动机驱动范文（精选8篇）
动机驱动 第1篇
多年来, 学生的信任和学习动机的建立是教育家们永恒的主题。 许多书籍、文章, 甚至一些古代教育著作都指出, 教师在课堂上需要建立威信和学习动机。 大部分教师认为只要完成了基础课程教学, 就已经做得很充分。 然而基础知识讲解只能帮助那些无论学什么都很快的学生。 那些因为学习速度慢而被忽视的学生, 身体残疾的学生及课堂上注意力分散不能集中的学生怎么办? 即使学生存在比较棘手的问题, 学习动机也能改变学生的学习态度。
要确定教学是否有效, 最终要看学生是否学习。 任何有助于学生学习的都是有效的教学, 反之则是无效教学 (Hayes, 1989) 。 任何事情只要领导参与, 那么无论是小团体还是某些特定群体的集体活动都有激励性。 领导忽视某些群体会令他们失望, 同时他们急于在领导面前表现自己优异的成绩。 领导、 教师与讲师必须给予他们平等的关怀和机会以赢得学生的信任。
一、教学中相互信任与学习动机的重要性
(一) 相互信任的重要性
基本上所有的显著学习都是建立在相互信任的基础上的。 教师和学生之间的相互信任是情感胶水, 能把教育与情感结合在一起。 学生学习越深刻, 越有意义, 越需要充分信任他们的老师 (Brookfield, S, 1990) 。 当教师和学生有不同想法时, 如果教师抑制了学生的不同想法, 那么教学对学生的作用不会大。 这样, 学生天生的好奇心或进取心就会渐渐消失。
(二) 学习动机的重要性
学习动机的重要性主要体现在以下几点:1. 改变学生的学习态度。 培养学生学习动机说起来容易做起来难。 美国海军学院职业发展部门负责人卡雷尔博士制定了一个有趣的公式:L=AMA (学习能力等于天资乘以动机乘以态度) 。 在研究中, 他还呈现了自我观念中的主要成分: 动机和态度的重要性。 高质量的教学能提高学生成绩, 如果教师能通过一些具有影响力的例子帮助学生认识到他们需要改变自己的态度, 就有助于建立气氛活跃的课堂;2.激发学生的创造潜能。 阿卜杜尔·卡拉姆是一位印度科学家和统治者, 担任过印度第11届总统, 他说:“学生非常重要的特征之一是质疑, 应该让学生学会问问题。 ”阿卜杜尔·卡拉姆规定“教师应该培养学生的探究精神、创新精神、创业精神和正确的领导才能, 并成为他们的榜样”。 (Bhushan, K., &Katyal, G, 2002) 。 教师通过有效的措施激发学生学习动机, 促使学生在学习过程中发挥创造潜能及主观能动性, 产生学习兴趣, 深入学习科学知识, 提高学习能力, 最终实现教学目标。
二、如何在学生中建立威信及提高学习动机
(一) 在学生中建立威信
有了一个糟糕的开始, 建立威信是很容易的事情吗? 当然不是, 教授的热情, 卓越的技能, 有意思的课程和书籍, 真挚的情感, 并尊重学生, 学生才可能尊重教师。 当教师帮助学生, 让他们感到自己存在的重要性时, 学生更容易遵守规章制度。 如果教室和图书馆比较吵闹, 我们就要要求学生自己分析原因, 并提出宝贵的意见。
优秀的教师是能让学生充分信任的。 具体而言, 当学生看到以下四种行为时, 学生能充分信任教师:1.教师的言行一致;2.教师敢于承认错误, 承认自己容易犯错, 并且在全体学生面前承认错误;3. 教师能把教师角色以外的人格魅力展现给学生;4.教师通过认真听取学生的意见, 并创造机会让学生吐露心声, 按照学生的建议改变自己的做法 (Brookfield, S., 1990) 。
(二) 避免无意识动作
课堂是一个混合体, 学生具有不同学习能力, 有学习能力强的, 也有心不在焉、学习落后、注意力不集中的学生。 教师作为普通个体, 可能由于无意识想法产生了一些小动作。课堂上教师的无意识动作会使那些本来注意力就不集中的学生更难以集中注意力。 教师的任务并不是只教那些愿意学习的学生, 还包括对学习不感兴趣的学生。 培养学生对所学科目的兴趣是教师的首要责任。 教师应尽量避免让非语言动作成为学生讨论的话题, 警惕那些喜欢或不喜欢的学生模仿你的非语言信息。 教师不可避免有喜欢和不喜欢的班级, 最重要的是避免让这些非语言动作影响教师的公众形象 (Brookfield, S., 1990) 。
(三) 提高对学生的期望
为了让每个孩子都能成才, 必须对他们有高期望, 和他们成为朋友, 给予他们鼓励。 能够给出真实的反馈, 而不是自相矛盾的说法。 当你表扬优秀者, 营造温暖互助的氛围时, 孩子将期望你指出他们什么地方需要改进, 从而确定目标, 认为自己不得不进一步扩展知识。
(四) 建立自尊心
权利是令人敬畏的词, 煞费苦心的教育工作者用大量空话捍卫他们的权利, 但要记住所有孩子都有追求成功的权力, 当我们希望他们能成功时, 需要帮助他们建立自尊心。 教师要有强烈的社会责任感, 善于用自己的人格魅力感染学生。 学生要得到别人的尊重, 满足他们的这一需要, 为师生之间建立融洽的关系奠定良好的基础。
(五) 正确激励学生
尽管动机和学习之间的确切关系具有不确定性, 不能否认动机是理解儿童和他们在学校表现的重要方面。 除此之外, 掌握学生性格、个性和每个学生的文化背景, 是任何一种教学方式的基本必要条件。 教师可以利用学生兴趣、行为模式的数据、自我概念、竞争、奖励和惩罚制度激励学生。 对动机影响最深刻的是学生对自己能否实现有价值目标的评价。 当学生明确目标时, 会采取适当措施实现目标, 并评估自己的表现, 然后开始成为独立的、具有自我激励性的人, 有能力总结学习经验。
(六) 激发学生的求知欲
杰罗姆·布鲁纳据心理学方面的研究表明, 鼓励学生发展自我能力、创造个人成就会激发学生的求知欲, 这在本质上是有益的。学生直接参与探索和确定命题的过程中会树立学习目标, 当他制订自己的调查策略和技巧时, 已经进入高度自立水平。通过查询和探索达到独立自主的动机水平, 这是内在因素决定的, 是主动愿意做的, 而不是外在的, 是由教师强制执行的。从情感分类来说, 个体已经达到使求知欲渗入他的性格并成为人生哲学的一部分 (Brookfield, S, 1990) 。不断探究、解释自然现象已经成为对他自己的一种奖励。
结语
学校里都有能胜任教学科目的教师, 缺乏的是教学态度。教师是一份了不起的职业, 需要奉献精神教育下一代, 传承文化, 帮助下一代形成正确的道德观和价值观。 阿卜杜尔·卡拉姆的话反映了教师在社会中的重要性, “一个国家要想廉洁, 成为具有美丽心灵的国家, 我强烈地感到三个关键社会成员可以有所作为。他们是爸爸、妈妈和教师” (Bhushan, K., &Katyal, G, 2002) 。 因此, 教师应该千方百计地投入到教育工作中。
摘要：课堂是一个混合体, 其中学生具有不同学习能力, 教师必然有喜欢和讨厌的学生类型, 但教师有义务帮助学生建立学习动机。学生对教师的信任和学习动机能帮助他们提高学习能力。再加上教师适当的鼓励和鞭策, 他们能战胜任何困难。本文研究的目的是教师了解动机在课堂上的意义, 增强学生自信心, 使学生获得理想的成绩, 最终教师和学生能更好地沟通和协作。
关键词：信任,学习动机,自尊心,课堂,能力
参考文献
[2]Brookfield, S.The skillful teacher:On technique, trust, and responsiveness in the classroom.San Francisco:Jossey-Bass, 1990.
