter-ORB和transport-protocol-specific profile,使得对象可以被访问到。当服务器端启动时会立刻调用TAO_PCIIOP_Acceptor类的open函数,通过该函数会传递给TAO_PCIIOP_Acceptor类一个ACE_Reactor类的指针;open函数进一步调用open_i函数。在该函数中实例化了TAO_PCIIOP_Connection_Handler,然后调用ACE_Reactor类的register_handler函数来注册TAO_PCIIOP_Connection_Handler类。open_i函数最后将TAO_PCIIOP_Connection_Handler与ACE_IPC_SAP类型的handle_联系在一起,使得每当SOCKET接收到报文,就会调用TAO_PCIIOP_Connection_Handler类的handle_input函数进行接收。

TAO_Acceptor类的open函数作用是初始化Acceptor,分析指定的协议并创建endpoint对象传递给Acceptor。TAO_Acceptor类的create_mprofile函数作用是创建指定协议的Profile对象并且把该profile传递给TAO_MProfile object。执行create_mprofile几乎可以完整的建立TAO的可插拔协议。该函数所定义的内容包含一个可插拔协议的版本号、地址信息、对象键值、所使用的数据代码集等信息,这些信息是服务端产生的IOR文件的重要组成部分。

PCIIOP协议要实现支持PCI总线传输,需要将PCI设备的地址写入IOR文件中,客户端只要对IOR文件进行解析,就可以正确定位到每个PCI设备。因此,首先要在TAO_PCIIOP_Endpoint类的构造函数里定义一个char类型的DriverNum变量,如果使用固定的寻址信息,可在构造函数中直接赋值。其次,需要在TAO_PCIIOP_Endpoint类中定义一个用以调用DriverNum的函数。该函数的返回值即在构造函数中定义的DriverNum值。最后在TAO_PCIIOP_Profile类中利用create_profile_body函数调用encap.write_octe(this->endpoint_.DriverNum())将DriverNum函数封装到IOR文件中。

由于基于TAO可插拔协议框架开发新的协议要求定义API函数来安装ESIOP及其传输依赖的组件,因此,需要事先定义好支持PCI驱动函数API接口函数,并在调试之前把#include"CPCI_API.h"命令写进TAO_PCIIOP_Transport.cpp和Connection_handler cpp的头文件中,同时要把PMC_DLL.dll,PMC_DLL.lib两个文件复制到要调试的文件下,并在program argument添加PMC_DLL.dl库已备调用。

4 PCIIOP协议分析验证

当协议定义完成之后,对协议的验证工作在整个协议开发的过程中同样具有相当的地位。通过对协议代码的调试可以发现程序中的不足和错误,在不断的出错、查错和改错的过程中,不断地积累经验,完善整个程序,从而使该协议可以很好的实现预期的目标。

通过熟悉SCA体系结构和PCI总线通信的基本知识,在前面工作的基础上已经在TAO的可插拔协议框架中添加了PCIIOP协议,为了验证该协议的可行性,下面将在项目平台上对服务器端和客户端的实现分别进行分析和验证。

4.1 服务端寻址信息的实现验证

考虑到IOR文件中包含了网络协议、版本号、对象键值、寻址等重要的信息,是完成CORBA通信的关键。因此,将IOR文件作为重点来进行验证。通过前面的分析可知,TAO可插拔协议框架中是使用-ORBEndpoint选项来直接传递指定寻址信息的,可以通过对-ORBEndpoint的具体修改来改变IOR文件中PCI总线设备的地址信息。从而在IOR文件中体现出可自主选择的PCI总线设备地址。

例如,要想获取7号设备的信息,可以通过将-ORBEndpoint构造函数中的DriverNum值赋为7来实现,具体办法如下:

经过上述的设置,开启服务后,在服务器端产生的IOR文件中可以看到,已经将选定的寻址信息写入了IOR文件中,如图5所示:

4.2 客户端发送数据

客户端的发送数据工作是由TAO_PCIIOP_Transport类的send来完成的。send函数定义如下:

服务器端创建了IOR后,客户端的ORB会获取到该文件并进行解析,获取相应的寻址信息即DriverNum。得到的DriverNum会被赋值给TAO_PCIIOP_Endpoint类的DriverNum函数,这样客户端在发送请求报文就可以准确的发送到服务器端指定的设备中。开启客户端后,在远端可以使用ChipScope软件来获取数据的发送情况。客户端在发送数据时,send函数会调用如下句柄:HANDLE hDevice=CPCI_OpenDeviceHandle(DriverNum)来打开PCI设备进行接收数据[9]。在send函数中设置断点,可以实时监控数据的发送情况。当数据发送完毕,在ChipScope软件中可以观察到客户端发送出来的请求报文的全部内容。如图6、7所示:(红色标出的部分代表GIOP版本为1.2)

