汽车常用执行器课件.ppt

1、汽车常用执行器1 执行器：一种能量转换部件，它能在电子控制装置的控制下，将输入的各种形式的能量转换为机械动作。如：电动机、离合器阀、气门机构、电磁阀、电磁膜片等。分类：模拟量执行器和数字量执行器。2电动机一、概述 电动机特性的要求见书。3二、直流电动机 直流电动机具有良好的调速特性，较大的起动转矩，相对功率大及快速响应等优点。在汽车上得到广泛的应用。41、直流电动机工作原理5（1）直流电动机的结构 直流电动机由磁极、电枢、换向器等组直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成如图所示。成如图所示。6电枢电枢磁极磁极电刷及电刷及电刷架电刷架换向换向器器7（1）电枢）电枢作用：通电后产生转动力矩。作用：通

2、电后产生转动力矩。电枢由若干薄的、外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电电枢由若干薄的、外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电枢绕组组成。铁心的叠片结构可以减小涡流电流。电枢绕组枢绕组组成。铁心的叠片结构可以减小涡流电流。电枢绕组安装在叠片外径边缘的槽内，绕组线匝分别接到换向器铜片，安装在叠片外径边缘的槽内，绕组线匝分别接到换向器铜片，电枢安装在电枢轴上。电枢安装在电枢轴上。8（2）磁场绕组）磁场绕组 由铁心、励磁线圈、外壳组成。由铁心、励磁线圈、外壳组成。作用：是产生磁场。作用：是产生磁场。磁场绕组是由绕在极靴上的线圈构成的电磁铁磁场绕组是由绕在极靴上的线圈构成的电磁铁9机壳机壳铁心铁心励励磁磁绕绕组组10

3、1112磁场绕组形成的磁场磁场绕组形成的磁场 当电流流当电流流过磁场绕组时，过磁场绕组时，便建立强大的、便建立强大的、静止的电磁场，静止的电磁场，磁场根据绕组磁场根据绕组围绕在极靴的围绕在极靴的方向，分为方向，分为N极和极和S极极。磁场。磁场绕组的极性对绕组的极性对调，便产生相调，便产生相反的磁场。反的磁场。1314磁场绕组与电枢绕组的接法有二种：串联和既有串磁场绕组与电枢绕组的接法有二种：串联和既有串联也有并联复式接法。下图为磁场绕组联接方式：联也有并联复式接法。下图为磁场绕组联接方式：15（3）换向器及电刷）换向器及电刷作用：将电流引入电枢使之产生定向转矩。作用：将电流引入电枢使之产生定向

4、转矩。换向器由许多换向片组成，电刷由铜粉与石墨粉压制而成，换向器由许多换向片组成，电刷由铜粉与石墨粉压制而成，呈棕红色，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与换向呈棕红色，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与换向片之间具有适当的压力。如图所示。片之间具有适当的压力。如图所示。1617（2）工作原理18（3）直流电动机的励磁方式 电动车辆用直流电动机通常为串励式（具有软的机械特性）。励磁方式：19（4）直流电动机的调速控制 n=U-IR/20（5）直流电动机在汽车中的应用 电动座椅电动门窗电动门锁电动刮水器电动后视镜212、伺服电动机 汽车上用的伺服电动机又称执行电动机，是专门用于控制控制

5、的直流电动机。功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。具有可控性好、定位准确、反应迅速等特点。22汽车电子节气门2324 伺服电机的最大特点就是可控可控。有控制信号时，电机转动，且转速大小正比于控制电压的大小。去掉控制信号后，电机立即停止转动。一般利用方波信号控制。25三、步进电机 步进电机一步一步转动。用脉冲信号控制转子转动一定角度，在汽车上常常是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件。26机理机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲

6、，电机转动一个角度，带动机械移电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。动一小段距离。特点特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，改变方向。改变脉冲顺序，改变方向。27优点优点:1、步距角和转速的大小不受电压波动和负载变化的影、步距角和转速的大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件的影响（如温度、气压、冲击振响，也不受环境条件的影响（如温度、气压、冲击振动等），仅与脉冲频率有关。动等），仅与脉冲频率有关。2、每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下，步、每转一周都有固

