现代电控系统（通用8篇）
现代电控系统 篇1
摘要：随着我国制造业的不断发展, 各类设备的复杂程度和自动化程度都越来越高, 许多设备也都综合了电子、自动控制、机械以及计算机等技术, 设备中的电子元器件越来越多, 这在一定程度上增大了设备故障诊断的难度。特别是一些港口设备的电控系统, 想要对其进行故障诊断更是难上加难。而远程故障诊断技术的出现解决了这一难题, 下面本文就港口设备的现代电控系统的远程故障诊断技术进行研究。
关键词：港口设备,电控系统,远程诊断技术
近年来, 我国的港口设备日趋大型化、自动化, 设备上的电控系统越来越复杂。由于港口设备所处作业环境的特殊性, 电子类元器件比机械类零部件更容易发生故障。一旦电控系统发生故障, 能否及时快速地对故障进行诊断和排除, 直接关系到港口生产作业效率。远程故障诊断技术的出现, 为解决港口大型设备电控系统故障问题提供了有利条件。基于此点, 本文以某港口桥式起重机的机电控制系统为依托, 并以远程故障诊断技术为基础, 设计一个远程故障诊断系统, 通过该系统来实现对桥式起重机电控系统的故障监测和诊断。下面就此展开详细论述。
1远程故障诊断技术概述
(1) 远程故障诊断技术的优点。
所谓的远程故障诊断技术实质上就是网络通信技术与故障诊断技术的融合。当设备发生故障时, 设备所在现场的监测系统利用互联网与远程故障服务中心内的诊断系统建立通信连接, 并由现场监测站将现场采集到的数据传给远程服务中心, 通过中心内计算机的分析、判断便可得出故障诊断结果, 然后再将这些结果回传给监测站, 指导设备维修。与传统的诊断技术相比, 远程故障诊断具有以下几个方面的优点:其一, 能够更快地对故障进行诊断和排除, 可大幅度降低故障对设备的影响;其二, 有助于提高维修需求的响应能力;其三, 可进一步降低设备的维修成本;其四, 能显著缩短因故障导致的设备停机时间, 有利于提高设备的工作效率。
(2) 远程故障诊断的关键性技术问题。
在远程故障诊断中, 诊断系统与被诊断对象之间基本都分布在不同的地点, 信息的交互是借助通信网络来实现的, 这就使得远程故障诊断具有了跨地域性的特点。而如何使传统诊断技术中的信号采集、数据分析和专家诊断等功能通过网络在远程运行, 就必须对以下几个问题加以解决, 具体包括:网络模式下的信号采集、数据处理、数据传输、数据库设计、故障诊断推理等等。
2港口设备电控系统远程故障诊断系统的设计与实现
(1) 港口设备电控系统实现远程故障诊断的意义。
从目前我国港口大型设备的具体运行情况来看, 电气部分故障的发生几率要远远高于机械部分, 并且电气系统本身对维修和保养的要求也比机械部件高。同时, 由于电控方案的种类较多, 从而使得我国各大港口中同类设备就会有多种不同的电控系统。随着计算机技术和电子技术的发展速度越来越快, 平均4年左右港口设备的电控系统就需要进行一次更新换代, 这给维修保养带来了一定的难度。如果设备出现故障后无法获得及时有效地维修, 那么会直接影响港口正常生产, 这不仅会给一些公司造成巨大的经济损失, 而且还会造成严重的社会影响。为此, 对设备电控系统进行实时监测和故障诊断就显得尤为重要。远程故障诊断系统的提出为这一问题的解决提供了一个较为可行的方案。下面以某港口公司50T-50M集装箱岸边桥式起重机的电控系统为例, 设计远程故障诊断监控系统。选择该设备的主要原因是它的电控系统极具典型性, 其采用的是由656DC5变流装置、676H5变频装置、2000系列PLC以及CP316H CPU组成的全数字控制变频系统。
(2) 远程故障诊断系统的设计。
1) 远程故障诊断系统应具备的功能。 (1) 系统的远程PC机应当能够通过公司内部网络对桥式起重机控制室PLC的状态数据进行实时监测; (2) 在特别许可下, 远程PC机应当能够通过公司内部网络对桥式起重机控制室PLC的状态数据进行实时控制; (3) 远程PC机应当能够对桥式起重机控制室PLC的日常数据和故障数据进行保存, 并且能够自动完成一些统计分析报表。
2) 实现远程诊断的主要技术内容。 (1) 对PLC的配置、信号采集、存储以及传送原理进行相关的试验和研究, 以此来确定所具有的功能; (2) 对PLC的通信协议进行系统研究, 具体包括变量内存地址分配表、PLC源程序以及编程工具软件等; (3) 建立包括通信接口在内的PLC试验装置, 并进行相应的软件开发和调试; (4) 按照处理终端的功能及界面要求, 开发与之相适应的数据采集系统; (5) 建设公司子网, 并设置相应的授权用户。
3) 桥式起重机电控系统远程故障监控系统设计。该系统的设计主要是基于通讯网络这一基础之上, 下面进行具体介绍。桥式起重机电控系统信息流与通讯网络可分为以下三个层次: (1) 远距离I/O信号与PLC间的通讯网络层。由于该桥式起重机电控系统的通讯网络是远距离I/O信号与PLC之间的通讯网络, 这个网络属于信号采集、命令执行与PLC之间的通讯网络, 它由多个现场I/O模块构成, 并利用通讯线缆与PLC主框架上的通讯模块相连接, 该通讯模块能够实现对现场各个I/O模块的通讯; (2) 驱动器与PLC之间的通讯网络。利用一根带有屏蔽功能的三芯对绞线将若干个交、直流驱动器的控制装置及反馈信息与PLC主框架上的通讯模块相连接, 由此来实现信息传递, 这样便可完成PLC对驱动器的控制。同时交、直流驱动器上的状态信息以及各种故障代码除能够显示在相应的显示装置上之外, 还能利用与之相对应的通讯模块传给PLC, 这样维修人员便可以及时、准确地找到故障发生的原因和具体位置; (3) PLC与控制计算机之间的通讯网络。该通讯网络主要负责PLC与控制计算机之间的通讯。具体设计时可以通过计算机上相应的配套软件来对PLC进行编程和配置, 并且使用该软件还能够对交、直流驱动器的驱动程序进行编程和监控; (4) 远程监控的实现。桥式起重机电控系统的远程故障监控系统可通过公司内部互联网子网来予以实现。先将存储在PLC中的电控系统的控制信号数据通过RS232通讯接口与公司的网络相连接, 然后再利用不同的通讯协议便可以实现对桥式起重机电控系统的远程监控。
参考文献
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[3]王金涛.机电设备信息管理以及远程诊断方法的研究[J].西安交通大学, 2008 (5) .
[4]范建共, 张建.岸边集装箱起重机电控系统改造设计及应用[J].港口科技, 2012 (7) .
[5]姚英学, 路勇.基于计算机网络的远程加工工况信息集成技术研究[J].航空工艺技术, 2008 (10) .