动机驱动 第2篇
（1.同济大学汽车学院，上海 201804；2.一汽客车（无锡）有限公司，无锡 214177；3.山东大学，济南 250100）
内燃机诞生百余年来，其基本功能结构变化不大。尤其是冷却系统，在近几十年中一直未有重大突破。传统内燃机冷却系统是根据系统最大散热需求来设计和标定的。事实上冷却系统仅有3%~5%的时间在理想状态下运行［2］，发动机长期在过冷状态下运行。时至今日，这种基于系统最大需求设计和标定的冷却系统已经难以满足刻不容缓的节能环保需求和适应日益严苛的排放法规。因此，兼顾发动机性能的同时来减少系统耗功，是发动机冷却系统未来提高与发展的方向。
本文借助于AMESim软件，以某客车冷却系统为基础，首先校核了不同行驶工况下该系统的散热能力是否满足设计需求；然后研究了系统与不同风扇匹配后，风扇的耗功情况；最后分析了该系统在使用电磁温控式冷却风扇和硅油离合风扇代替机械式定传动比冷却风扇后的耗功改善情况。
1 冷却风扇的不同驱动形式
1.1 冷却系统热交换基本公式
散热器中的气—液热交换公式为：
式中：Q1为大循环传热量；m1为内部冷却液的质量流；Cp为内部冷却液的比热容；△T1为内部冷却液的温差；m1′为外部冷却空气的质量流；Cp1′为外部冷却空气的比热容；△T1′为外部冷却空气的温差。
1.2 定传动比机械式冷却风扇
传统冷却风扇一般置于散热器之后，由驱动水泵和发电机的同一根V带传动。发电机启动时，风扇随之启动，吸进空气使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。
由于传统风扇直接与发动机连接，风扇转速与发动机转速成对应的关系，在低速高负荷工况时，会因为风量不足而导致发动机过热；反之，在高速低负荷情况下，发动机过度被冷却是常见的现象。
某车辆公路实测结果表明，气温10℃~20℃时，90%的行驶时间内，风扇无需工作；气温0℃~10℃时，风扇的工作时间仅为 5%［3］。
为避免发动机过热或过冷现象频繁发生，各种能够改变风扇转速的驱动装置和控制策略应运而生（见图1）。
系统热平衡公式为：
1.3 硅油离合式风扇与电磁温控式冷却风扇
硅油离合式风扇主要通过感温元件，确定进入离合器硅油的量，并利用硅油的粘性将动力输出给风扇使其转动。
液力驱动型风扇是通过水温传感器、ECU发出控制信号，通过比例阀调节系统油压，实现由马达及风扇转速调节。
电磁离合式冷却风扇的关键在于温控电磁离合器。电磁离合器是利用线圈通电时电磁产生的吸力，吸引衔铁盘压紧摩擦片以实现扭矩的传递，使风扇工作。断开电路后，衔铁盘与摩擦片分离，风扇空转。一般电磁离合器内部有大小不同的线圈，通过通电后产生不同的吸合力来使风扇可以空转、低速运转及高速运转。
电动风扇是由电动机直接驱动风扇，可以根据发动机温度和负荷的不同来改变风扇转速。因重型汽车风扇耗功较大，而电动风扇驱动功率受蓄电池的限制，故电动风扇很少运用在重型汽车上。
2 模型建立和冷却系统散热能力分析
某客车柴油机冷却系统（见图2）使用机械式传动方式来驱动水泵，并且匹配定转速比机械式风扇。
2.1 冷却系统建模
发动机基本参数如表1所示。使用AMESim软件建立发动机冷却系统仿真计算模型，模型如图3所示。
表1 发动机基本参数
2.2不同工况下系统冷却能力分析
客车长期在低速高负荷的情况下行驶，若遇到夏季高温天气，极易发生“开锅”现象，对此需要对极端热工况进行校核。
因此，本文基于额定转速下的目标发动机冷却系统，分别针对冬季（气温0℃）、春秋季（气温20℃）和夏季（气温45℃）三种不同的气候条件下，发动机负荷与车速对系统散热能力的影响。
系统仿真工况如表2所示，工况1~工况3分别代表车辆在低速、中速及高速行驶的情况。目标冷却系统的基本参数如表3所示。
仿真结果如图4~图6所示。根据图4~图6可以看出：所有工况的发动机出口处冷却液温度皆低于设计要求的103℃，该系统在高温低速高负荷的行驶条件下，系统内冷却液温度也只有99.4℃。所以，该系统满足设计需求，发动机不会“开锅”。
表2 仿真工况
表3 冷却系统基本参数
当系统工作温度不变而车辆行驶速度提高时，20%负荷工况下的冷却液温度几乎不变；100%负荷工况下的冷却液温度下降明显；50%工况下的冷却液温度变化介于两者之间。
当系统工作温度与系统负荷皆不变的情况下，车辆行驶速度由低速提高到中速时冷却液温度下降的程度要高于车辆行驶速度由中速提高到高速时冷却液温度下降的程度。
不同的环境温度对系统散热能力的影响也很大，0℃与20℃时系统内冷却液温度随车速、负荷变化而改变的程度要小于45℃时冷却液温度相应的改变程度。
系统的热负荷决定了发动机向冷却系统传递的热量，车辆行驶速度一定程度上影响了冷却空气的流量，而系统工作温度影响的则是冷却空气的进气温度。
从仿真结果可以看出，当系统处于低温低负荷热状态时，行驶速度的改变对冷却液温度影响很小，冷却液温度很低，系统与发动机处于过冷状态。
同时，当系统内冷却液温度过低时，该温度很接近节温器设定的开启与闭合大循环的温度，就会产生如图7所示的节温器振荡现象。此时节温器不停开启与闭合，系统无法稳定工作，长期如此会降低节温器的工作寿命。
根据初步仿真结果分析和判断，该系统的散热能力满足系统最大冷却需求，在极端高热状况下不会发生发动机过热的现象。但是，系统使用的是定传动比机械式风扇与机械式水泵，当车辆在同一转速行驶时，风扇和水泵的转速不随系统温度及热负荷的改变而发生相应的变化。这也就造成了目标车辆在其他普通热状况和低热状况行驶时，风扇和水泵提供的冷却介质流量很大，发动机长期过冷，且会产生节温器振荡现象。
3 采用不同驱动方式的冷却风扇匹配分析
从厂商处了解到：系统使用的机械式风扇共有 5 种转速（1 800 r/min；2 100 r/min；2 400 r/min；2 700 r/min；3 000 r/min）可以选择。为防止系统过热，原系统选择了转速最大的那一挡。
现结合初步仿真结果中发现的系统过冷及节温器振荡的问题，对剩余4个风扇转速进行进一步匹配计算。
3.1 风扇与水泵的耗功
通常对冷却系统而言，系统所消耗的功率主要表现为水泵和风扇所消耗的功率。
水泵所消耗的功率计算公式［5］为：
式中：Nw为水泵消耗的功率；qvw为水泵流量；pw为水泵泵水压力；ηw为水泵总效率。
风扇所消耗的功率计算公式［5］为：
式中：Na为风扇消耗的功率；qva为风扇流量；pa为风扇的供气压力；ηa为风扇总效率。
其中，水冷式冷却系统空气通道的阻力，也就是风扇的供气压力一般为［5］：式中：△pR为散热器的阻力；△pL为除散热器外所有空气通道的阻力，对一般的汽车，△pL=（0.4~1.1）△pR。
3.2 不同工况下风扇的匹配分析
本文选择了如表4所示的四种工况，分别代表了该系统的低速高负荷、低速低负荷、高速高负荷和高速低负荷四种不同的行驶工况。
表4 不同转速风扇仿真工况
不同转速的风扇特性曲线见图8，图8显示了风扇在风扇转速为1 800 r/min、2 100 r/min、2 400 r/min和2 700 r/min时风扇的流量与静压的关系曲线。