7、定的步数，在不丢步的情况下，步距误差不会长期累积。距误差不会长期累积。3、能快速起动、制动、反转，且调速范围很大。、能快速起动、制动、反转，且调速范围很大。4、结构简单，运行可靠，维护方便、结构简单，运行可靠，维护方便缺点：缺点：步进电动机效率低，且必须专用电源供电，步进电动机效率低，且必须专用电源供电，负载能力不强，运行中易发生震荡和共振。负载能力不强，运行中易发生震荡和共振。28种类种类：有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。上没有励

8、磁线圈。应用：应用：步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。绘图仪等设备中都得到应用。下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。工作原理。29反应式步进电动机的结构与工作原理反应式步进电动机的结构与工作原理定子定子转子转子定子绕组定子绕组30反应式步进电动机的结构与工作原反应式步进电动机的结构与工作原理理31322、工作方式、工作方式1 1）三相单三拍）三相单三拍（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通

9、电顺序为：A 相相 B 相相 C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为：A 相相 C 相相 B 相相 33（3）工作过程）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A 相通电，相通电，A 方向的磁方向的磁通经转子形成闭合回路。通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁场的作用下，转子被磁A A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA 对齐。对齐。CABBCA341234C

10、ABBCA3412同理，同理，B相通电，转子相通电，转子2、4齿和齿和B相轴线对齐，相轴线对齐，相对相对A相通电位置转相通电位置转30；C相通电再转相通电再转30。1C342CABBA3536 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。单三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为。此角称为步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，）转子的旋转方

11、向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。改变通电顺序即可改变转向。372 2）三相单双六拍）三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和A相对齐。相对齐。CABBCA341238所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了通电，转子转了15。（1）BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2）AA 磁场继续对磁场继续对

12、1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA341239总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15。CABBCA3412B相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15。403 3）三相双三拍）三相双三拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为：AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电41以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此

13、较常采用。工作方式为三相双三工作方式为三相双三拍时，每通入一个电拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转脉冲，转子也是转30，即，即 S=30。CA通电通电CABBCA3412423、小步距角的步进电动机小步距角的步进电动机 实际采用的步进电机的步距角多为实际采用的步进电机的步距角多为3度和度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。度，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子图中转子40个齿，定子仍是个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁个磁极，但每个磁极上也有五个齿。极上也有五个齿。43mKpZr1244工作原理：工作原理：假

14、设是单三拍通电工作方式。假设是单三拍通电工作方式。（1）A 相通电时，定子相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对相的五个小齿和转子对齐。此时，齐。此时，B 相和相和 A 相空间差相空间差120120，含，含 120120/9/9 =齿齿 A 相和相和 C 相差相差240240，含，含240240/9 9 =个个齿。所以，齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对相的转子、定子的五个小齿对齐时，齐时，B 相、相、C 相不能对齐，相不能对齐，B相的转子、相的转子、定子相差定子相差 1/3 1/3 个齿（个齿（3 3），），C相的转子、定相的转子、定子相差子相差2/32/3个齿（个齿（6 6）。）。3

15、113322645若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转转子只转 1.5 。异步机的转动方向仍由相序决定。异步机的转动方向仍由相序决定。同理，同理，C 相通电再转相通电再转3 （2）A 相断电、相断电、B 相通电后，转子只需转过相通电后，转子只需转过1/3个个 齿（齿（3），使），使 B 相转子、定子对齐。相转子、定子对齐。46f：电脉冲的频率电脉冲的频率 转速转速CmZffnrs6036060 步进机通过一个电脉冲步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度转子转过的角度,称为称为步距角。步距角。如：如：Zr=40,m=3 时时3340360Sm