现代电控系统 篇2
一、汽车的发展历史
1.汽车的诞生：
1885年，德国工程师卡尔·本茨(1844-1929)在曼海姆制造成一辆装有0.85马力汽油机的三轮车，1886年，德国 卡尔·本茨；戴姆勒
2.汽车车型的演变过程及发展阶段 ①马车型汽车
从19世纪末到20世纪初，世界上相继出现了一批汽车制造公司，除戴姆勒和奔驰各自成立了以自己名字命名的汽车公司外，还有美国的福特公司、英国的劳斯莱斯公司等。当时的汽车外形基本上沿用了马车的造型，因此被人们称为无马的“马车”。
②箱型汽车
美国福特汽车公司在1915年生产出一种新型的福特T型车，这种车的车室部分很像一只大箱子，被称为“箱型汽车”。作为高速车，箱型汽车并不够理想，因为它的阻力大大妨碍了汽车前进的速度，所以人们又开始研究一种新的车型——流线型。
③甲壳虫型汽车
1934年美国的克莱斯勒公司生产的气流牌小客车，首先采用了流线型的车身外形。1936年福特公司在“气流”的基础上，研制成功林肯和风牌流线型小客车。此车散热器罩很精练，颇具动感，俯视整个车身呈纺锤形，很有特色。流线型车身的大量生产从德国“大众”开始。1933年德国的波尔舍博士设计了一种类似甲壳虫外形的汽车。波尔舍最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使其成为同类车中之王，“甲壳虫”也成为该车的代名词。
④船型汽车
美国福特公司经过几年的努力，于1949年推出具有历史意义的新型福特V8型汽车。这种车型改变了以往汽车造型的模式，使前翼子板和发动机罩，后翼子板和行李舱罩融于一体，大灯和散热器罩也形成一个平滑的面，车室位于车的中部，整个造型很像一只小船，所以人们把这类车称为“船型汽车”。从上世纪五十年代至今，船型已成为世界上数量最多的一种车型。
⑤鱼型汽车
船型汽车尾部过分向后伸出，形成阶梯状，在高速时会产生较强的空气涡流。为了克服这一缺陷，人们把船型车的后窗玻璃逐渐倾斜，倾斜的极限即成为斜背式。这类车被称为“鱼型汽车”。最初的鱼型车是美国1952年生产的别克牌小客车。1964年美国的克莱斯勒.顺风牌和1965年的福特.野马牌都采用了鱼型造型。自顺风牌以后，世界各国逐渐生产鱼型汽车。
⑥楔型汽车
为了从根本上解决鱼型汽车的升力问题，人们设想了种种方案，最后终于找到了“楔型”。就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。1963年司蒂倍克.阿本提第一次设计了楔型小客车。“阿本提”诞生于船型车的盛行时代，与通常的外形形成尖锐的对立，因此，未能起到引导车身外形向前发展的作用，直到
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1966年才被奥兹莫比尔.托罗纳多所继承。楔型对于目前所考虑到的高速汽车，已接近理想造型。现在世界各大汽车生产国都已生产出带有楔型效果的小客车，这些汽车的外形清爽利落、简洁大方，极富现代气息。汽车发展到鱼型，关于空气阻力的问题已经基本解决，楔型继承了这一成果，并有效地克服了鱼型车的升力问题，使汽车的行驶稳定性有了显著的提高，当之无愧为目前最为理想的车身造型。
⑦概念车
由英文Conception Car意译而来。概念车不是Ep将投产的车型，它仅仅是向人们展示设计人员新颖、独特、超前的构思而已。概念车还处在创意、试验阶段，很可能永远不投产。因为不是大批量生产的商品车，每一辆概念车都可以更多地摆脱生产制造水平方面的束缚，尽情地甚至夸张地层示自己的独特魅力。
概念车是时代的最新汽车科技成果，代表着未来汽车的发展方向，因此它展示的作用和意义很大，能够给人以启发并促进相互借鉴学习。因为概念车有超前的构思，体现了独特的创意，并应用了最新科技成果，所以它的鉴赏价值极高。
3.汽车的发展过程： 4.现代汽车发展概况： 5.我国汽车发展概况：
6.世界各国知名品牌汽车：奔驰、宝马、保时捷、法拉利、凯迪拉克、丰田、通用、福特
二、发动机的类型 1．内燃机定义
汽车发动机的作用是将燃料与空气进行混合在其机体内燃烧，推动活塞往复运动再带动曲轴旋转、从而将化学能转变为机械能向汽车提供动力。由于燃料是在气缸中燃烧.因此又称内燃机。
2.类型：
(1)按照所用燃料分类
内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为(2)按照行程分类
内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。
(3)按照冷却方式分类
内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。
(4)按照气缸数目分类
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汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。
(5)按照气缸排列方式分类
按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。
(6)按照进气系统是否采用增压方式分类
内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式
三、汽车的总体构造
1．发动机：汽车的动力源，热能转化为机械能 由两大机构、五大系统组成
2．底盘：汽车构成的基础，有四大系统组成
3．电器设备：电源组、发动机起动系、点火系、汽车照明、信号装置、音响系统、通讯系统等
4．车身：
作 业：
现代电控系统 篇3
关键词：汽车,电控系统,故障,诊断,维修
现代汽车对可靠性、安全性、舒适性以及环保的要求使得电控系统在汽车上的应用日益普遍, 汽车已向单传的机械产品机电液声光控一体化产品方向迈进, 因此也使得汽车在整体结构、工作原理及使用维修等方面发生了根本性变化。电控系统是电动汽车的大脑, 虽汽车车型不同、档次不同, 采用电控系统的功能和多少也不尽相同, 但电子控制系统基本结构都是由传感器与开关信号、电控单元ECU及执行器三部分构成, 因其控制机件多且复杂, 并涉及电子技术及微处理技术, 故障原因与形成远比机械系统复杂得多, 若仍采用传统的维修方法势必感到“无能为力”, 因此, 在电子设备维修工作越来越多、诊断越来越困难的情况下, 如何快速准确地找到电控系统的故障点, 是业内人士不断探讨的一个课题。汽车电控技术涵盖范围几乎遍及汽车各个系统, 如电控发动机、电控自动变速器、电控安全气囊等, 本文拟就电控发动机维修进行分析介绍。
一发动机电控技术
发动机电控技术内容也较广, 主要由发动机电控燃油喷射系统、发动机电控点火正时系统、发动机怠速控制系统三部分组成。任何一个由微型号电脑控制的装置, 都是由“传感器—控制电脑—执行器”三个基本部分组成。传感器是电脑控制系统的眼睛, 用于观察各种变化的物理、化学量, 并将这些物理、化学量转变为电脑可识别的信号, 如空气流量计、水温传感器等。执行器是电脑控制系统的手, 用于执行电脑发出的各种命令, 可把命令变成对控制对象的具体动作, 如怠速马达、喷油器、点火线圈等。控制电脑是整个控制系统的指挥部, 用于分析处理各种信息, 并操作各个执行器来完成整个系统工作。
二电控发动机的故障诊断方法
与化油器式发动机相比, 电控发动机相对复杂得多, 电控系统故障也更具有抽象性, 给故障诊断带来一定难度, 因此人们在对电控发动机进行检修时, 往往无从下手。其实, 只要方法得当, 对电控发动机的检修并非难题, 一般来说, 电控发动机常用的故障检修方法及内容, 见右表。