针对系统在四种工况对应四种不同风扇情况下的散热能力和耗功进行仿真计算，结果如图9~图11所示。
根据此仿真结果可以看出，当系统处于低速高负荷行驶工况时，提高风扇转速可以有效降低系统内冷却液的温度；而当系统处于低速低负荷、高速高负荷和高速低负荷等行驶工况时，风扇转速的提高对系统内冷却液温度影响不大，但此时，系统冷却风扇耗功会相应增加。
同时，当系统处于低速高负荷工况时，若风扇转速降低（1 800 r/min、2 100 r/min），系统内的冷却液温度会超过系统设计要求所规定的103℃，发动机过热，此情况需要注意并避免。
因为系统采取的是定转速比机械式水泵，当发动机为额定转速2 300 r/min，水泵转速不变，因此在仿真结果中水泵耗功几乎不变，皆为1.5 kW。
系统的换热量如表5所示。根据表5中小循环散热量 （数值上等于发动机散入冷却系统的热量与冷却空气带走的热量的差值）、节温器开度设定（见图12）及通过系统大小循环的冷却液流量值（见图13）可以看出：除了低速高负荷工况之外，提高冷却空气流动速度已经无法降低冷却液温度；在高速低负荷工况下，因为系统内冷却液温度低于或刚刚接近节温器设定的开启温度，冷却液基本上通过小循环散热，通过系统大循环的冷却液流量极少。因此，此时应当降低风扇转速，以提高冷却液的温度，增加流入大循环的冷却液流量，并减少冷却风扇的耗功。
表5 不同转速下系统与风扇匹配仿真结果
综上所述，该系统冷却风扇与系统匹配不合理。
3.3 风扇不同驱动方式匹配分析
为解决之前仿真过程中发现的风扇匹配问题，采用两款不同的驱动方式，即硅油离合器（见图14）和电磁离合器（见图15）。仿真工况如表6所示，两款离合器参数如表7和表8所示。
表6 不同车速及负荷的加速仿真工况
表7 硅油离合器控制策略
表8 电磁离合器控制策略
仿真结果如图16、图17所示。采用硅油离合式风扇和电磁离合式风扇后的冷却系统相对于原系统在风扇耗功方面有了较大的改善，特别是低负荷情况下，系统风扇耗功下降更为明显。挡位更多的电磁离合方案相比较硅油离合方案在耗功方案也有着自己的优势。
4 结论
（1）根据某客车的冷却系统结构，建立了发动机冷却系统仿真模型。
（2）根据系统在不同温度、速度及负荷下行驶时，系统内冷却液的温度来分析系统散热能力。
（3）针对系统在不同工况下匹配不同转速的风扇运行的情况，进一步分析了系统风扇和水泵的耗功，认为原设计系统大部分时间冷却过度，风扇与系统匹配不佳。
（4）经过计算得到：改变风扇控制策略可以有效降低系统风扇耗功；风扇挡位越多，风扇耗功降低越明显。
［1］倪计民.汽车内燃机原理 ［M］.上海：同济大学出版社，1997.
［2］ F.Melzer，U.Hesse，G.Rocklage and M.Schmitt Thermomanagemant［C］.SAE，1999，01：0238.
［3］廉昭，张凤岩，朱政.东风EQ-140型汽车电磁风扇离合器的研制［J］.北京：东北林业学报，1984，12（3）：111-123.
［4］吴海荣，郭新民.发动机冷却系统设计参数的确定［J］.农业化研究，2007：223-224.
［5］杨连生.内燃机设计［M］.北京：中国农业出版社，1981.
［6］王金华，孙长亮.发动机冷却系统的选型［J］.工程机械与维修，2008：152-153.
［7］Jimin Ni，Wanying Yu，Xiuyong Shi，et al.Optimization of Combination among Key Components at Air Side in Vehicle Thermal Management System ［C］.2010 International Conference on System Science，Engineering Design and Manufacturing Informatization （ICSEM 2010），Yichang，2010：310-313.
［8］GU Ning，NI Jimin.Simulation of Engine Cooling System Based on AMESim［C］.the Second International Conference on Information and Computing Science （ICIC2009），Manchester，2009：117-120.
电动汽车驱动电动机及控制技术 第3篇
石油能源是不可再生能源和污染性能源, 随着我国汽车保有量的逐年攀升, 汽车尾气污染日益成为大气主要污染源之一。为了实现资源的高效利用, 节省能源, 降低污染物排放, 以电力发电来替代燃油发电的电动汽车逐渐成为了新宠。近年来, 政府在政策等各个方面给予电动汽车许多优惠条件, 旨在鼓励、发展和使用电动汽车。作为电动汽车的核心组成部件, 不论是纯电动汽车 (EV) 、混合电动汽车 (HEV) 还是燃料电池汽车 (FCEV) , 电机控制系统都是其核心的关键性组成部件, 是电动汽车整车功能的集成和优化的最为核心的单元部件, 电控系统的安全可靠性如何会直接影响到整个电动汽车运行的稳定和安全, 可以说, 电动汽车中的电机控制系统是整个汽车产业信息化转型的重要方面内容。
电动汽车驱动系统结构及电机特点
纯电动汽车 (EV) 、混合电动汽车 (HEV) 以及燃料电池汽车 (FCEV) 中的电力驱动系统在布置和结构方面不尽相同, 但基本上都包含了电机驱动设备、机械传动设备以及车轮这三个主要部件。尽管电动汽车的驱动系统布置方式略有产别, 但在电机驱动布置结构上则主要包括电动机、电子控制器和功率转换器等三个部分, 这三块部件共同构成了电动汽车驱动系统的核心部件, 其中, 评价电动汽车驱动系统差异的最主要的是其中的电动机, 目前, 电动汽车的电动机主要有永磁无刷、开关磁阻、感应和直流四类 (见表1) 。
从表1可以看出, 永磁无刷电动机的整体评价是最好的, 直流电动机评价效果不好, 随着电动汽车驱动技术的快速发展, 在国外的许多大公司已经逐渐开始淘汰电动汽车中的直流驱动系统的应用和研发。就其原因主要是在控制性方面, 永磁无刷电动机和感应电动机要明显优于直流电动机, 此外, 永磁无刷电动机和感应电动机的生产成本低、功率密度高, 后期维护较为简便, 而直流电动机在体积和质量方面大, 成本也高。随着电动汽车的广泛应用, 对于电机的要求也越来越高, 对于可控性、制动再生效率、稳态精度以及转速等方面都提出了更高要求, 这也是未来电动驱动系统发展的研究和改进方向。
电动汽车驱动系统用电机种类及控制技术
电动汽车驱动电动机主要有直流电动机 (DC) 、感应电动机 (IM) 、永磁电动机 (BDCM和PMSN) 以及开关磁阻电动机 (SRM) 四种。
直流电动机及控制技术