5 结束语

SCA是一个功能强大的框架,它实现了可变的、可重用的基于组件的应用程序。其采用的中间件CORBA有着良好的开放性和扩展性。加之PCI总线具有高数据传输率、独立于处理器、支持多个外设等独特性能,被广泛的应用在现今主流产品中,因此开发支持PCI总线的CORBA可插拔协议具备广阔的应用前景。

参考文献

[1]Modular Software-Programmable Radio Consortium.Support and Rationale Document for the Software Communications Architecture Specification(v2.2.2).[R].Washington:JTRS Joint Program Office,2006.

[2]雍婷.基于SCA规范的PCI设备驱动设计与实现[D].国防科学技术大学,2006.

[3]Henning M,Vinoski S.基于C++的CORBA高级编程[M].徐金梧,徐科,吕志民,等,译.北京:清华大学出版社,2000.

[4]李方,张虹.GIOP协议和CORBA的性能优化[J].微计算机信息,2006,22(7):3.

[5]韦乐平,薛君敖,孟洛明.CORBA系统结构、原理与规范[M].北京:电子工业出版,2000.

[6]Douglas C,Chris Cleeland Applying a Pattern Language to Develop Extensible ORB Middleware[J].IEEE Communications Magazine Special Issue,1999,37(4).

[7]曾远方,韩元杰.基于TAO的CORBA程序设计[J].计算机与现代化,2003.

[8]袁可亮,范建华,李晓光.基于PCI总线的ESIOP的设计与实现[J].山西电子技术,2007(2):36-37,45.

插拔试验论文 篇3

在工业和日常使用中, 在没有断电的情况下, 热插拔技术作为一种非常灵活的方式, 来接入或者移除设备外围的扩展硬件设备, 其中USB接口就是一个最典型的应用。与USB接口相比, 当接入的硬件电路板具有更好的电压和更高的电容, 这将消耗更多的能量, 在这种情况下, 对于热插拔来说, 就会有更高的要求了。最危险的是, 连接线上的浪涌电流对主板电源冲击太大, 很可能损坏主板系统或者是附属电路板;另一个风险是, 插拔时在信号线上产生的瞬间的电压变化, 致使主电路板上的处理器复位或者中断, 所以设计热插拔保护电路就显得非常重要了。

目前, 用于大负载的热插拔解决方案是比较少的;本文就是要提出解决这一问题的解决方案, 通过测试验证和实际的应用, 证明了这是一个有效的和可靠的解决方案。

对于相对大的负载, 在目前使用的热插拔解决方案中通常具有以下三个特点[1]-[6]:

(1) 在热插拔技术中, 如果仅仅考虑电源线, 在这种情况下, 主板可以提供高电压, 并限制高的浪涌电流, 但不能解决热插拔中的信号问题, 这是常用的解决方案,

(2) 如果仅仅考虑热插拔过程中的信号问题, 在这种情况下, 主板可以和从板通讯, 但不向从板提供电源, 所以这种方案需要为从板单独提供电源。

(3) 如果要实现电源和信号同时工作的热插拔技术, 通常需要使用特殊的连接器和特别的插拔方式;例如PCI卡, 主板要有专用的插槽, 从板的插板要求垂直插入卡槽。

针对目前的热插拔技术, 对于我提出的解决方案, 其优点是我们可以提供的功率和信号同时进行的热插拔功能, 也不需要使用专用连接器插和特殊的插入方式;我们只需要使用的一般的连接器, 如简单的板对板连接器, 甚至可以采用板对线的连接;这样我们就可以把从板安装在主板上, 或者是把从板和主板平行放置都可以, 总之这是一种非常灵活方便的热插拔方式。

1 系统结构

1.1 系统工作示意图

在主板系统运行的过程中从板是可以插拔的, 下面的两个示意图说明了热插拔保护电路的基本原理:根据图2所示, 很明显, 我们采取了对于+12V电源线和信号线的不同的保护策略:芯片tps2421-2是用来限制+12V涌流;芯片sn74cb3q6800用于保护信号线。

1.2 系统保护实现原理

TPS2421-2芯片具有多个可编程保护功能。负载保护完成由非限流故障阈值, 是由一个电流限制和报错定时器组成。当在故障定时器运行期间, 不会导致负载上的电压有明显的下降, 电流双阈值允许系统拉低短时间的电流脉冲, 磁盘驱动器启动就是一个应用。这种技术对于负载瞬间的高负载的保护是非常理想的, 但这要考虑到保护水平符合他们的平均牵引电流[7]-[8]。