三电控发动机维修要点
如上所述, 电控系统在提高汽车性能的同时, 也使汽车故障诊断变得愈发复杂。汽车故障自诊断系统的开发应用, 对于及时发现故障以及维修提供了方便。汽车维修人员通过解读故障代码, 大都判明故障可能发生的原因及部位。但实际上, 故障代码仅是电控汽车电脑 (ECU) 认可的一个是或否的界定结论, 不一定是汽车真正的故障部位, 因此在实际维修时, 若仅靠故障代码寻找故障, 往往会出现判断上的失误。所以, 在对电控汽车进行维修时应综合分析判断, 利用传统诊断结合汽车故障的现象来寻找故障部位。
所谓的传统诊断, 就是不用任何的表、设备, 对车辆故障进行人工诊断的方法, 即上述所列举的“看、闻、听、问、试”的直观诊断法。直观诊断法在国内汽车维修方面积累的经验较为丰富, 当前, 高级轿车保有量虽大幅度增加, 但部分维修仪器及检测设备尚不能监测到位, 给车辆故障诊断带来较大困难, 进而导致误判。因此, 充分利用成熟的维修经验也是极有必要的, 但电控汽车目前类型较多、系统型式较多, 若每辆车都只有积累经验后才修是不现实的, 因此若仅依靠经验法进行维修, 不适应电控汽车维修。所以, 我们必须要掌握电控发动机的共性, 并拥有其详细维修资料, 即可主动维修, 从而积累经验。因此, 对于电控发动机的维修, 笔者认为要注意以下几点: (1) 电控发动机出现故障后, 对诸如与电控系统无关的机械性故障等一般故障, 可用经验法对其进行检验及排除。 (2) 在读取电控发动机故障代码前, 要对发动机进行基本检查, 即对发动机基本怠速及基本点火正时进行检测与调整, 使发动机处于所要求的待检状态。不同车型的基本检查步骤、条件和方法也不尽相同。如在检查过程中, 对附加电气设备的启闭状态、冷却液的温度、散热器 (水箱) 、冷却风扇是否运转等都有特定的要求, 具体操作时应严格遵循相应的“维修资料”。 (3) 在利用故障自诊断系统检查故障时, 必须有本车型的相关资料作指导, 如对故障代码的含义、故障代码的读取方式、各电控元件的基本结构参数及工件性能参数等都要有详细的了解, 这是做好维修作业的基础。 (4) 电控燃油喷射系统的电路同样具有与其他电子电路一样的电路特性, 即具有自身工作特点的电压、电阻特性。如在ECU线束插接器的各端子上有不同的工作电压;在ECU控制的各电路及其传感器和执行元件端子间都具有自身的电阻值。因此, 在没有汽车专用ECU故障检测仪时, 可通过万用表测量ECU线束插接器各端子的工作电压值和各端子之间的电阻值来诊断ECU及其控制电路的故障。 (5) 用万用表检测ECU及其控制电路故障时, 须以被测汽车的详细维修技术资料为依据。如汽车发动机ECU线束插接器中各端子相连接的传感器和执行器的名称、电路连接图、发动机不同工作状态下各端子标准电压值和各端子之间的标准电阻值等资料。只有拿到详细维修技术资料才能展开维修工作, 不应造成不必要的人为故障代码。此外, 还需要特别注意的是, 修理时应首先关闭点火开关, 若是更换元件, 应对新元件进行检查测试, 以确保新元件正常。另外要注意, 没有故障现象并不说明没有故障。因此在开始作业前, 一定要先确认故障现象, 然后确定出故障部位及原因, 再进行修理。有的回路或支路故障不止一个, 第一个故障排除后, 第二个故障才显现出来, 这时要对该回路或支路再次进行检修, 直至确认修理成功为止。
总之, 汽车是一个复杂的系统, 是由许多总成、机构和元器件有序构成的, 在使用过程中, 因某一种或某几种因素的影响, 技术状况将随着行驶里程的增加而发生变化, 影响其动力性、可靠性、经济性及安全性, 这不仅对汽车的行车安全、运行消耗、运输效率、运行成本及环境产生巨大影响, 甚至影响到汽车的使用寿命。因此, 汽车特别是发动机故障诊断及排除是关系到汽车使用寿命、降低排放的一项重要的技术。当前, 随着电子技术的不断发展, 更多更新的汽车电子控制系统也在不断出现, 对于电控发动机故障的诊断与维修技术也在不断增强, 只有通过准确的故障诊断方法, 才能正确分辨出发动机存在的故障, 才能对症下药进行维修。
参考文献
[1]张龙发.汽车发动机电控技术与检修[M].北京:电子工业出版社, 2007
[2]沙莎.浅谈汽车电控发动机的维修方法[J].黑龙江科技信息, 2011 (28) :28
现代电控系统 篇4
我国早期投产的煤矿中, 其提升机控制核心采用继电器为主要控制元件, 存在触点多、接线复杂而导致可靠性不高、维护困难等弊病。可编程控制器PLC由于具有抗干扰能力强、适应性强、性价比高、性能稳定等特点, 就成了最好的选择, 它不仅可解决继电器控制系统无法克服的弊病, 同时能与上位机进行通信, 实现计算机对煤矿的监控, 在国内外工业控制领域得到了广泛的应用。
1 总体设计方案
基于plc技术的矿井交流提升机电控系统控制电路, 要由以下5部分组成:高压主电路 (包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源) 、主控plc电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路, 其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。工作过程:当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后, 开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置, 主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向 (或反向) 极端位置, 主控plc通过程序控制高压换向器首先得电, 使高压信号送入主电动机定子绕组, 主电动机接入全部转子电阻启动, 然后依次切除8段电阻, 实现自动加速, 最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时, 旋转编码器跟随主电动机转动, 输出2列a/b相脉冲, 分别接到主控plc的高速计数器hsc0的a/b相脉冲输入端, 由主控plc根据a/b脉冲的相位关系, 自动确定hsc0的加、减计数方式。根据hsc0的计数值, 就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的a相脉冲, 主控plc进行加计数。根据hsc1在恒定间隔时间内的计数值, 就可以计算出提升速度。
2 由PLC组成的电控系统功能
2.1 测速及容器位置指示
安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比, 一个用于提升速度与行程的显示, 另一个用于速度保护, 并作速度闭环控制的反馈量。
2.2 控制功能
根据提升机起动、等速运行、减速、停车、验绳、换向以及安全保护的设计要求.改变相应电控系统的工作状态, 实现必要的电气联锁和保护功能。
2.3 保护及连锁功能
2.3.1 安全制动时, 配合液压站安全阀使提升机实现一级或二级制动:
同时变频器进入回馈制动状态, 工作闸继电器及制动油泵等控制回路断电, 使制动油压降为零。
2.3.2 任何情况下, 只有司机接到开车信号后, 才能使提升机运行。
2.3.3 当提升过程中发生润滑油压力过高、过
低, 润滑油滤油器或液压站滤油器堵塞或油温高时, 触摸屏上有相应的故障信息显示, 点亮相应信息灯, 告知司机可以完成本次提升工作, 当故障解除后才允许司机进行下一次提升工作。
2.3.4 当提升机因发生故障在中途停车, 而且提升容器位于减速段行程内时.