直流电动机结构较为简单, 是电动汽车中较早使用的驱动系统。但随着控制技术的发展和电力电子技术的进步, 直流驱动系统逐渐被淘汰, 该结构的电动机机械转向结构容易产生电火花而有一定的安全隐患, 且也不适合在多尘、潮湿和易燃易爆等环境中工作和使用, 换向器在后期的维护过程中较为困难, 价格高、体积和重量大等劣势。
备注:★差;★★一般;★★★较好;★★★★好。
感应电动机及控制技术
电动汽车的感应电动机变频技术有矢量控制、转差频率控制和V/F控制三种。其中, 矢量控制又叫控制定子电流矢量, 它是指在电动汽车中把异步电动机的定子电流矢量分解, 进而产生相应的励磁电流和转矩电流, 并分别加以控制, 同时控制励磁电流和转矩电力之间幅值和相位, 与直流电机相比, 感应电机具有体积小、质量轻, 与车体的适配性更好, 以及运行稳定性强, 后期维修简单, 维护费用较低等优势, 在电动汽车上得到了广泛的应用。
永磁电动机及控制技术
永磁电动机主要有永磁无刷同步电机 (PMSM) 和永磁无刷直流电机 (BDCM) 两种, 目前从运用的实际现状来看, 大多数汽车生产企业多选择永磁无刷同步电机。永磁无刷同步电机调速性能好, 而且电机的功率密度高, 运行效率优良等优点, 但不足之处就是永磁材料时间一久会产生退磁效应, 易腐蚀, 因而生产成本较高。永磁同步电机的研究主要是弱磁控制领域。当增加电子直轴电流时, 直轴电枢就会发生反应, 从而削弱整个电机的气隙磁场, 实现弱磁增速的目的。
开关磁阻电动机及控制技术
开关磁阻电动机 (SRM) 最早正式推出的是英国, 经过30多年的发展, 已经在我国逐渐应用到实际生产中, 如我国第二汽车制造厂就使用过将SRM应用到电动客车的生产中来。SRM驱动系统较为复杂, 具体来说是由SRM电机、位置检测器、控制器和功率变换器组成。而且SRM电机驱动系统难以建模, 是一种非线性, 因此, 对SRM电机驱动系统的控制主要采用神经网络控制和模糊逻辑控制法。SRM电机具有控制方便、成本低、效率高等优点, 也是现实中使用较为广泛的一种电动汽车电机类型。
电动汽车电机控制技术发展趋势展望
随着电动汽车技术研发力度的加大, 以及人们对电动汽车的认可度越来越高, 未来电动汽车的发展前景将是十分广阔。作为电动汽车的核心部件之一的电机及其控制技术也将会迎来良好的发展机遇期。未来电动汽车电机及其控制技术将会呈现出一下特点。
电机种类的多样化
前文中叙述了当前较为普遍的四种电机, 这几种电机在性能的总体评价方面各有优势, 而且目前在不同的电动汽车中都还有应用, 这其中要以永磁无刷直流电机和异步电机为主要的使用两种电机类型。但是, 随着微电子技术、材料科学、数控技术的发展, 可以预见的是在未来电机的种类会越来越多, 例如在直流电机发展基础上, 逐渐开发出混合电机如永磁式开关磁阻等等多种形态。
电机控制的智能化
智能化是未来各个领域的发展方向, 尤其是在电动汽车这样高精尖领域, 未来模糊控制、专家系统、神经网络等非线性智能控制技术都会应用到电动汽车的电机控制系统中, 电动汽车的电机控制将会取得良好的发展成果, 智能化水平将会越来越高。
电机控制的数字化
动机驱动 第4篇
关键词：发动机,冷却系统,液压驱动
0 引言
目前,国内大多数工程机械发动机由于经常长时间低速大负荷工作在高温多灰尘的环境中,所以工作中经常出现发动机过热致使设备停机间歇的现象。究其原因,这类发动机冷却风扇一般是和水泵一起由发动机曲轴通过V型皮带以定传动比驱动的,从而使冷却风扇和水泵的转速只能随发动机的转速调节。因此,为满足发动机的散热需要,发动机冷却风扇和水泵的转速应随发动机温度的高低而自动调节,使发动机在任何工况下,都有适当的冷却风量和冷却液的循环流量。
为此,笔者根据大多数工程机械的工作特点和散热规律,将冷却风扇和水泵的传统定传动比驱动方式改为液压无级调速驱动,使冷却风扇和水泵的转速随发动机温度的高低而自动调节,从而能较好地解决工程机械过热的问题,使其发动机工作于高效、可靠的温度范围之内,这对于提高发动机功率利用率和燃油经济性,降低工程机械的使用成本是十分必要的。
1 液压无级调速冷却系统总体方案
根据发动机冷却系统的散热要求,液压无级调速驱动冷却系统总体方案如图1所示。该总体方案原理示意图中,冷却风扇和水泵由液压马达同轴驱动,冷却液温度传感器将检测到的发动机冷却液温度信号传给电控单元ECU;ECU处理该信号后,发出控制信号,继而调节电磁比例溢流阀的输入电流,改变溢流阀的调整压力,调节风扇和水泵液压驱动系统压力以及液压马达的进出口压力差,油压的改变就会对风扇和水泵起到调速的作用。该过程是一动态监测过程,所以该总体方案可以根据工程机械发动机的散热需要自动调节冷却风扇和水泵的转速,从而满足发动机的散热要求。
1.液压泵 2.冷却风扇 3.液压马达 4.水泵 5.发动机散热器6.冷却液温度传感器 7.电控单元 8.电磁比例溢流阀 9.油箱
2 冷却系统液压驱动元件的设计计算
从发动机液压无级调速驱动冷却系统原理图(图1)中可以看出,设计系统中主要液压元件包括液压马达、液压泵和电磁比例溢流阀等。工作中液压马达主要用来同轴驱动冷却风扇和水泵,而液压泵则主要是在电磁比例溢流阀根据发动机冷却液温度的控制调节作用下来随时改变液压马达的进出口压力差,从而改变液压马达的输出转矩,继而根据发动机的温度变化来调节冷却风扇和水泵的转速,使发动机在各种工况下都能保证适当的冷却风量和冷却水的循环量,以满足发动机的散热需要。
2.1 液压马达的选型
液压马达的选型设计主要是在确定液压马达的类型后,通过确定的液压马达主要设计参数来选择液压马达的型号。
2.1.1 液压马达类型的确定
该设计系统所适用的发动机通常工作于高温多灰尘的场合,所以冷却系统所需散热量较大;而且由于发动机的工况不同,所需散热量差别也较大,从而要求冷却风扇和水泵的转速范围较大,所以可选择对液压油污染要求不高、结构简单、价格低廉、转速常高于500r/min的外啮合式高速齿轮液压马达。
2.1.2 液压马达主要设计参数的确定
由于液压马达输入压力能,输出连续旋转运动和扭矩,所以液压马达的选型设计参数主要包括输出转矩、工作压力和排量。
1)确定输出转矩TM。
由图1中可以看出,在设计冷却系统中水泵和冷却风扇同轴安装并由液压马达驱动,其中,风扇和水泵的驱动转矩可根据将发动机的最大功率工况作为冷却系统的计算工况,由发动机散入冷却系统的热量入手,以反推得到[1]。而且液压马达内部也不可避免地存在各种摩擦,因此要求所选液压马达实际工作中应能同时驱动水泵和风扇,即应满足下列条件
TM=TM0·ηMm≥Tqf+Tqp (1)
式中 TM—液压马达的最小输出转矩(N·m);
TM0—液压马达的理论输出转矩(N·m);
ηMm—液压马达的机械效率,可取值为0.95;
Tqf—冷却风扇驱动转矩(N·m);
Tqp—水泵驱动转矩(N·m)。
2)选定工作压力PM。
在液压马达负载转矩确定后,工作压力就决定了系统的经济性和合理性。若工作压力低,则执行元件液压马达的尺寸就大,质量也大;若压力过高,则密封要求就高,元件的制造精度也就更高,因此本设计系统液压马达的工作压力,根据系统所匹配主机即工程机械发动机的这一实际情况要求,可取液压马达工作压力PM=12MPa[2]。