在芯片报错周期, 当瞬间电路达到门槛值的1.25倍时, 芯片进入电流限制模式, 报错定时器保持工作。当电流超过门槛电流的1.6倍时, 芯片TPS2421-2在不等待报错定时器的前提下, 立即关掉负载电流, 具有5W功率上限的内部MOSFET管也会关闭。

对于芯片sn74cb3q6800, 在电源电压VCC或En_N没有上电的情况下, Signal B线将由VBIAS源预充电;通常我们提供的VCC中等电压作为Vbias。当VCC上电以及En_N被使能时, 该芯片断开Vbias和Signal B间的连接, 接通信号Signal B和信号Signal A.

我们可以从图3和图4中了解预充电过程

1.3 TPS2421-2介绍

TPS2421-2的典型应用结构如图5所示

1.3.1 瞬间保护

在TPS2421-2中断在线电流时, 输入电感在输入回路中产生一个正的电压峰值, 输出电感在输出回路中产生一个负的电压峰值。如果不采取措施来解决这个问题, 这样的瞬变很容易超过供应的两倍电压, 解决瞬态高电压的典型的方法有如下几种:

在输入回路中增加电压抑制器 (TVS) 吸收感性尖峰。

在输出回路汇中增加肖特基二极管来吸收负尖峰

用陶瓷和电解电容器来吸收输入和输出回路中的峰值能量。

使用PCB铺低来吸收能量。

计算峰值电压的公式如下所示:

其中

VNOM是正常的供电电压;

ILOAD是负载电流;

C是TPS2421-2输入和输出回路上的电容;

L是电源或负载的有效电感

计算直的连接线的电感公式如下:

其中

L是连接线的长度;

D是连接线的直径。

如果单用电容无法消除瞬间峰值, 就需要考虑用TVS管来消除。

1.3.2 TPS2421-2应用设计

用TPS2421-2设计12V电源来保护热插拔磁盘驱动器。12 V规格的磁盘驱动器的工作电流约1A, 典型的转动电流约2A, 选择一个2.5A设置ISET允许工作电流和启动电流有一定的余量来满足要求。典型电路图如图6所示

用公式 (3) 来计算RISET的大小:

因为ISET满足运行电流, 设置定时器来额外的电容充电, 大约时间为20ms, 用公式 (4) 计算电容的大小

2 测试验证

2.1 测试条件:

主板MCU:mcf54451单片机;从板MCU:MSP430F5418;连接器信号+12V, GND;其中S1;S1是两个板单片机之间的信号线, 并在测试中, 我们设置MCF54451这边的信号作为输出信号, MSP430F5418这边作为输入信号

负载:从板电阻130Ω, 电容170uf;

TPS2421-2故障电流:3.2A;

TPS2421-2故障时间:18.3ms。

2.2 测试结果。

+12V电源线:在图7中, 显示有+12V电源线的电流的波形;从板上的Vout波形;PG_N信号的波形, PG_N是芯片TPS2421-2的一个引脚, Vct的波形图, Vct是芯片TPS2421-2的另一个引脚。

信号线:在信号线S1取了三个测试点, 如图8所示:

S1_h, 主板线路上的信号;

S1_m, 这是从板上在连接器和sn74cb3q6800段之间的信号;

S1_s, 这是从板上在SN74cb3q6800和MSP430f5418连线上的信号;

用示波器分别测得下列信号, PG_N信号, S1_h信号, S1_m信号, S1_s信号, 当把从板插到主板时, 就开始信号的连接, 各信号如图8所示。

当完成了主板和从板之间的信号连接后, 各信号如图9所示;当把从板从主板拔出的过程中, 各信号如图10所示;

3 结束语

对于通过接口电路就可以完成并联模块间简单的热插拔解决方案, 根据以上的实际测试结果, 显示出良好的性能。这就验证了这是解决大负载热插拔问题的一个有效的方案, 可以有效控制浪涌电流和对设备的损坏, 热插拔功能已经实现了验证。

摘要：在本文中, 主要介绍了基于芯片TPS2421-2功率和信号的热插拔功能的一个新的解决方案。解决的办法是不需要特殊的连接器, 如开槽插座和特殊的插入方法, 仅使用正常的连接器, 如简单的板对板连接器。即使是电路板对线路的直接连接, 可以安装在主板或者是从板上都可以进行连接, 可以让插入和拔出都变得非常灵活方便。本文就是为了能有效得解决热插拔应用的需要, 设计一个保护电路。