排除故障后允许司机按上次开车方向选择开车, 并且只能低速开车若提升容器不在减速行程内, 由井El发出开车信号, 允许司机高速开车。
2.3.5 全矿停电时, 由PLC保证提升机能实现二级制动, 并做好提升机的后备保护。
2.3.6 盘式制动器的工作制动力矩可调, 紧急制动 (安全制动) 能产生二级制动, 避免机械冲击。
3 PLC电控系统的主要功能
PLC是以微处理器为核心.综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置, 具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点, 近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛应用。由于控制对象的复杂性, 使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性.使得PLC在设计、结构上具有许多其他控制器无法相比的特点。
3.1 可靠性高和抗干扰能力强
PLC为了满足“专业在工业环境下应用”的要求, 采取了如下硬件和软件措施:第一, 采用光电耦合离合R-c滤波器, 有效防止了干扰信号的进入。第二, 内部采用电磁屏蔽, 防止辐射干扰。第三, 采用优良的开关电源, 防止电源线引入的干扰。第四, 具有良好的自诊断功能, 可以对CPU等内部电路进行检测, 一旦出错.立即报警。第五, 对程序及有关数据用电池供电进行后备.一旦断电或运行停止, 有关状态及信息不会丢失。第六, 对采用的器件都进行了严格的筛选, 排除因器件问题而造成的故障。第七, 采用冗余技术进一步增强了可靠性。
3.2 通用性强且使用方便
PLC产品现已系列化和模块化, 其配备的各种各样齐全的I/O模块和配套部件.可供用户选择使用。可以很方便地组合成能满足不同控制要求的控制系统。用户不需要自己设计和制作硬件装置。
3.3 程序设计简单且易学易懂
PLC主要的使用对象是广大的电气技术人员。PLC生产厂家考虑到这种实际情况.一般不采用微机所用的编程语言.而采用了与继电器控制原理图非常相似的梯形图语言, 工程技术人员学习和使用这种编程语言十分方便。
3.4 先进的模块化结构使系统组合灵活方便
PLC的各个部件, 包括CPU、电源、I/0等均采用模块化设计, 由机架和电缆将各模块连接进来。系统的功能和规模可根据用户的实际要求自行组合, 这样便可实现用户要求的合理的性能价格比。
3.5 安装简便且维护工作量小
PLC一般不需要专门的机房.可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与CPU相应的I/O端子相连, 系统便可以投入运行, 安装接线工作量比继电器控制系统少得多。由于PLC本身故障率很低, 又有完善的自诊断功能和显示功能, 一旦发生故障时可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息, 迅速查明原因。如果PLC本身故障, 则可用更换模块的方法排除故障, 这样提高了维护的工作效率, 保证了生产的正常运行。
3.6 对生产工艺改变的适用性强
PLC实质是一种工业控制计算机.其控制操作的功能是通过软件编程来确定的。当生产工艺发生变化时, 不必改变PLC的硬件设备, 只需改变PLC的程序。
4 控制后备保护
提升容器在井筒中位置的测量方法可分为直接测量和间接测量两种方法。直接测量方法中的高频雷达、激光或红外测距装置以及钢丝绳上充磁标记等方法, 其优点是测量值不受钢丝绳打滑或弹性伸长、衬垫磨损等因素影响。然而由于井筒环境条件恶劣、提升容器位置的动态变化、安装传感器困难、技术难度大、成本高等原因, 目前国内应用这类测量方法的条件尚不成熟。
间接测量方法则是通过测量滚筒式电机轴转角换算成提升容器在井筒中的位置, 这类测量方法简单可靠易于实现, 是目前国内主要采用的方法。但这种检测方法的检测精度和分辨率与所选用的传感器有关, 而且受钢丝绳弹性伸长、打滑、蠕动以及滚筒木衬垫瞎损等因素影响。所以在采用这种检测方法时, 要根据选用的传感器和产生误差的原因, 采取必要的措施减少误差。目前对提升容器在井筒中的行程间接检测时, 普遍采用的方法是测量电动机轴的转动角度或圈数, 然后再转换为提升容器的位移量。通过软件编程, CPU将计数值同预置值进行比较而设置各种位置点, 如减速点、停车点等。当提升容器到达这些点时, PLC发出不同的位置信号, 并根据提升机工艺进行相应的控制。
位置计算程序将按照脉冲计数值的变化实时计算提升容器在井筒中的位置。同时, 在井筒中设置同步开关, 对行程进行同步校正。即用预置数取代计数模块中原有的计数脉冲累加值, 从而实现精确的位置控制。运行速度的控制多数是基于检测元件--脉冲编码器, 而脉冲编码器是以监测提升机滚筒主轴的速度来计算提升机的高度和位置, 从而达到速度的控制和保护。后备保护装置设有等速段超速15%, 减速段限速, 接近井口大于2m/s的限速保护功能, 通常采用包络线或定点的方式实现提升过程中全行程的超速限速保护功能。
摘要：介绍了矿井提升机电控系统总体设计方案, 分析了PLC控制系统的特点和功能。结合实际情况阐述了采用PLC控制方式的交流变频调速的实用性和控制后备保护。
现代汽车电控技术与检测探析 篇5
最近几年,我国的汽车保有数量持续上升,带动了我们汽车工业的高速发展,现代企业的科技含量也在不断上升,尤其是随着电控技术的发展及其在现代汽车上的应用,电控自动变速器、电控燃油喷射、电控舒适系统、电控安全系统、电控柴油喷射系统、电控汽油直喷系统以及混合动力汽车等与电控技术相关的系统和技术大量出现,在促进汽车功能不断完善的同时,也增加了汽车检测和维修的难度,因为很多技术人员并没有完全掌握汽车电控技术,或者知识结构相对陈旧,显得无所适从。
目前,电控技术已经被看做检验现代汽车发展水平的关键指标之一。对现代汽车而言,是典型的机电液一体化系统,电控系统中包括控制程序软件、电子控制中枢、传感器、驱动器等,主要涵盖六种类型:底盘电子控制、发动机电子控制、电动汽车技术、车身电子安全控制、智能交通与智能汽车技术和整车控制技术。从总体上看,发动机电控技术和底盘电控技术的发展相对较快并日臻完备。鉴于此,本文将对现代汽车电控技术与检测进行相关分析和讨论,希望对相关人员能够有所帮助。
2、现代汽车电控技术的发展趋势
2.1 集成化
随着汽车相关技术的不断发展,现代汽车电子控制技术的集成化趋势表现的愈加明显,这也是现代汽车电控技术发展的必然趋势之一。例如,现在的电控技术,已经能够将变速器的自动控制系统与汽车发动机的管理系统进行集成,实现了对汽车传动网络的有效控制;企业的制动控制系统集成了防滑、牵引力等多个系统;底盘控制系统更是利用总线对传动、转向、动力等系统进行了有效连接,不仅大大优化了汽车的多项系统,更使汽车的多项性能达到了最优状态,实现了底盘控制系统的集成化、一体化。
2.2 网络化