16、:一个周期的运行拍数一个周期的运行拍数Zr：转子齿数：转子齿数C:通电状态系数。通电状态系数。C=1(单拍单拍或双拍）或双拍）C=2（单、双拍）（单、双拍）CmZrS360步距角步距角47二、结构二、结构 运动形式：旋转式步进电动机和直线步进电动机。运动形式：旋转式步进电动机和直线步进电动机。工作原理：反应式、永磁式和永磁感应子式。工作原理：反应式、永磁式和永磁感应子式。1 1、反应式反应式（1 1）单段式）单段式 特点：定子磁极数为相数的两倍，每个磁极上装有控制绕特点：定子磁极数为相数的两倍，每个磁极上装有控制绕组，接成组，接成m m相，定子、转子上均有小齿，且齿形、齿距相同。步距相，定子、

17、转子上均有小齿，且齿形、齿距相同。步距角小，运行频率高，消耗功率大，断电时无定位转矩。角小，运行频率高，消耗功率大，断电时无定位转矩。（2 2）多段式）多段式轴向磁路多段式：沿电机轴向按相数分段，定子铁心中间放置控制轴向磁路多段式：沿电机轴向按相数分段，定子铁心中间放置控制绕组。（绕组。（p150p150图图5-55-5）径向磁路多段式：沿电机轴向按相数分段，定子铁心磁极放置控制径向磁路多段式：沿电机轴向按相数分段，定子铁心磁极放置控制绕组。（绕组。（p150p150图图5-65-6）484950 2、永磁式步进电动机永磁式步进电动机 定子上有两相或多相绕组，定子上有两相或多相绕组，转子为一对

18、或几对极的星形磁钢，转子为一对或几对极的星形磁钢，转子的极数与定转子的极数与定子每相的极数相同。子每相的极数相同。图中画出的是定子为两相集中绕组图中画出的是定子为两相集中绕组(AO、BO)，每每相为两对极，相为两对极，转子磁钢也是两对极的情况。转子磁钢也是两对极的情况。从图中不难看出，从图中不难看出，当定子绕组按当定子绕组按A-B-(-A)-(-B)-A 轮流通以直流电时，轮流通以直流电时，转子将按顺时针方向转子将按顺时针方向转动，转动，每次转过每次转过45空间角度，空间角度，也就是步距角为也就是步距角为45。5152 一般来说，一般来说，步距角的值为步距角的值为 mpb2360用电弧度表示，

19、用电弧度表示，有有 mmbe22式中，式中，p为转子极对数；为转子极对数；m为相数。为相数。53 永磁式步进电动机的特点是：永磁式步进电动机的特点是：大步距角，大步距角，例如例如15、22.5、30、45、90等；等；启动频率较低，启动频率较低，通常为几十到几百赫兹通常为几十到几百赫兹(但转但转速不一定低速不一定低)；控制功率小；控制功率小；在断电情况下有定位转矩；在断电情况下有定位转矩；有强的内阻尼力矩。有强的内阻尼力矩。54 3、感应子式步进电动机、感应子式步进电动机 (混合式步进电动机混合式步进电动机)。定子铁心与反应式步进电动机相同，定子铁心与反应式步进电动机相同，即分成若即分成若干大

20、极，干大极，每个极上有小齿及控制绕组；每个极上有小齿及控制绕组；定子控制绕组与永磁式步进电动机相同定子控制绕组与永磁式步进电动机相同,也是两也是两相集中绕组，相集中绕组，每相为两对极，每相为两对极，按按A-B-(-A)-(-B)-A 次序轮流通以正负电脉冲次序轮流通以正负电脉冲 转子的结构与永久磁钢的电磁减速式同步电动机转子的结构与永久磁钢的电磁减速式同步电动机相同，相同，两段转子铁心上也开有齿槽，两段转子铁心上也开有齿槽，其齿距与其齿距与定子小齿齿距相同。定子小齿齿距相同。5556 转子磁钢充磁后，转子磁钢充磁后，一端一端(如图中如图中A端端)为为N极，极，则则A端转子铁心的整个圆周上都呈端