关键词：热插拔,TPS2421-2,PCI

参考文献

[1]郭军, 张军, 粟培.基于TPS2301的热插拔电路设计.电子元器件应用.2010, 12 (6) :17-19页

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[3]魏智.插拔控制器的应用.国外电子元器件, 2000, 11:44-46页

[4]陈镇智.插拔提高可用性.中国计算机用户, 2004, 20 (32) :12-15页

[5]TI公司.高可靠性电源系统热插拔原理和应用.世界电子元器件.2008, 23 (10) :56-61页

[6]吴康.热插拔功能的电源模块应用与热插拔运行中的安全控制.电源世界.2009, 9:38-41页

[7]Mark Jordan.UC3907 Load Share IC Sim Plifies Parallel Power Supply Design Unitrode Application Note.1999:129-132P

[8]Chang-Shiam Lin, Chem-Lin Chen.Single-Wire Current Share paralleling of Current Mode Controlled DC Power Supplies.IEEE Transactions Industrial Eleetronies, 2000, 47 (4) :780一786P

[9]Yi Chen, David Ki-Wai Cheng, Yim-Shu Lee, “A Hot-Swap Solution for Paralleled Power Modules by Using Current-Sharing Interface Circuits”IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.21, NO.6, NOV.2006, PP 1565-1571

插拔试验论文 篇4

关键词：插拔,评价,即时通信,精品课程

0 引言

教育信息化是教育发展和改革的重要主题,随着教育科研网功能的完善,高校校园网已经具备一定规模,随着二代教育科研网工程、教育科研网格计算机工程的启动,新型的体验式的精品课程平台呼之欲出。体验式自主学习强调精品课程平台的栏目、内容支持插拔模式,学习界面人性化;知识测试评价系统为在线学习者提供测试题库,并动态给出测评报告;移动式交流平台嵌入通信平台,如在线QQ、飞信、微信、微博等实现师生即时通讯。接下来从以下几个方面进行探讨基于插拔模式的精品课程网络平台意义与作用:

1 精品课程网络平台的不足及对策

2003年教育部把教育信息化建设列为《2003~2007年教育振兴行动计划》重点工程,并且启动了《高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作》,截止2012年6月共有3694门国家级精品课程,包括网络教育、高职高专、本科等类别。随着信息技术的发展,精品课程的数量不断增加,推动了高校课程教学团队的构建与培养,有效利用现代教育技术手段把优质的教学资源网络化,提高了高校教师开展基于现代教育技术的教学活动的能力与意识。

1.1 精品课程网络平台存在的不足

随机抽取100项精品课程平台进行分析研究,发现部分课程平台问题突出,结合现有的研究表明我国的精品课程的建设存在如下问题:

1.1.1 资源开放存在缺失

研究表明2009年度的726门国家级精品课程有37门因无法找到服务器、网址变更、无法找到网页等原因无法正常访问。

1.1.2 重申报、轻建设,缺少维护与更新

由于教学模式的转变,精品课程平台的建设缺少科学性、合理性,导致大部分精品课程平台建设是一次性工程,存在只建不用的共性。促进高校教育改革快速发展是精品课程平台的建设目的,教学过程中有效地应用精品课程平台中的教学资源将大大提高资源的共享,因此长期有效的更新与维护将促使精品课程可持续发展。大部分精品课程平台是为了评而建设,绝大部分精品课程平台在评审结束后几乎没有更新与维护。

1.1.3 布局陈旧,缺少活力

大部分课程的布局比较呆板,设计技术主要采用TABLE技术,导致网页打开速度比较慢慢,页面效果给学习者的视觉冲击力不够。部分课程采用纯html的静态网页制作而成,没有动感也没有交互,教学效果不佳。

1.1.4 评价体系不全面

当前很多精品课程网络平台包括测试功能,这体现了测试功能对精品课程网络平台的重要性。笔者测试了56门省级精品课程网络平台,有42门课程有测试功能,但这些测试功能都过于简单,测试试题为单选、多选、判断题为主,测试结果过于简单,有些甚至只有测试分数,某种程度上说就是把卷面考试简单变成了机器测试,没有达到测试的目的。

1.1.5 缺少移动交互

部分网络平台有QQ或一些其它的应用服务,基本上是人工、手动服务,服务效率不高,服务能力、态度都有待提高。

1.2 解决精品课程网络平台中不足的一般方法

解决精品课程网络平台存在的问题经常有如下操作方法:

(1)经常打开精品课程网络平台,测试平台是否能打开,保证资源正常共享。

(2)精品课程的负责人或此课程的任课教师在平台中发布相关的通知或上传课程教学资源,引导学生远程学习。

(3)引导学生在讨论区发布学习心得。

(4)布置课程作业,引导学生使用电子邮件提交作业。

解决精品课程的教学资源的共享和可持续发展,教学资源建设和应用将会相互支持、相互促进,为高等教育信息化提供资源基础。高效的精品课程网络教学平台将会在教学模式、教学方法等方面进行改革,践行素质教育。

2 基于插拔模式的精品课程网络平台设计与实现

2.1 插拔模式的精品课程网络平台

插拔模式的精品课程网络平台是将计算机硬件即插即用的思想应用在精品课程网络平台上,即精品课程网络平台分为前台、后台,管理员或课程主讲教师可以在后台选择需要的模块,如课程建设、教师队伍、电子教材、教学课件、授课录像、实践教学、在线测试、学习参考、在线答疑等,同时还可以根据课程的需要,由管理员或课程主讲教师手动创建项目类别,所有的类别均可以统一排序、增加、修改、删除信息,实现软插拔功能,平台管理的角色、权限均采用动态设置。不同的课程所需的栏目类别、平台风格不相同,因此软件插拔模式的精品课程网络平台符合课程资源管理的需要,同时不同类别的课程的管理员或主讲教师对计算机的操作能力不一样,高校教师不需要参加专业的学习就能管理软插拔模式精品课程平台。

2.2 插拔模式的精品课程网络平台的功能模块

精品课程的网络课程部分一般包含:学习内容模块、学习活动模块、交互模块及评价反馈模块,这些模块可以为自主学习提供认知工具、学习资源、交互平台及评价体系[1]。

2.2.1 自主学习模块

网络环境下自主学习模式的含义:在网络教育环境中学习者科学驾御学习过程的行为方式,并描述出学习者在网络环境学习中认知、情感、情绪和意识的心智变化规律[2]。

自主学习模块的内容由管理员或主讲教师来完成,流程一般为:选择或创建适当的模块—>对栏目进行排序—>添加内容—>检查内容的正确性、有效性、完整性。对于学生来说,自主学习模块是精品课程的主要学习区域,为学生提供该课程的主要知识点信息。因此自主学习模块的内容建设的合理性在某种程度上定位了该平台的实用性。

2.2.2 网络测试模块

教学过程中需教导学生“知其然而知其所以然”,基于插拔模式的精品课程平台设计的网络测试模块支持教师动态出题,可设置为练习或测试状态,主观客观动态分开,学生选择测试内容进行正常测试,测试完成后学生将会得到报告单并生成测试试卷:

(1)报告单将呈现测试者答题信息,如解答了哪些题,测试者的答案是什么,正确答案是什么。

(2)动态生成测试试卷,根据试卷可以进行教学质量分析,适时了解学生的学习状态,为因材施教创造更好的教学进度。

2.2.3 在线讨论模块[3]

支持在线讨论的方式比较多,例如QQ、论坛等,论坛是在线讨论的重要形式,论坛有讨论并存储讨论内容的功能,因此论坛是精品课程交互的重要工具。网络是开放的环境,网络环境下讨论与发表言论是自由的,从网络安全角度考虑嵌入精品课程平台的论坛需要较强的过滤功能,基于插拔模式的精品课程平台设计的在线讨论模块采用Discuz模块构建,支持手机访问与提交讨论信息。在此基础上与腾讯公司的Weback微信互动系统结合进行二次开发,实现实时互动。

2.3 基于插拔模式的精品课程网络平台的效果分析

以南昌师范高等专科学校为例进行对比实验,测试基于插拔模式的精品课程网络平台对教学产生的影响,参与对比实验的四门课程均有实验班、非实验班,实验时间长度为六个学期,实验结果如表一所示:

每门课程的最高分、最低分、平均分为六个学期的各项的平均值,实验数据表明,课堂教学过程中采用基于插拔模式的精品课程网络平台的班级的最高分、最低分、平均分的平均值均高于非实验班。根据平台自动统计功能显示每门课程的学生都自发参加测试,每天都有来自互联网或手机网络的讨论信息。调查中发现约四成的学生反映因课堂分心导致跟不上课堂节奏,课后想学又不知道从何入手,慢慢对学习就失去信心和学习兴趣,基于插拔模式的精品课程网络平台的出现改变了这一现状,特别是在做作业时如果遇到问题会用电脑或手机查询课堂教学内容,还会请教老师,进行网络讨论。

3 结束语

精品课程为我国教育提供了丰富的教学资源,为提高教育质量、提倡终生学习奠定了基础,有效地利用这些资源是学习者的权利,促使资源的有效是教育者的义务与责任,希望基于插拔模式的精品课程网络平台的研究能够改变现状,践行素质教育。

参考文献

[1]常咏梅.教育信息化环境对学生自主学习的支撑[J].电化教育研究,2006,(12):11-13.