总体看来,现代汽车控制系统的开发方式将会得到进一步的革新。如车载CAN网络、层次化系统结构、现代开发工具数字空间、X-By-Wire控制方式等得到了深入的开发和发展。其中,电控器件在汽车上的应用越来越多,以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统、车载电子设备间的数据通信将变得越来越重要。大量数据的快速交换、高可靠性及低成本是对汽车电子网络系统提出的更高要求。
2.3 智能化
随着汽车技术的发展,电控技术陆续引入了模糊控制技术、最优化技术、鲁棒控制技术和自动适应技术等,这在很大程度上加快了汽车电控技术的智能化趋势,对现代汽车的发展也起到了非常大的推动作用,因此也得到了越来越高的重视。同时,信息技术的飞速发展也加快了现代企业的智能化趋势,例如传感技术、计算机技术、全球定位技术等在现代汽车上应用,大大提高了现代汽车的智能化水平。
3、现代汽车检测与维修策略探讨
3.1 及时更新电控技术知识结构,熟悉汽车新技术
面对现代汽车电控技术的飞速发展,很多检测人员和技术人员显得非常困惑,总是感觉自己无法跟上电子控制技术的发展步伐,这与检测、技术以及维修人员不注重学习有很大的关系。很多工作人员由于工作较忙或者岗位相对固定等原因,不注重电控知识结构的及时更新,有时很难满足现代汽车发展的需要。尤其是随着现代汽车技术的日益更新,汽车的结构不仅越来越复杂,科学技术水平也越来越高,与之相对应的检测技术和维修技术也发生了很大的变化,这就要求相关人员不仅要具备电子知识、机械知识等一系列与汽车技术相关的理论知识,还需要灵活掌握自动控制技术、计算机信息技术、传感技术等与汽车电子控制系统密切相关的技术,以更好的适应现代汽车在检测等领域的需要。同时,相关技术人员要具备一定的外语能力,强化自身的学习与研究,以便更好的掌握最新的前沿技术,全面提升自身的理论水平。
3.2 树立现代化的检测观念,熟练掌握现代维修技术
在过去的很长一段时间,汽车检测与维修主要是依靠经验和简单的手工技艺操作,有时为了需找机械故障需要对某个部位进行拆卸,对检测工具的应用也相对简单,这种传统的检测维修观念和方式显然已经难以适应当前汽车发展的要求,因为现代汽车的系统更加复杂,某一故障可能是由多种原因共同引起的,并且相关联系、相互影响,传统的检测方法有时很难找出故障发生的原因所在。因此,现代汽车电控技术人员必须尽快实现检测观念和维修理念的转变,掌握最新的汽车检测技术和与之相关的最先进的检测设备的使用方法。技术人员通过最新的检测技术和检测设备的应用,有时可以快速找出汽车的故障部位,并在不解体的情况下实现快速、准确的检测,对导致故障的原因进行相关分析,并制定科学的维修方案,采取有效的措施,这对提高现代汽车检测与维修的效率和质量无疑是非常有帮助的。
3.3 提高动手能力,实现理论知识与实践能力的共同提升
通过调查发现,很多汽车检测等技术人员具备了丰富的理论知识,也乐于对自身的知识结构进行及时的调整和丰富,但是实践操作能力却不尽人意。众所周知,现代汽车的检测与维修工作是一个职业性、实践性要求非常高的岗位,单纯具备一定的理论知识是远远不够的,相关技术人员必须多参加社会实践,不断积累实际操作经验,在提高动手能力的同时,达到手脑并用、灵活应用的效果,这时检测和维修等技术人员才能更好的胜任自身的工作。可以说,较强的动手能力和丰富的实践经验是现代汽车电控技术人员所必不可少的。
3.4 发挥创造性思维,重视检测数据等资料的应用
我们知道,现代企业的故障检测通常至少会包括问诊、试车、分析、假设、验证”等内容,其中“假设”环节起到了关键性的作用,因为它不仅需要技术人员具备丰富的理论知识和操作经验,还需要技术人员具备一定的“悟性”,能够充分发挥创造性思维,进而实现汽车故障的快速检测。同时,技术人员还必须充分重视检测数据等资料的应用,因为现代汽车的电控技术千变万化,技术人员不可能将所有的数据都牢牢记在脑中,这时检测数据及资料的检索与应用就显得尤为重要,有时它可以帮助技术人员弥补自身在知识结构上的缺陷,保证检测与维修工作的顺利进行。可以说,检测数据的检索与应用是现代汽车电控技术人员必须掌握的基本技能之一。
4、结束语
综上所述,电控技术是现代汽车实现进步与发展的关键技术,并越来越强调汽车的集成化、智能化和网络化,相关部门和技术人员必须加强对现代汽车电控技术的研究投入,不断完善与之相关的知识结构,在更好适应电控技术发展需要的同时,促进现代汽车在未来的更好发展。
参考文献
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现代电控系统 篇6
由于汽车电控技术的不断发展, 对现代汽车的维修策略提供了改革的时机, 彻底改变了其维修技术的现状, 开创了现代汽车维修中的全新概念。由于汽车电控技术是汽车行业发展的前提基础, 其技术水平直接影响到人们车辆出行的安全性。为了更好的促进汽车行业的发展, 为人们提供更加优质的服务, 需要对汽车维修理念进行优化与改进, 汽车维修技术在得到汽车电控技术的支持下, 可以有效的提高其维修质量, 能够为人们提供更加安全、优质的服务。
1 汽车电控技术的概况
1.1 汽车电控技术的主要内容
汽车电控技术主要是由电子控制中枢、传感器以及控制程序等相关软件组成的, 其主要分为六类, 包括:电动汽车技术、车身电子安全控制技术、发动机电子控制技术、底盘电子控制技术、智能汽车、交通技术以及整车控制技术。
目前, 发动机电子控制技术以及地盘电子控制技术的发展逐渐成熟与完善。另外, 整车控制技术包括网络总线技术以及信息系统平台。这项技术可以对汽车整体线路的连接进行简化, 从而可以有效的提高汽车的可靠性与安全性, 能够实现信息资源的共享与整合, 方便对故障进行诊断, 从而可以对整个结构进行优化与整合[1]。
1.2 汽车电控技术的发展情况
汽车电控技术在信息化时代中得到快速的发展, 其逐渐朝着智能化、网络化以及集成化等方向发展, 其中集成化的发展主要包括:在嵌入式系统以及局域网控制的发展过程中, 汽车电控系统的集成主要体现在动力系统的综合控制方面, 主要是将牵引力控制系统、驱动防滑控制系统以及制动防抱死系统等结合在一起, 并对其进行有效的控制, 以便确保汽车的驱使性能控制在最佳水平。其智能化发展主要指的是通过对自适应系统、神经网络控制以及模糊控制等方式的引入, 来促进汽车的发展。根据驾驶人员的目标资源, 通过全球定位获取途中的天气、车流量、交通拥挤等各种情况, 从而为驾驶人员自动筛选出最佳线路。
同时, 智能化技术以及计算机技术的发展, 将会加快汽车智能化的发展进程。另外, 其网络化发展指的是随着网络技术的发展, 现代汽车中的层次化系统结构以及各种控制方式的进一步研发, 使得电控设备与零件在汽车中的应用越来越广泛, 其中汽车的车载电子网络系统以及数据通信等重要性逐渐突显出来, 从而对汽车的电子网络要求越来越高。
2 现代汽车的维修策略
2.1 提高维修人员自身综合素质