3)确定排量VM。
本设计系统中,由于液压马达驱动的风扇和水泵并不要求反转,所以工作中液压马达单向旋转即可,其回油直接流回油箱,可视其出口压力为0。从满足负荷的要求出发,液压马达排量的计算公式[2]为
式中 VM—所求液压马达的排量(mL/r)。
2.1.3 液压马达型号的确定
根据齿轮马达选用指南,对基本使用性能参数,如齿轮马达的输出转矩,应有1.3～1.5倍的储备[3]。因此,根据以上确定的液压马达输出转矩TM、工作压力PM和排量VM,就可以从产品样本中选择液压马达的型号,从而确定设计系统中液压马达的理论排量、额定工作压力、容积效率等参数。
2.1.4 液压马达实际所需流量QM的确定
考虑液压马达在实际工作中存在泄漏,所以可根据所选液压马达的排量、容积效率,及风扇和水泵的修正转速,根据下式计算出液压马达实际所需的最大流量QM(L/min),即
式中 V′M—所选液压马达的理论排量(mL/r);
nf—风扇和水泵的修正转速(r/min);
ηMv—所选液压马达容积效率。
2.2 液压油泵的选型
液压油泵的选型,需要先根据设计要求和系统工况确定液压油泵的类型,然后再根据液压油泵的最高供油压力和最大供油量来选择液压油泵的规格型号。
2.2.1 液压油泵类型的确定
外啮合齿轮泵,因其结构简单、工艺性较好、价格低廉,而且具有良好的自吸性能;转速范围大,对液压油污染的要求也不高,非常适合工程机械发动机冷却风扇和水泵的驱动。所以,本设计系统选用外啮合齿轮泵作为动力元件。
2.2.2 液压油泵主要设计参数的确定
由于液压泵输入机械能,输出压力能,所以液压油泵的选型设计参数主要包括油泵工作压力、最大供油量及排量的确定。
1)确定工作压力Pp。
从图1可以看出,在本设计系统中,液压油泵所需工作压力的确定主要根据液压马达在工作循环中所需最大压力PM,再加上液压油从液压油泵的出油口到液压马达进油口处总的压力损失∑Δp1来确定,因此有
Pp≥PM+∑Δp1 (4)
式中 Pp—油泵最高工作压力(MPa);
∑Δp1—从液压油泵出口到液压马达入口之间总的压力损失,在系统管路未设计之前,可根据同类系统经验估计,通常该类系统中∑Δp1=0.5～1.5MPa,在此取1.2MPa。
2)确定最大供油量Qp。
液压油泵的最大供油量Qp,即液压油泵的输出流量,可按执行元件液压马达的流量及回路系统中的泄漏量来确定,即
Qp≥K∑qmax (5)
式中 Qp—液压油泵的最大供油量(L/min);
K—考虑系统中有泄漏等因素的修正系数,一般K=1.1～1.3;
∑qmax—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值,在本设计系统中只有一个液压马达,所以在此为液压马达的实际所需最大流量QM。
但该系统是在工作中需要溢流阀溢流,因而尚需加上溢流阀的最小溢流量,一般取最小溢流量为0.5×10-4m3/s[4],即3L/min。
3)确定液压油泵排量VB。
已知液压油泵的流量Qp即可求得液压油泵的排量VB (mL/r),即
式中 ne—液压油泵的转速,在此即为发动机的标定转速。
2.2.3 液压油泵规格型号的确定
液压油泵的基本参数是压力、转速、流量等。确定液压泵的规格型号时要注意以下几个方面:
1)为了使液压油泵工作安全可靠,液压油泵应有一定的压力储备量,通常使所选液压油泵的额定压力比计算所得的最大工作压力PP高出约25%～60%[4]。
2)液压油泵的流量与工况有关,选择的液压油泵的流量应大于液压系统工作时的最大流量∑qmax。为了避免造成过大的功率损失,本设计系统中可使所选择液压油泵的额定流量与计算所得液压油泵的最大供油量QP相当。
3)为延长液压油泵的使用寿命,选择时应考虑使液压油泵在工作中最高压力与最高转速不同时使用。
4)液压油泵转速的选择应严格按照产品技术规格表中规定的数据,不得超过最高转速值。其最低转速值在正常使用条件下,并没有严格的限制。
根据前面计算的液压油泵工作压力PP、最大供油量QP、排量VB,以及额定转速和液压油泵的类型,查阅《机械设计手册》[4],即可以选择出液压油泵的规格型号。
2.3 阀类元件及比例控制放大器的选型
2.3.1 阀类元件的选型
在本设计系统中,液压控制阀就是电磁比例溢流阀,它主要用来根据发动机的温度变化,调节风扇和水泵液压驱动系统压力以及液压马达的进出口压力差,从而实现系统对风扇和水泵的调速作用,以满足设备的散热需要。因此,它是直接影响冷却系统工作过程和工作性能的重要元件。
控制阀类元件规格型号的确定主要根据控制阀的最大工作压力和流经控制阀的最大流量来选择。即所选的控制阀类元件的额定压力和额定流量要大于系统的最高工作压力及实际通过控制阀的最大流量。在条件不允许时,可适当增大通过控制阀的流量,但不得超过控制阀额定流量的20%[2],否则会引起压力损失过大。
根据以上计算及选择原则,查阅相应设计手册[3],即可确定本设计系统中电磁比例溢流阀的规格型号。
2.3.2 比例控制放大器的选择
比例控制放大器是对电磁比例溢流阀中比例电磁铁提供特定性能电流,对比例阀进行控制的电子装置。它输入值是控制电压,输出值为电流。由于比例控制放大器功能相差很大,所以放大器一般由比例阀生产厂家配套供应,有多种型号可供选择,且按所用电源分直流电源用和交流电源用两种。而本设计系统所配用发动机上现有直流电源,所以为简化设计,可选用直流输入式直流电源用比例控制放大器,查阅相应设计手册[3],便可确定本设计系统中比例控制放大器的型号。对比其最大输出电流、最大输入电压、电源电压和环境温度,均符合所匹配发动机的要求。
3 结论
本设计系统利用了液压传动的优点,综合运用了液压传动技术、电液比例控制技术以及传感器技术,将发动机冷却风扇和水泵的传统驱动方式改为液压驱动,实现了发动机冷却风扇和水泵的转速随发动机温度的高低而自动调节。同时,从满足发动机的散热需要出发,对液压回路进行了设计,对系统中液压马达、液压油泵、电磁比例溢流阀及其比例控制放大器等主要液压元件进行了设计计算和选型。该系统主要用以解决工程机械在低速、大负荷施工过程中出现的发动机过热和高速运动中冷却能力过剩以及由此造成的冷却系统耗能大的问题,可使系统安装灵活、噪声较低。另外,本设计系统还可应用在多种相似类型的工程机械上,具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]吴海荣,郭新民.发动机冷却系统设计参数的确定[J].农机化研究,2007(1):223-224.
[2]左健民.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3]雷天觉.新编液压工程手册(上册)[K].北京:北京理工大学出版社,1998.
[4]徐灏.机械设计手册(流体传动与控制)[K].北京:机械工业出版社,2003.