[2]华建新.网络教育语境下自主学习模式设计[J].中国远程教育,2002,(02):47-50.

插拔试验论文 篇5

1 汽车遮阳板的功能、工作原理和结构

1.1 汽车遮阳板的功能

汽车遮阳板主要功能是阻挡对驾驶员(包括副驾驶员或乘客)造成影响的正面和侧面的阳光,它一般在基板上可以附加其他功能,例如化妆镜、票夹、地图袋、可折叠加长板和侧抽板等。遮阳板总成可以单独安装在车身钣金上,由总装工人安装自攻螺钉来固定遮阳板,也可以先预装在顶衬上,然后再和顶衬一起装配到整车上。它和车身需要有推入式结构作为主要连接方式。

1.2 汽车遮阳板的工作原理

汽车遮阳板挂钩为了卡紧转轴,需要设计一定的弹性结构。一般有2种途径实现转轴的弹性卡紧:①通过增加凸台,依靠材料本身的弹性变形实现卡紧;②通过内置金属簧片,实现弹性变形。

无论是哪种类型的遮阳板,其工作原理均是通过人手转动遮阳板本体,带动卡簧绕旋转轴转动,当卡簧从压迫受力状态转动到与旋转轴上配合面啮合时,卡簧在自身弹力作用下回弹,并迫使遮阳板停留在固定位置不动,除非施加克服卡簧弹力的外力才能重新开始运动。

1.3 汽车遮阳板子系统结构

汽车遮阳板子系统从外部看主要分遮阳板和挂钩2个部分,常见的遮阳板子系统外部结构如图1所示。

遮阳板由表面装饰和内部本体组成。对于遮阳板本体,需要提供给其他特征一个连接的基础,即骨架。根据本体结构的不同,内部用于固定化妆镜、票夹和其他内部结构的布置及连接方式会有所不同,有些结构可能就无法实现。所以要根据客户输入的要求选择不同的本体结构。

遮阳板子系统的外部结构必须要能够实现遮阳板阻挡阳光的基本功能,当车内正/副驾驶员使用遮阳板侧挡功能时,需要先将遮阳板从挂钩上拔出;当不需要使用遮阳板侧挡功能时,又需要将遮阳板插入挂钩。在整个操作过程中,插入/拔出力过大都会影响到汽车遮阳板使用的舒适性。

2 汽车遮阳板插拔力测试方法

在常温下,在实车或试验台上装配好遮阳板及吊钩,再使用电子数显式推拉力计沿挂钩开口方向以100 mm/min的速度推/拉遮阳板轴套,动作完成后读取屏幕上显示的数值。遮阳板插拔力测试如图2所示。

3 遮阳板插拔力大的问题分析

3.1 问题回顾

某微型客车在北美通用试验场进行常规耐久试验前进行车辆质量检查时,发现从挂钩上取下正/副驾驶员遮阳板很费力,测量5次遮阳板拔出力,取平均值为65 N,超出图纸所要求的(35±10) N。

3.2 不同车型遮阳板插拔力测试(见表1)

遮阳板轴套与挂钩配合示意图如图3所示。

3.3 分析总结

从测试结果可以看出:①在插拔力测试过程中,同一零件插入力会小于拔出力。②车型2的遮阳板插拔力能满足图纸所要求的(35±10)N。③遮阳板插拔力随轴套直径和挂钩开口宽度差值的增大而增大。④挂钩材料PA66比PE有更好的耐磨性,插拔力也更小些。

4 遮阳板插拔力大的问题改进和验证

对于插拔力大的问题,可采用以下改进措施:①更改遮阳板挂钩材料;②优化遮阳板轴套直径和挂钩开口宽度差值。由于更改遮阳板挂钩材料需要更改挂钩模具,因此仅从措施②着手解决该问题。