随着科学技术的不断发展, 在汽车领域中, 主要以汽车电控技术为主的相关技术在不断的改进与发展, 并且其应用范围在不断的扩大。从而使得现代化的汽车结构越来越复杂, 其科学技术的含量在不断的提高。尤其是在汽车维修的时候, 其主要采用的是智能化、自动化以及数字化的诊断设备, 有效的提高了维修效率。但是在这种诊断与维修的情况下, 需要以先进的汽车技术以及高素质的维修技术人员为前提条件。
因此, 需要加强对维修人员的综合素质培训, 不仅需要提高维修人员的理论知识以及专业维修知识, 还需要确保维修人员熟练掌握计算机技术、传感技术、自动控制技术等, 并具有一定的英语阅读能力, 能够了解有关英文的维修材料, 通过互联网技术查询汽车的维修信息。可以通过各种培训活动或者进修等方式提高自身的专业技能, 及时掌握最新的汽车维修技术。汽车维修企业还需要在内部组织各种交流会以及培训活动, 不断的更新维修观念, 掌握好维修的新知识以及技能, 以便更好的适应现代化汽车维修工作, 提供更优质的维修服务[2]。
2.2 在诊断过程中, 重视维修数据的应用与检索
在信息化的时代下, 各个领域均处在一个全新的发展阶段中, 汽车行业从汽车的结构到控制技术等环节均逐渐实现智能化、信息化、自动化发展。汽车的新品牌、新技术以及装备等层出不穷。维修技术人员无法对其所有的维修数据进行整理, 并将其记录在大脑中。维修技术人员在技术、知识以及经验的积累方面逐渐体现出其局限性的缺陷。
为了有效的解决这一问题, 可以通过汽车维修的互联网络, 通过网络对其维修数据进行整理与收集, 通过上网查找资料、上网解答疑难问题或者上网培训等方式来有效的解决维修过程中存在的问题。因此, 维修技术人员需要重视对维修数据的应用与检索工作, 还需要熟练掌握各种汽车数据的查阅技能, 这些技能是维修人员必须要掌握的[3]。
2.3 加强诊断仪器设备的使用
现代汽车的维修逐渐朝着智能化、自动化以及数字化方向发展, 在诊断故障的时候, 通常会应用到四轮定位仪、汽车传统示波器、解码器等相关诊断设备。这些设备的应用有效的提高了汽车维修的效率, 使得汽车维修逐渐从一门手艺转变为一种技术。因此, 维修人员在对汽车进行故障诊断的时候, 需要加强对诊断仪器设备的运用, 以便有效的提高汽车故障诊断的准确性与可靠性, 从而提高维修的质量与效率。
3 总结
随着科学技术的迅猛发展, 汽车电控技术得到较快的发展与应用, 从而有效的促进其维修技术的革新, 通过充分应用各种技术与设备, 使得汽车维修效率逐渐提高, 能够为人们提供更加优质的服务, 从而有效的促进汽车行业的健康发展。
摘要：在现代汽车新技术中, 其汽车的电控技术是核心部分。其电控技术已经朝着集成化、智能化以及网络化的方向发展, 从而使得现代汽车的维修技术更加先进。其现代汽车的维修策略与汽车的电控技术具有密切的联系, 二者相互促进相互依存。本文就汽车电控技术的概况进行研究分析, 对现代汽车维修策略进行探讨, 以便促进汽车技术的发展。
关键词：汽车电控技术,发展趋势,维修策略
参考文献
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汽车电控助力转向系统 篇7
汽车在行驶过程中,需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向,驾驶员通过一套专设的机构使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度,在汽车直线行驶过程中,转向轮也往往会受到路面侧向干扰力的作用,自动偏转而改变行驶方向,这套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构,称为汽车转向系统。汽车动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机(或电动机)的动力作为转向能源的转向系统,在正常情况下,汽车转向所需要的能量只有一小部分由驾驶员提供,而大部分能量由发动机(或电动机)通过转向加力装置提供,但是在转向加力装置失效时,一般还应当由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置形成的。
2 电控助力转向系统
电控助力转向系统是一种新型的汽车转向系统,具有以往任何助力转向系统所不具备的助力效果和车速感应能力,基本结构类型有EPS(Electric Power Steering)和EHPS(Electric Hydraulic Power Steering System)两种类型[1]。在操纵汽车转向时,控制单元根据扭矩传感器采集的扭矩信号、车速传感器采集的车速信号和一定助力特性规律,控制电动机电流的幅值和方向或者电液泵提供的液压力,从而形成适当的转向助力,电动机输出的扭矩或者电液泵提供的液压力由减速机构放大,通过万向节、转向机构中传送装置把输出扭矩传送到齿条,从而向转向提供助力扭矩。
3 电液助力转向系统EHPS
EHPS是在液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering)的基础上发展而来的,通用汽车公司于1953年首次使用了HPS系统,HPS系统给汽车的驾驶控制性能带来了巨大的变化:驾驶室变得宽敞,座椅布置也更舒适;HPS系统不仅降低了转向操纵力,也使转向系统更为灵敏。这一技术的进一步发展,使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。20世纪80年代后期,又出现了变减速比的HPS系统,随即变减速比的HPS系统几乎成为发达国家所销售的轿车的标准设备[2]。图1所示为HPS系统。
在接下来的数年内,动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统,比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向(Electric Hydraulic Power Steering,简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下,泵的流量会相应减少,从而有利于减少不必要的功耗。EHPS系统采用电动机驱动转向泵,由于电机的转速可调、可以即时关闭,所以也能够起到降低功率消耗的功效。图2和图3分别为EHPS系统的工作原理和结构原理图。
整套电动液压式动力转向系统主要由机械装置(转向伺服阀、电液油泵及其管路)和电气装置(控制器、传感器、电磁阀等)两部分组成。控制器根据转向角速度和来自CAN总线的车辆行驶速度发出信号驱动齿轮泵,通过控制齿轮泵的泵油量来达到控制助力转向传动装置的目的。
转向泵和内燃发动机独立,电液转向泵的转速根据需求特殊设定并受控于车速和转向角速度两个参数。相比HPS耗油量占整车耗油量的3%的情况,EHPS系统节能>75%,其中待机控制模式下耗油量2.0%,停止和前进控制模式下耗油量1.0%。