某电机驱动式自动机传动系统设计 第5篇
自动机是参与和完成自动动作, 以实现连发射击的各机构的总称。自动机工作可靠性在自动武器研究过程中尤其重要, 自动武器故障的80%是由自动机引起的[1]。传统方法是通过反复的实弹射击不停修正设计参数来解决自动机可靠性问题, 这种方式经济效益差, 研制周期长。随着动态模拟实验技术[2]和电动伺服系统的快速发展, 其在武器系统的研制中也得到了进一步的应用。电机驱动式自动机就是用电机来代替火药燃气驱动自动机后座, 在不进行实弹射击的情况下对自动机在各种射速条件下工作的可靠性、灵活性和可动性进行考核, 而传动系统则是整个装置的关键部分。本文以动力学仿真软件ADAMS为平台, 通过仿真对电机驱动式自动机传动系统进行了可行性的研究。
1 工作原理
自动机的传动系统采用曲柄滑块机构, 该机构的作用是将电机的回转运动转换为自动机的来回往复运动。传动系统中的曲柄和电机主轴做同步运动, 曲柄通过连杆带动滑块做平动, 由于滑块与枪机框相连接, 在滑块的推动下, 枪机框后坐, 带动自动机共同后坐。当自动机后坐到位, 曲柄滑块机构的滑块工作到最大行程。复进过程中电机对自动机的运动不影响, 自动机在复进簧的作用下回到起始位置。通过调节曲柄滑块机构的结构参数可以调节对自动机的作用力、作用时间和作用位移。通过脉冲发生器给伺服电机发送脉冲来精确的控制电机的转动, 从而实现对传动机构走位的精确控制。工作原理如图1所示。
1—曲柄;2—驱动电机;3—连杆;4—滑块;5—活塞;6—枪管;7—枪机;8—枪机框;9—复进簧;10—机匣;
2 传动机构参数设计
2.1 动力传动机构行程H的确定
由于滑块与枪机框相连接, 而枪机框又与自动机相连, 因此滑块的行程H即为自动机的行程。
2.2 动力传动机构行程速比系数K的确定
对于自动机来讲, 要在一百毫秒内完成整套动作, 因此要求曲柄滑块机构具有一定的急回特性来节省空回行程的时间, 取K=1.2[3], 即极位夹角θ=16.36°。
2.3 根据H、K设计曲柄滑块的结构尺寸
所选自动武器自动机的运动行程为H=125mm, 采用解析法结合运动连续性条件[4], 确定曲柄半径r=50mm、连杆长度L=268mm、偏心距e=156mm。
3 虚拟样机动力学模型
3.1 电机驱动式自动机传动系统三维模型的建立
设计的电机驱动式自动机系统包括永磁式同步电机、曲柄滑块传动机构、滑块导向装置、夹具、带有自动机的自动武器以及试验台。电机驱动式自动机系统三维模型如图2所示。
3.2 电机驱动式自动机传动系统动力学模型的建立
在仿真软件ADAMS中建立模型的方法有两种:一是直接在该软件中自底向上建立, 二是由其他三维软件建立以后导入。由于ADAMS的CAD功能相对较弱, 对复杂系统的建模能力不强, 于是选用第二种方法。选用Solid Works建立三维模型。建模过程中删除对仿真结果不会造成重大影响的结构, 只保留曲柄滑块机构与自动武器的主要结构。
对导入ADAMS中的每个零部件进行定义属性, 材料定义为钢 (steel) 、密度为7.8E6kg/m3、杨氏模量为2.07E5N/mm2、泊松比为0.29。
然后定义约束 (见图3) , 加载。驱动加在曲柄上, 运动方式是旋转。
3.3 仿真设置与计算
本文进行单发的仿真, 添加驱动转速, 转速由数值计算的方式求得, 导入ADAMS生成载荷曲线, 然后通过样条函数AKISPL对该曲线进行拟合和取值, 其形式为AKISPL (time, 0, SP_ID, 0) , 其中time为仿真时间变量, SP_ID为所取载荷曲线的ID号[5]。
起始位置定义在曲柄与连杆共线且曲柄与连杆有重叠的那个位置。点击模型中旋转驱动按钮, 将拟合的载荷曲线加载给该驱动, 得出仿真曲线如图4
3.4 仿真结果分析
所选样枪自动机运动的速度时间曲线已经通过实测得到, 单发射击的速度特性曲线如图5, 在此采用实弹射击所得自动机速度特性曲线与模拟仿真所得曲线做对比, 以此来验证所建动力学模型的正确性和模拟试验装置模拟的准确性。
对图4和图5的试验数据进行提取, 得到单发情况下虚拟试验和武器样机靶场试验各项数据的比较如表1所示, 其中v1到v3分别为最大速度、枪机框和枪机碰撞后后座速度、与缓冲簧撞击前的平均速度, 表中速度单位均为m/s。
通过对比两条自动机运动速度时间曲线特征点处的速度可以看到, 特征点速度最大相对误差为4.8%, 出现在枪机框与缓冲簧撞击前, 特征点速度相对误差均在5%以内。
误差出现的原因主要有以下几个方面:
1、建模过程中忽略了一些摩擦力, 接触问题的仿真也不尽完善。
2、实弹射击为多次撞击, 工况与单次击发有一定的出入。
4 结论
本文基于动力学仿真平台, 对电机驱动式自动机进行了研究, 重点是对传动系统进行了分析设计, 仿真结果表明以曲柄滑块作为传动机构能满足设计要求。误差基本在可以接受的范围。该套系统不仅针对某一型号的自动机, 对于其它型号的自动机也同样适用, 只需改变传动机构的结构参数即可。该课题的研究为电机驱动式自动机整体系统的后续进一步的设计奠定了基础, 具有较强的理论意义和工程实践价值。
参考文献
[1]王欲安等.自动武器构造[M].第1版.北京:北京理工大学出版社, 1994
[2]董少峰.电动式自动机动态模拟试验技术[D].太原:中北大学, 2007
[3]类建国.曲柄滑块机构中K值合理范围的确定[J].郑州:机械传动, 2003, 27 (1) :41~42
[4]郭卫东.机械原理[M].第1版.北京:科学出版社, 2010
[5]郑建荣.ADAMS虚拟样机技术入门与提高[M].第1版.北京:机械工业出版社, 2002.1
[6]阮晓钢, 彭奎, 左国玉.两轮自平衡机器人在斜坡上的动力学建模与控制[J].新型工业化, 2012, 2 (4) :50-61
动机驱动 第6篇
气门运动规律对发动机交换气过程的控制有重大影响, 是保证发动机工作可靠、耐久的重要因素[1]。气门驱动机构是按照一定规律控制气门开启相位、开启持续角度和气门升程的重要机构。为适应现代汽车发动机的高性能, 气门运动规律必须做到精确、迅速地三可调节:气门启闭时刻可调节、气门启闭持续时长可调节和气门升程可调节, 只有这样, 才能满足现代发动机进气充分、排气彻底的要求, 从而提高发动机的工作效率、改善发动机的排放。为了适应发动机不同转速下转矩最佳化要求, 各国汽车生产商、科研机构对发动机气门技术进行研究与开发, 新的气门驱动技术越来越多地应用于现代汽车发动机上。
2 不可调式配气相位的气门驱动
传统的不可调节式气门传动机构是由曲轴通过正时链条 (或正时齿形皮带) 带动凸轮轴转动, 再驱动气门启闭的。由于凸轮的工作轮廓曲线、凸轮轴、曲轴三者相对位置固定, 气门正时和气门升程都不能改变, 故这种气门驱动机构无法保证发动机机在不同转速下都能得到最佳的配气相位。
3 可调式配气相位的气门驱动
如果发动机的配气相位固定不变, 就只能与发动机某一工况实现最佳配合, 在其他工况条件下, 发动机工作情况就比较勉强, 工况变化频繁的发动机当然希望配气相位能动态地随时处于最佳, 为此, 可调式配气相位的气门驱动技术得以发展, 这种技术分为有凸轮和无凸轮两种, 广泛应用于现代汽车上。这套控制装置由传感器、电子控制单元ECU和执行元件三大部分组成。
3.1 有凸轮可调节式配气相位的气门驱动装置
有凸轮可调节式配气相位气门驱动凸轮的工作轮廓曲线、凸轮轴、曲轴三者的相对位置不再固定不变, 而是根据发动机的转速和工况可以适时地自动调节, 进而控制气门正时、气门升程的调节。