经过试制3种不同开口宽度(分别为7.0 mm、7.2 mm、7.4 mm)的挂钩,并进行插拔力测试,结果见表2。

根据以上测试结果,最后选用挂钩开口尺寸为7.0 mm的方案进行问题改进。改进后的遮阳板挂钩在多次的台架及道路耐久性测试中都得到了验证,能够完全满足设计要求。

5 从零件制造方面控制遮阳板插拔力大的问题

在测量插拔力过程中,我们还发现:遮阳板轴套和挂钩过盈量对插拔力影响很大,但力值并不是随过盈量均匀变化。例如要求插拔力为60 N,过盈量为1.5 mm,并不是过盈量每增加0.1 mm,插拔力增加4 N,而是每增加相同的过盈量后,力值增加的幅度会更大。两者关系图不是直线,具体如图4所示。

从以上分析可以看出,我们必须控制好与过盈量相关的零件尺寸的制造精度,才能控制好遮阳板在使用过程中的插拔力范围。

5.1 遮阳板轴套焊接要求

遮阳板轴套是由2个半块焊接而成,在焊接过程中如果发生错位,焊接痕比较显著(如图5所示),将会给遮阳板带来2个方面的影响:①增大了轴套的直径,会造成遮阳板插拔力增大;②焊接接处会存在台阶,遮阳板转动过程中会出现异响。

一般要求:轴套焊接面台阶高度差不超过0.05 mm,轴直径制造允许走上偏差,误差不超过0.1 mm。

5.2 挂钩上分型线要求

挂钩是由注塑而成的,一般模具的分型面都设置在挂钩最中间(如图6所示),如果分型线(即飞边)控制不好(如分型线高度过高),将会给遮阳板带来2个方面的影响:①减少了挂钩的直径,会造成遮阳板插拔力增大;②遮阳板轴套与挂钩配合呈线接触,而不是面接触,这种配合结构易出现磨粉的问题。

一般要求:分型线(即飞边)高度不超过0.05 mm,孔直径制造允许走上偏差,误差不超过0.1mm。

6 结论

本文主要针对汽车遮阳板插拔力大的问题进行分析,通过对比和验证,总结出了如何从设计和制造上控制遮阳板插拔力,为后继车型遮阳板的开发打下了坚实的基础。另外,汽车遮阳板新产品的开发都是在系列产品的基础上进行,因此建立现有产品的数据库显得尤为重要。一是要采用更多的通用件来降低成本;二是在现有车的布置上,加以适当的改变,由此缩短设计时间。

摘要：文章针对某微型客车在北美通用试验场进行常规耐久试验中遮阳板插拔力大的问题,进行了3种以上不同车型遮阳板插拔力测试对比,并分析不同遮阳板材料和结构方面的差异,明确遮阳板插拔力大的原因并提出改进方案,改进后得到了可靠性路试验证。

关键词：微型客车,遮阳板,插拔力

参考文献

[1]张志军.内饰设计概论[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2]李光耀.汽车内饰件设计与制造工艺[M].北京:机械工业出版社,2009.

插拔试验论文 篇6

1 开关直流升压电路的基本原理

开关直流升压电路(The Boost Converter或者Stepup Converter)，是一种开关直流升压电路。输出电压高于输入电压，输出电压极性不变，基本电路图如图1所示。

开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存;开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。

输出过流时，电路会采样开关管的峰值电流，减小占空比，导致输出电压下降。当输出电压降到输入电压时，过流保护不再受控，保护失效。另外输出过流点还会随着输入电压升高而变大。当输出短路时，输入电源会通过电感、升压二极管形成短路回路，导致电源故障。BOOST电路还有一个缺陷是不方便控制关闭输出，当控制芯片关闭，开关管截止时，输出仍然有电压，不像BUCK电路，很方便的将输出电压降到0 V。

2 热插拔控制器的基本原理

热插拔(Hot-Plugging或Hot Swap)即带电插拔，热插拔功能就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性。如果没有热插拔控制器，负载端的模块插拔时，会对电源产生浪涌电流的冲击，影响电压的稳定与电源的可靠性。这个问题可通过热插拔控制器来解决，热插拔控制器能合理控制浪涌电流，确保安全上电间隔。上电后，热插拔控制器还能持续监控电源电流，在正常工作过程中避免短路和过流。

3 关键电路设计与实例

3.1 电源要求

电源实例如图2所示，其中的电源输入9～18 V，额定输出28 V/1.2 A，过流保护1.5 A。

3.2 电路简介

这是一款用了TPS2491热插拔控制芯片的升压电路，带有输出过流短路保护，当遥控端CTL接地时，电源进入待机模式，输出为零。

热插拔控制器包括用作电源控制主开关的N沟道MOSFET、测量电流的检测电阻以及热插拔控制器TPS2491三个主要元件，如图2所示。热插拔控制器用于实现控制MOSFET导通电流的环路，其中包含一个电流检测比较器。电流检测比较器用于监控外部检测电阻上的电压降。当流过检测电阻上产生50 mV以上电压的电流将导致比较器指示过流，关闭MOSFET。TPS2491具有软启动功能，其中过流基准电压线性上升，而不是突然开启，这使得负载电流也以类似方式跟着变化。