EHPS系统虽然对于HPS系统作了革新措施,但是并没有根除液压动力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的缺陷。同时存在着液压油的渗漏,零部件增加后管路设计复杂,不便于安装维修和检测,同时成本也有大幅增加。
4 电动助力转向系统EPS
电动助力转向系统是在传统机械转向机构基础上,增加信号传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等构成的。电动助力转向系统的功能着眼点是使用电力驱动执行机构实现在不同的驾驶条件下为驾驶人员提供适宜的辅助力。
EPS系统主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成[3]。通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向,并将所需信息转化成数字信号输入ECU,ECU对这些信号进行运算后得到与行驶工况相适应的力矩,并发出指令驱动电动机工作,电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。
目前EPS系统按照电动机布置位置的不同主要分为以下3种结构类型。
4.1 转向轴助力式C-EPS
转向助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧,通过减速机构与转向轴相连,直接驱动转向轴转向[4]。其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体,安装在转向柱上。其特点是结构紧凑,所测取的转矩信号与控制直流电机助力的响应性较好。这种类型一般在轿车上使用。图4所示为C-EPS系统结构原理。
C-EPS系统的优点是结构小巧、价格较低、工作环境好、不需要耐热耐水性能;缺点是电机输出力矩的波动容易传递到方向盘上,如果电动机安装位置离驾驶员很近,必须考虑对电动机的噪声进行抑制。
4.2 齿轮助力式P-EPS
齿轮助力式EPS系统的电动机和减速机构与小齿轮相连,直接驱动齿轮转向。齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体,只要整体安装在转向齿轮处,直接给齿轮助力,可获得较大的转向力[5]。该类型可使各部件布置更方便,但当转向盘与转向器之间装有万向传动装置时,转矩信号的取得与助力车轮部分不在同一直线上,其助力控制特性难以保证准确。P-EPS系统的结构原理如图5所示。
与C-EPS相比,P-EPS系统优点是具有可以提供较大的转向力,可以在现有的机械转向器上直接设计,而不用更改转向轴结构,多用于中型车;缺点是在助力控制特性方面比较复杂。
4.3 齿条助力式R-EPS
齿条助力式EPS系统的电动机和减速机构安装在齿条处,直接驱动齿条提供助力,其中扭矩传感器单独地安装在小齿轮处,电动机与转向助力机构一起安装在小齿轮另一端的齿条处,用以给齿条助力。R-EPS的结构原理如图6所示。
该类型又根据减速传动机构的不同可分为两种类型:一种是电动机做成中空的,齿条从中穿过,电动机提供的辅助力经一对斜齿轮和螺杆螺母传动副以及与螺母制成一体的铰接块传给齿条。这种结构是第一代电动助力转向系统,由于电动机位于齿条壳体内,结构复杂、价格比较高、维修也相当困难。另一种是电动机与齿条的壳体相互独立。电动机动力经另一小齿轮传给齿条,由于易于制造和维修,成本较低,已经取代了第一代产品。因此,齿条由一个独立的齿轮驱动,可给系统较大的助力,主要用于重型汽车。
R-EPS的优点是结构紧凑,不受安装位置的限制,可以提供较大的助力力矩,电机的力矩波动不易传递到方向盘上;缺点是该类型结构复杂、价格昂贵、工作环境差、密封要求性好、电动机的输出力矩比较大,某个零部件出现故障,必须拆下整个转向齿条部件,维修不便,而且对于原有的转向机构有较大改变。
4.4 双齿轮式DP-EPS
这种结构类型的EPS是方向盘轴通过齿轮直接和齿条相连,电机通过减速器经过另外的齿轮与齿条咬合[6]。双齿轮式DP-EPS的结构原理如图7所示。
相比HPS、EHPS、EPS这三种类型结构,这种结构类型更加简洁,整个系统由电动机、离合器(包括左、右两个)、转矩传感器和控制单元三部分构成。转矩约束装置保护驱动部件免受路面冲击,动力传输装置由左、右两个离合器组成,且每次转向只有一个工作。转矩传感器和控制单元将方向盘的转向和力矩转换为电信号,经放大后驱动电动机。方向盘的旋转方向分别对应着左、右离合器,在离合器的作用下,不论方向盘转向如何,电动机只朝着一个方向旋转。整个系统非常简单,效率非常高。
这种结构的EPS系统应用于重型车具有特殊的优势,由于技术和成本多方面的原因,目前仅有少量的研发样品,还没有大规模应用的报道。
由于EPS和EHPS系统的关键零部件有不少通用性,因此接下来以EPS系统的关键零部件为对象进行分析。
5 EPS系统关键零部件及性能分析
根据不同汽车转向系统的结构形式和总体布置,EPS系统各部件的配置与结构必须与汽车的设计相适应,常见的系统配置有以下几种形式。
(1)扭矩传感器与传动齿轮是分开的,电动机和减速机构合为一体,安装在传动齿轮相对的齿条箱上,电动机的驱动力直接传给齿条轴,控制件安装在司机助手侧的仪表盘背板上。
(2)扭矩传感器、电动机和减速机构制成一个整体,安装在转向柱上,电磁离合器装在电动机的输出端旁,控制件装在司机座位下。
(3)扭矩传感器、电动机、减速机与离合器仍是制成一个整体,用以驱动传动轴,控制元件装在助手坐席处的机罩上。
5.1 扭矩传感器
扭矩传感器的功能是测量驾驶员作用在方向盘上的力矩大小和方向盘转角的大小和方向。扭矩传感器分接触式和非接触式两种[7]。
接触式扭矩传感器有摇臂式、双行星齿轮式和扭杆式。接触式扭矩传感器成本较低,但受温度与磨损影响易发生漂移,使用寿命较低,需要对制造精度和扭杆刚度进行折中,难以实现绝对转角和角速度的测量。摇臂式扭矩传感器是通过一个小齿轮轴产生的反作用力推动摇臂,根据摇臂的摆动量来监测转向扭矩;双行星齿轮扭矩传感器通过一对行星齿轮运动的位移量来监测转向扭矩,同时这对行星齿轮兼起减速和增扭作用;扭杆式扭矩传感器通过输入轴和输出轴与扭杆之间的相对变化量来监测转向扭矩。图8所示为扭杆式扭矩传感器的结构原理。
非接触式扭矩传感器有光电式和磁电式。非接触式的测量精度高、抗干扰能力强、刚度相对较高、易实现绝对转角和角速度的测量,但成本较高。
由于EPS的助力力矩控制主要取决于扭矩信号和车速信号,因此对扭矩传感器要求高。扭矩传感器类型的选取应根据EPS的性能要求进行综合考虑。
5.2 车速传感器
车速传感器用于检测车轮转速的大小,并把车轮的运动状态转变为电信号送入电子控制单元[8]。通常采用的车速传感器是一种霍尔式转速传感器,它由霍尔开关集成传感器和磁性转盘组成,其工作原理与结构如图9所示。
考虑到整车集成度以及降低成本,在实际应用中,不单独设置车速传感器,而是取自于ABS系统所采集的车速信号,并通过CAN总线方式与EPS系统进行通讯。