3.1.1 调节气门正时的气门驱动装置
调节气门正时的气门驱动装置是在传统发动机气门驱动系统之上, 通过在凸轮轴传动端加装一套液压控制机构, 利用由ECU控制的液压系统调整凸轮轴与正时齿轮间的相对转角, 实现凸轮轴在一定范围内的角度调节, 改变了 (提前或滞后) 凸轮的运动时刻, 达到调整配气相位的目的。由于该气门驱动装置的凸轮工作轮廓曲线固定, 凸轮轴相对曲轴的转角可调节, 故可调节气门正时不能调节气门升程。这种气门驱动的典型代表是丰田的VVT-i技术, 如图1所示。
3.1.2 调节气门升程的气门驱动装置
调节气门升程的气门驱动装置是通过改变凸轮轮廓工作曲线或改变摇臂结构, 实现气门升程调节, 这就是多凸轮技术和多摇臂技术。多凸轮技术是让有不同工作轮廓曲线的凸轮分别参与驱动气门的工作, 改变气门运动规律。它根据发动机工况的变化自动变换驱动气门的凸轮, 这类气门驱动装置比较典型的有本田的i-VTEC系统和奥迪的AVS系统, 由于提供了两种以上的凸轮曲线, 故可以自动选择不同凸轮对气门升程的进行调节, 它的缺点是调节不连续。多摇臂技术通过改变摇臂结构控制气门升程, 这类气门驱动装置比较典型的有宝马的Valvetronic系统和日产的VVEL系统, 通过改变摇臂结构实现对气门升程的连续调节。凸轮和摇臂也不能太多, 否则结构就会很复杂。
(1) 本田i-VTEC系统通过液压系统 (动力件) 对三根摇臂和三个凸轮的控制, 实现气门升程的调节, 如图2 (a) 所示。
(2) 奥迪AVS (Audi Valvelift System) 系统通过设计两组不同角度的凸轮, 由电磁驱动器控制凸轮轴上的螺旋沟槽套筒, 套筒在凸轮轴上沿轴向来回移动, 完成不同凸轮间的切换, 实现气门升程的调节[2]。如图2 (b) 所示。
(3) 宝马Valvetronic系统:Valvetronic系统是在传统的气门驱动装置上增加了步进电机、偏心轴和中间推杆等零件 (如图3a) 。电机通电时, 系统借由步进电机驱动偏心轴旋转, 通过中间推杆和摇臂控制气门启闭, 由于偏心轴旋转的角度不同, 气门的升程也会不同。Valvetronic系统ECU根据发动机工况变化控制电机通电时间的长短, 决定偏心轴的旋转角度, 实现气门升程的连续调节。这种结构除了简单外, 还有可连续调整和反应灵敏的优点。
(4) 日产VVEL系统:该系统是在传统的气门驱动装置上加装了一个螺旋副 (如图3b) 。螺母由连杆与控制杆连接, 摇臂通过偏心轮套在控制杆上。发动机工作时, ECU信号控制电机带动螺杆转动, 螺母则带动摇臂驱动气门, 从而实现气门升程的快速、连续可调。
3.2 无凸轮可调节式配气相位的气门驱动装置
有凸轮可调节式气门配气相位装置的发展受到凸轮副特性的限制, 无法克服凸轮副带来的一系列弊病, 无凸轮可调节式配气相位的气门驱动装置的出现成为科技发展的必然。
无凸轮可调节式配气相位的气门驱动取消了传统气门驱动装置中的凸轮轴和从动件, 气门通过电磁、电液或其他方式来直接驱动。由于取消了凸轮轴, 气门运动不再受凸轮轮廓曲线的限制, 使得气门运动规律精确、迅速地三可调节变得简单, 容易了。
3.2.1 电磁式气门驱动装置
该气门驱动装置是在气门上安装两个相同的电磁铁, 通过ECU给电磁线圈通电产生的电磁力直接驱动气门。发动机控制电脑改变电磁线圈的通、断电时刻控制气门的开启始点和开启持续期, 并可方便地通过调节衔铁的行程来调节气门的升程, 如图4 (a) 所示。
3.2.2 电液式气门驱动装置
电液式气门驱动装置每个气门都有一个液压缸控制, 液压缸工作油液的流入和流出通过电磁阀来控制, 油液压力的变化推动液压活塞运动, 轻松实现气门三可调节控制, 如图4 (b) 所示。
4 结语
随着汽车技术的发展, 汽车发动机的气门驱动技术也在日益更新, 从传统有凸轮不可调节式配气相位的气门驱动到无凸轮可调节式配气相位的气门驱动把汽车的气门精确控制提升到了一个崭新的台阶。不管是哪一种气门驱动技术, 要解决的关键问题都是保证进气充分、排气彻底, 以动态地保证发动机在不同的工况下都能良好工作。要满足现代发动机进气充分、排气彻底的要求, 提高发动机的性能, 这就必须让气门的运动规律做到精确、迅速地三可调节 (即:启闭时刻可调节、持续时长可调节和开启升程可调节) 。目前, 无凸轮可调配气相位的气门驱动由于取消了凸轮轴, 突破了传统气门驱动装置的局限, 能够在由机、电、液所组成的自动控制技术装置的帮助下, 随时动态跟踪汽车工作状态, 智能地自动连续调节气门正时和气门升程, 实现了气门驱动的“三可调节”, 极大地提高了汽车的动力性、经济性和环保性, 现已成为各个厂家争相开发和应用的一项关键技术[3]。
摘要：为了提高发动机动力性、经济性和降低排放污染, 保证汽车每个瞬间总是处于最佳工作状态, 现代汽车技术对发动机提出了更高的要求, 发动机的气门可调节驱动技术是对发动机性能有重要影响的一项新技术, 本文就发动机的气门“三可调节”驱动技术进行了探讨。
关键词：气门,三可调节,无凸轮可调配气相位
参考文献
[1]杨妙梁.现代车用发动机可变气门正时——宝马“Valvetronic”、保时捷“Vario·Cum·plus”和本田“Nonthrottling (一) ”.汽车与配件, 2002年42期:30-32
[2]宋学忠, 马丽娜.发动机可变气门升程技术概述.内燃机与配件, 2013年第1期:32-35
[3]唐德修.液压传动在汽车精细控制中的巧妙应用.液压与气动, 2007年第9期:43-45
[4]李红艳, 赵雨东.发动机无凸轮轴气门驱动的研究与进展.车用发动机, 20011年第2期
减排是船用发动机第一驱动力 第7篇
为此, 国际海事组织 (IMO) 提出了新造船的船舶能耗限制指数, 通过减少含碳燃油消耗, 降低温室气体CO2的排放, 并要求各成员国自愿执行, 预计今后的某个时候开始将强制执行。
按照IMO排放法规的新要求, 对NOx的排放限制为2011年起, NOx比现在减少2.5g/k Wh;2016年起, NOx在现有基础上降低80%。IMO对硫的氧化物也有排放限制。硫的氧化物的排放量取决于燃料中的硫含量。根据IMO排放法规的新要求, 2012年前, S<4.5%;2012年起, S<3.5%;2020年起, S<0.5%。
此外, 对PM (燃烧不完全产生的碳烟, 常说的可吸入颗粒物) 也有明显的排放限制, 以中速机为例:现行要求, PM<0.27g/k Wh;但从2013年起, PM<0.14g/k Wh;到了2016或2017年起, PM<0.04g/k Wh。
我国自主开发的船舶发动机急需技术改造, 不然无法满足2011年的NOx排放要求。目前我国的船用燃油中的硫含量接近3.5%, 而要降低到0.1%~0.5%, 需要增加燃油成本约500元/吨, 要降低成本还需从发动机的技术改造入手。
此外, 对于按国外许可证技术生产的发动机需要由许可证出让方提供技术升级 (目前占远洋船舶的90%) 。
金东寒提醒大家, 技术升级还可以从许可证商手里得到实惠。比如, 一家许可证生产企业如果要改进品牌机的技术, 要事先得到许可证商的同意, 并允许其他许可证企业共享。作为技术的贡献者, 此企业会得到许可证费用的优惠作为改进技术的奖励, 如费用从10%降到7%。这样, 许可证商既可以从其他许可证企业那里得到回报, 又通过技术改进在与其他品牌竞争中占据优势。这是一种共赢的模式, 但是, 目前只有日本和韩国在这方面有过贡献, 许可证费用有所降低。