21、转子铁心的整个圆周上都呈N极性，极性，B端转子铁心则呈端转子铁心则呈S极性。极性。当定子当定子A相通电时，相通电时，定子定子1-3-5-7极上的极性为极上的极性为N-S-N-S，这时转子的稳定平衡位置就是图所示的位置，这时转子的稳定平衡位置就是图所示的位置，即定子磁极即定子磁极1和和5上的齿在上的齿在B端与转子的齿对齐，端与转子的齿对齐，在在A端则与转子槽对齐，端则与转子槽对齐，磁极磁极 3 和和 7 上的齿与上的齿与A端上的转子齿及端上的转子齿及B端上的转子槽对齐，端上的转子槽对齐，而而B相相 4 个极个极(2、4、6、8 极极)上的齿与转子齿都上的齿与转子齿都错开错开1/4齿距。齿距。57

22、 当定子各相绕组按顺序通以直流脉冲时，当定子各相绕组按顺序通以直流脉冲时，转转子每次将转过一个步距角，其值为子每次将转过一个步距角，其值为RbmZ23605859应用：6061ECU控制S1通电，转子顺时针转动90度；ECU继续给S2通电，转子再顺时针转动90度；依此类推。当ECU按照S4、S3、S2、S1的顺序通电时，转子逆时针转动。线圈通电一次，转子转动一次的角度称为步进角步进角。步进电机型步进电机型ISCV构造及工作原理构造及工作原理控制阀的结构与工作原理62转子定子线圈至进气管自空气滤清器阀轴阀丰田车步进电机型怠速控制阀实际的步进电机不只4个定子，而是有很多。下图中的步进电机转子每转一

23、步一般为1/32圈。步进电机的工作范围为0125个步进级。63步进电机型怠速控制阀电路蓄电池EFI主继电器ISC阀发动机ECU丰田皇冠丰田皇冠3.0轿车步进电机型轿车步进电机型ISCV电路电路64怠速控制阀的控制内容 控制内容：控制内容：起动初始位置的设定 起动控制 暖机控制 怠速稳定控制 怠速预测控制 电器负荷增多时的怠速控制 学习控制65怠速控制阀的控制内容起动初始位置的设定：起动初始位置的设定：关闭点火开关发动机熄火后，电子控制单元ECU的M-REL端子向主继电器延续供电23s，ECU控制步进电机ISCV全部打开，以利于下次起动。起动控制：起动控制：起动时，ISCV全开，起动顺利。起动后

24、，ECU根据水温的高低控制步进电机，调节控制阀的开度。暖机控制：暖机控制：又称为快怠速控制。暖机时，ECU根据水温的高低控制怠速控制阀的开度。随着水温上升，怠速控制阀开度逐渐减小。怠速稳定控制：怠速稳定控制：ECU将接受道的转速信号与确定的目标转速进行比较，其差值超过一定值时，ECU通过步进电机控制怠速控制阀以调节空气进气量。又称为反馈控制。66怠速控制阀的控制内容怠速提速控制：怠速提速控制：在怠速时，出现以下情况，ECU控制步进电机将怠速提升。开空调；转方向盘（带动力转向的车）；电器负荷增大（如开大灯，风窗加热器，尾灯等）；挂前进档（自动变速器汽车）。学习控制：学习控制：由于磨损等原因，怠速

25、控制阀的位置相同时，其实际的怠速转速和设定的目标转速略有不同，此时ECU利用反馈控制使怠速转速回到目标转速，同时将此时的步进电机步数存入ROM中（ECU中有一小电路不断电），以便在以后的怠速控制过程中使用。67继电器与电磁阀一、继电器68分类：电流继电器：电流超过规定值时，触点吸合；电流低于规定值时，触点断开。电压继电器：电压超过规定值时，触点吸合；电压低于规定值时，触点断开。中间继电器：热继电器：用于过载保护。69 汽车用继电器主要起保护开关和自动控制的作用。常用形式：7071继电器在汽车中的应用：727374电磁阀 电磁阀是指在气体或液体流动的管路中受电磁力控制开闭的阀体。75单点喷射系单