TPS2491内部集成了比较器及参考电压构成的开启电路用于使能输出。比较器的开启电压为1.35 V，关闭电压1.25 V，有0.1 V的滞差保证工作的稳定。通过分压电阻精确设定了使能控制器所必须达到的电源电压。器件一旦使能，MOSFET栅极就开始充电，这种电路所使用的N沟道MOSFET的栅极电压必须高于源极。为了在整个电源电压(VCC)范围内实现这个条件，热插拔控制器集成了一个电荷泵，能够将GATE引脚的电压维持在比VCC还高10 V的水平。必要时，GATE引脚需要电荷泵上拉电流来使能MOSFET，并需要下拉电流来禁用MOSFET。较弱的下拉电流用于调节，较强的下拉电流则用于在短路情况下快速关闭MOSFET。

热插拔控制器还有一个模块为定时器，它限制过流情况下电流的调节时间。选用的MOSFET能在指定的最长时间内承受一定的功率。MOSFET制造商使用图3标出这个范围，或称作安全工作区(SOA)。

定时器还决定控制器自动重启的时间，故障导致关闭MOSFET，经过16个振荡周期后，芯片重新使能输出。

3.3 设计过程

保护电路参数设定分几步：

(1)过流采样电阻

过流动作点为1.5 A左右。

(2)MOSFET的选型：耐压要大于输入电压和瞬态过冲，并放一定余量;选择RDSON(MAX)。

TJ(MAX)一般取125℃，热阻RθJA取决于管子的封装、散热的方式。

(3)选择MOSFET的PLIM

MOSFET在启动或输出短路时会有极大的功率消耗，限制PLIM可以保护管子防止温度过高烧毁。通过3脚PROG电压的调节，设定PLIM的大小：

TJ(MAX)2一般取150℃，RDSON为MOSFET最高工作温度时的导通电阻。

式中VREF为4 V。实际选用MOSFE为AOL1242。

(4)选择CT

选择合适的电容，保证输出启动时能完成输出电容的充电且不引起故障保护的动作。

(5)选择使能启动电压

EN端启动电压为1.35 V，关闭电压为1.25 V。利用此引脚，可以做输入欠压保护;设计分压电阻为240 kΩ和13 kΩ，开启电压为26.3 V，在24.3 V时关闭。

(6)其他参数

GATE驱动电阻，为了抑制高频振荡，通常取10Ω;PG端上拉电阻，保证吸收电流小于2 mA，在本设计中不需要，悬空处理;Vcc端旁路电容，取0.1μF。

电源使能端串联一个二极管BAV70，低电平时可以关闭升压电路和电源输出。

4 测试结果和各测试点的工作波形

测试结果为过流保护动作点：1.45 A;输出长期短路无损坏，短路去除恢复输出;遥控端使能工作正常。

上电时各个测试点波形如图4所示。

图4中CH2是升压后的电压，当输入加电，升压电路立即工作，很快达到28 V。为了防止后极负载的浪涌电流对MOSFET的冲击，可以看到驱动电压(CH1)是缓慢上升的，输出电压(CH3)也是跟随缓慢上升。在启动过程中，很明显看到MOSFET的驱动电压不高，MOSFET工作于线性区，同样可以抑制输出端电流的增大，有效保护MOSFET在启动过程中不过载。

正常工作时的各点电压如图5所示。由图5可以看到，正常工作时，输出电压(CH3)等于升压后的电压(CH2),MOSFET驱动电压(CH1)比输出电压高了14 V，可以保证MOSFET良好导通，降低热耗和压差。

当负载过流或短路时的波形如图6所示。由图6可以看到，当输出过流或短路时，MOSFET驱动电压(CH1)迅速下降，导致输出电压(CH3)跟着下降，有效的保护电源的安全。经过2 s的重启周期后，驱动电压有个小小的试探电压，如果故障仍然存在，重启不成功，驱动电压又恢复到零。反之重启成功，正常输出。如图7所示。

5 结语

实践证明，基于TPS2491热插拔控制器的保护控制电路具有电路简单可靠，应用方便的特点。本电路应用于开关直流升压电路中，完美解决了原来没有输出过流短路保护以及不能遥控输出的缺陷，收到了良好效果。

参考文献

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