9月份, 韩国现代重工宣布其全球大型船用发动机实现累计产量超过1亿马力。据了解, 现代重工目前占据全球船用发动机市场35%的市场份额。该公司拥有全球最大的产能, 大型发动机年产量可达1400万马力, 中速机年产量500万马力。
根据金东寒的统计数据, 2008年底全球中、低速船用柴油机生产能力约6000万马力。其中韩国、日本、欧洲的船用柴油机生产能力分别占全球的49%、28%和9%, 我国占14%。
仅以船用低速机企业来比较, 现代重工的产能是1300万马力, 第二位的斗山重工也有900万马力。同期中国船用发动机最大制造企业沪东重工的产能是177万马力, 在世界低速机生产企业中排名第五。当然这仅仅是简单数量上的对比, 在技术创新上, 金东寒认为, 我国绝大多数船用柴油机企业缺少系统开发和设计能力, 没有能力提供优化的动力。而对于引入的技术, 本土化过程中缺少二次开发, 造成质量不稳定及成本高居不下。
动机驱动 第8篇
关键词：步进电动机,细分驱动控制技术,原理
步进电动机细分驱动控制技术在机械加工等精密器械的制造方面均有自己独特的优势, 在我国科学技术不断发展的今天, 面对各种技术的不断发展以及提升。步进电机的改造以及相关原理的更新一直没有受到阻碍。在科学技术不断引领社会发展的今天, 有效的将步进电机细分驱动控制技术进行改革、研发、实际应用对我国在未来的发展建设过程中必然会起到良好的促进作用, 以下将试析步进电动机细分驱动控制技术的研究运用。
1 步进电动机
步进电动机把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号, 步进电动机前进一步, 故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备, 以及打印机、绘图机和磁盘等装置。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成, 由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。
步进电机的优点是没有累积误差, 结构简单, 使用维修方便, 制造成本低, 步进电动机带动负载惯量的能力大, 适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方, 缺点是效率较低, 发热大, 有时会“失步”。
2 步进电机细分驱动控制原理和方法
2.1 步进电机细分原理。
步进电机在进行运转工作中, 最主要的是依靠励磁绕组之间因为特定性能产生旋转式的合磁场带动转子进行同步运动。在步进电机没有进行细分时候, 合磁场会一种不变的角度运转, 当励磁绕组在电流通过时候, 会产生磁通量, 控制好电流的方向实现对步进电机合磁场的控制, 步进电机在细分的情形下, 其工作时候可以实现对绕组电流大小进行精确的控制。
2.2 步进电机细控制方法
2.2.1 等电流细分驱动法。
细分驱动技术通过对相电流实施阶梯控制, 让步进电机围绕在一个很小的角度运转, 将电流均匀细化, 也使得围绕的角度均分。
2.2.2 实现振动频率的降低。
在面对实际状况发生的过程中, 应该根据操作过程中的行为技术准则, 在分析出步距角以及相关电流的曲线之后, 在此基础之上对步进电机相关器件的电流进行控制并加以修正, 只有在此基础之上建立的调整才能够实现步进电机在实际工作中步距角的均分。
2.2.3 电流矢量恒福均匀旋转法。
步进电机内部的合成磁场要想保持一定的参数恒定, 就需要使用特定的方式来实现。在操作过程中, 可以通过将磁场保持在与运行方向同一方向上进行一致性的协调, 再或者在将变化变化均匀处理, 通过实践操作, 传统的步进电机细分驱动技术的使用是依靠在各种硬件的强大配合之下进行的, 但是这种方式要想在一段时间内实现所谓的恒力矩均匀细分, 然后在此基础上在进行有效的控制将会出现相当大的难度。但是科学技术的发展为我们提供了条件, 通过使用单片步进电机控制系统, 将一部分数据存储在软件系统中, 然后进行各种细分电流有关信号的控制输出。
3 步进电机的细分驱动控制技术研究运用
3.1 单片机细分步距精度驱动。
作为单片机细分步距控制系统的核心, 在进行细分步距精度的调整控制过程中, 其主要还是依靠一定的组合程序, 岁正在运行的电机产生符合其运转工作的PWM细分信号, 使整个步进电机的相关相数、细分倍数、运行过程中的频率等相关的过程进行精密曲线的描绘。在运转过程中对于步进电机锁转过的角度、弧度以及在电流变化的过程中都会受到整个操作系统的操控, 有效的将整个软件内部的工作状况展现出来。
信号的有效处理是单片机细分步进电机在进行精度驱动技术的使用过程中一项十分重要的使用技术。其自身的发展使用具有独特的技术内涵, 这是一种由积分电路、触发元件以及相关的各类高端电子控制、电子驱动电路以及部件相互组合搭配而成的。其在实际的使用中, 主要工作是为PWM提供、抽取正确的步进电机的细分直流分量信号, 并通过控制场效应管的开闭原件对其进行开启以及关闭的有效控制。只有有效的完善这种对步进电机的电流、细分信号的管理, 才能够完善细分驱动在实际操作应用中的控制。在科学技术承载世界的今天, 有效的将单片机作为一种媒介, 结合到步进电机的细分驱动控制技术的完善过程中去, 其实际的结果表明了该技术能够有效的客服在操作中难以进行均匀细分技术的难题。通过与计算机的有效链接, 将其输入的细分波形进行正确的分析, 借此进行指令的下达, 就可以在有效的实现对步进电机的控制, 这种方式较之传统模式而言, 其具有更高的科学利用价值以及操作简便的特点。在步进电机细分驱动控制技术的引领运用下, 整个操作过程都变得相当简单, 在应用过程中只要通过单极性方法的调整, 就可以有效的将理论计算中的得到的数据进行最大化的应用, 进而达到整个驱分过程实现完美的细分管理, 在实际的操作运用中有效的降低了因操作方式复杂繁琐而带来的隐患。
3.2 恒频脉宽调制细分驱动。
步进电动机的细分控制方法, 是通过控制步进电机各相绕组中的电流, 使其按一定的规律阶梯上升或下降, 从而获得从零到最大相电流之间的多个稳定的中间电流状态。恒频脉宽调制细分技术, 采用可变细分控制原理产生阶梯波, 而在恒流阶段采用定频脉宽调制, 使其功率管工作在开关状态, 这样既解决了可变细分功率管损耗大的问题, 又避免了数字细分的脉宽调制波计算时间过长不易实现的问题。
4 细分驱动的SPWM控制
在细分驱动的SPWM控制过程中, 一般使用采用控制理论为指导, 由于在整个控制过程中, 冲量相等但是形状行有很大差异的狭窄脉冲, 在一定的惯性条件下实施操作, 组合控制, 最后得到的结果差别不大, 基本相同, 如果将正弦波均匀等分成若干份, 且将这些均与分布的正弦波看成宽度相等但是幅值有很大差异的若干个脉冲, 再将这个序列脉冲用同样数量等幅值不等宽度, 宽度与按正弦规律变化的脉冲代替, 即SPWM。这种SPWM的脉冲可用单片机配合相应的控制电路来实现。通过无数次的实践操作和理论研究证明, 在单片机源源不断的将细分并且已经量化好的控制电压信号传输出去的情况下, 再同D/A转换后与三角波进行比较, 形成脉宽调制信号加在步进电机的绕组上, 实现细分驱动。
结束语
步进电机作为数字化控制电机的一种, 其具有着悠久的发展历史。在未来的发展道路上, 随着科学技术的不断完善, 步进电动机细分驱动控制技术必将得到有效的改进以及完善。通过现实的发展现状我们可以清晰的判断, 其未来的应用价值将无可估量。
参考文献