26、点喷射系统用喷油器统用喷油器多点喷射系统安装位置多点喷射系统安装位置【功用功用】根据ECU的指令，控制燃油喷射量。【结构型式结构型式】电磁式喷油器【安装位置安装位置】单点喷射：节气门体空气入口处；多点喷射：各缸进气歧管或气缸盖上的各缸进气道处。【分类分类】按喷油口的结构不同，分孔式和轴针式 按喷油器的驱动方式不同，分电流驱动和电压驱动两种一、电磁喷油器的功用与类型76多点燃油喷射系统的喷油器一般采用上部进油式，即进油口设在喷油器的头部。电磁线圈电流导通，铁心被吸，柱塞和针阀被吸到与衔铁接触为止，阀门开启，燃料通过缝隙喷出。喷射量取决于针阀的行程，喷口面积,燃料喷射压力，电磁线圈的通电时间。当喷

27、油器的结构和喷油压力一定时，喷油量取决于电磁线圈的通电时间电磁线圈的通电时间孔式喷油孔式喷油器构造器构造电磁喷油器的结构特点与工作原理77各车型装用的喷油器，按其线圈的电阻值可分为高阻（电阻为高阻（电阻为13131616）和低阻（电阻为低阻（电阻为2 233）两种类型。高阻喷油器常采用电压驱动方式。低阻喷油器电压、电流驱动方式都可采用。a）电流驱动）电流驱动b）电压驱动（低阻）电压驱动（低阻）c）电压驱动（高阻）电压驱动（高阻）喷油器的驱动方式78电流驱动方式只适用于低阻喷油器。在刚开始时，电流很大，达8A，使喷油器针阀迅速打开；然后，ECU控制喷油器的电流降低至2A，以保持并稳定喷油器针阀的

28、打开。特点：无附加电阻，回路阻抗小，针阀开启速度快，喷油器喷油迟滞时间缩短，响应性好。电压驱动方式既可用于高阻喷油器，又可用于低阻喷油器。低阻喷油器采用电压驱动方式时，须加入附加电阻，以降低流过线圈的电流，防止线圈发热而损坏。特点：喷油滞后时间较长。79 (a)阀片压紧阀座 (b)阀片上升 (c)阀片回落 图2.58 片阀式喷油器工作情况1、4挡圈；2回位弹簧；3铁心；5阀片；6阀座工作过程工作过程80二、二、占空比型电磁阀怠速控制机构占空比型电磁阀怠速控制机构 占空比控制型电磁阀工作时，由ECU确定控制脉冲信号的占空比，磁化线圈中平均电流的大小取决于占空比。占空比越大，磁化线圈中平均电流越大

29、，磁场强度越大，阀门升程越大，旁通道开度越大。81三三 废气再循环废气再循环 目的目的：减少NOx的生成。废气再循环率废气再循环率：再循环的废气占整个进气量的比例。不同工况应该不同。1)1)废气再循环阀废气再循环阀 (a)剖面图 (b)外形图 (c)气流走向 废气再循环阀结构822)2)可变废气再循环率控制系统可变废气再循环率控制系统 ECU根据传感器输入信号、点火开关和电源电压等，给废气再循环控制阀提供不同占空比的控制脉冲信号，调节真空调节阀真空管进入的空气量，控制废气再循环阀的真空度，从而改变废气再循环率。占空比越大，废气再循环率越小。可变废气再循环率系统1ECU；2节气门开关；3废气再循

30、环管路；4废气再循环阀；5定压阀；6真空控制电磁阀；7电磁阀83四、四、旋转电磁阀式怠速控制机构旋转电磁阀式怠速控制机构 (a)结构 (b)位置图 (c)工作原理 旋转电磁阀怠速控制机构1阀；2双金属带；3冷却水腔；4阀体；5线圈；6永久磁铁；7线圈L2；8轴；9旁通口；10固销；11挡块；12杆84 ECU的控制脉冲信号的占空比大小，即控制线圈L1 1、L2 2中平均电流的大小，使电磁阀旋转一定的角度。占空比指占空比指ECUECU控制信号在一个周期内通电时间与通电周期之比。控制信号在一个周期内通电时间与通电周期之比。当占空比为50%时，线圈L1、L2的平均通电时间相等，产生的磁场作用力相互抵消，阀轴停止转动。占空比超过50%时，线圈L2磁场强度大于线圈L1的磁场强度，阀门转过一定角度，打开旁通口。85