5.3 电动机
电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出适宜的辅助力矩,是EPS的动力源。电动机的性能直接影响EPS系统的性能,电动机型式的选择不仅要考虑助力机构的减速比、前轴载荷、蓄电池电压,而且还必须考虑其噪声和振动对驾驶员的影响、转动惯量对EPS系统响应的影响。
1.输入轴2.磁性转盘3.小磁铁4.霍尔传感器
电动机是电动助力转向系统的关键部件之一,担负着系统控制指令执行功能。伺服电动机的选择直接关系到系统的调节品质和控制效果。
根据电动机在助力转向系统中的作用和特点,系统对它的性能提出了下列要求:
(1)尽可能高的响应频率,亦即尽可能减小转子的转动惯量,增大转矩-惯量比;
(2)良好的低速平稳性;
(3)尽可能宽的调速范围;
(4)机械特性的硬度的数值尽可能大;
(5)换向器和电刷间的接触火花尽可能小,以减小伺服噪声;
(6)过载能力强。
考虑到汽车电控系统的电源、控制特性、效率、转矩脉动、制造成本等方面的因素,所设计的系统电机考虑采用永磁无刷直流电机,参考表1。
5.4 减速机构
减速机构的作用是降低电动机的输出轴的转速,从而将电动机输出轴的输出转矩放大后作用于转向输出轴。减速机构主要有两种形式:双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。
双行星齿轮减速机构采用了双行星齿轮和传动齿轮驱动组合式。因为是多级减速,可提供较大的助力扭矩。为了降低噪声和提高使用寿命,减速机构部分采用树脂材料齿轮。双行星齿轮减速机构因为可提供较大的助力,通常用在小齿轮助力式和齿条助力式系统。
蜗轮蜗杆减速机构简单,体积小,噪声低,成本较双行星齿轮减速机构低。其提供的助力虽不及蜗轮蜗杆减速机构,但已能满足轿车的助力要求,因此,蜗轮蜗杆减速机构通常用在转向柱助力式的轿车转向系统中。
在实际应用中,为了降低EPS系统噪声和提高其使用寿命,减速机构采用树脂材料齿轮。
5.5 电磁离合器
电磁离合器安装在电动机和减速机构之间,作用是使电动机和减速机构快速的结合和分离,即当低速转向时,电子控制单元输出控制信号使离合器吸合,从而将电动机的输出扭矩通过离合器传递到减速机构上。而当车速超过预置车速时,电子控制单元输出控制信号使离合器断开,离合器失去励磁电流而分离。此外,电动机出现故障时,离合器分离,使电动机和减速机构脱开,转向系统便从电动助力方式切换为机械转向方式,保证了系统的安全。
对电磁离合器的性能不仅要求其满足稳定可靠地结合和分离,较好地实现扭矩的传递,还要有较高的响应速度。EPS系统中多采用单片式电磁离合器,当电流通过滑环进入电磁离合器线圈时,主动轮产生电磁吸力,带花键的压板被吸引与主动轮压紧,于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。
5.6 电子控制单元ECU
电子控制单元(ECU)是EPS系统的控制核心,由微电脑、A/D变换器、I/O装置等组成。其功能是根据扭矩传感器信号和车速传感器信号进行逻辑分析与计算后发出指令,控制电动机和离合器的动作,从而实现EPS系统的助力转向特性。此外,ECU还有安全保护和自我诊断功能,ECU通过采集电动机的电流,发电机电压,发动机工况等信号判断系统工作状态是否正常,一旦系统工作异常,助力将自动取消,同时ECU将进行故障诊断分析。图10所示为助力转向系统ECU的组成结构框图。
EPS系统的电子控制单元包括控制系统硬件和控制算法,在设计电子控制单元时要考虑两方面:一是控制系统应有强抗干扰能力,以适应汽车多变的行驶环境;二是控制算法应快速正确,满足实时控制的要求,并能有效地实现理想的助力规律与特性。
6 EPS系统的数学模型
由于系统是多变量、强耦合的非线性系统,同时系统存在未建模动态以及外部的干扰和参数的变化等未知因素,因此建立适合于实际控制的EPS数学模型是控制设计的基础。根据物理模型,可得到EPS系统的三自由度动态数学模型。根据牛顿运动定理,简化该非线性系统的转向轴、齿条轴、电机的线性运动方程如下所示[10]:
式中:Td为转向盘转矩;x、m和b分别为齿条的位移量、质量和阻尼系数;θs、Js、Ks、bs分别为转向轴的旋转角、转动惯量、刚性系数、阻尼系数;rs为齿轮半径;θm、Jm、Km、bm分别为电机的旋转角、转动惯量、刚性系数及阻尼系数;G为电机至齿轮轴的减速比;FTR为轮胎转向阻力及回正力矩等作用于齿条上的转向阻力[11]。
式(1)为转向轴的动态方程。其中θs为转向盘转过的角度,为齿轮转过的角度,为转向传感器的输出,表现为测量到的转向盘转矩信号,Td为转向盘的转矩。式(2)为齿条轴的动态方程。其中分别为转向轴力与助力电机经减速机构后引起的齿条位移,式(3)为电机的动态方程。其中为电机的输出转矩,Tm为电机的给定电磁转矩。值的大小决定于电机的给定电流大小。
7 EPS的故障保护功能
EPS系统对安全性能要求很高,系统在实际运行中不可避免的会出现一些问题,这些问题可能直接导致事故的发生。因此设计时需要建立故障保护模块,使驾驶员能够第一时间了解所出现的故障以便及时排除。在进行系统设计时需要考虑的故障保护因素有以下几点。
(1)机械设计的强度、精度。机械传动机构如齿轮齿条机构的输入/输出轴,丝杠和转向机构,必须保证高强度以及精密配合。
(2)电子器件的额定值以及使用寿命。如MOSFET管的功率和电机必须按标准选择以保证高安全性。同时考虑车内的恶劣工作环境,要求其有足够的使用寿命。
(3)误操作处理能力。如果发生对EPS系统误操作,控制系统必须考虑到足够自控性能。
(4)信号故障。保障采集信号的正确性,即使采集不到信号,系统也应有能够避免事故发生的设计。
(5)EPS失效时的手动操作。当EPS系统失效时,应立即由电动转向转换为手动转向操作。
(6)故障显示。任何一部分出现故障时,显示屏应能将对应故障代码显示出来。
引起系统故障的因素主要有以下几个:
(1)电源(即车载电池)的电压,如果电压低于指定值,就无法得到所需的电机转矩Tm;
(2)电机电枢电流,如果电枢电流过大,则会烧毁ECU中的电子器件;
(3)方向盘转矩转角等信号。
8 总结
电控助力转向系统作为一项高新技术产品,是近年来国内外汽车界研究开发的热点。它涉及到汽车力学、轮胎力学、电机控制技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术和现代控制理论等诸多技术领域,因此对它的研究将是一项长期而艰巨的任务。
摘要：介绍了汽车电控助力转向系统的基本情况和主要的特点,分析论述了该系统目前的国内外研究状况,并且讨论了该系统的数学模型和错误诊断方式。
关键词：电控助力,控制策略,转向系统
参考文献
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5t越野叉车电控系统设计 篇8
5t越野叉车主要用于野外凸凹不平路面区域环境作业, 与通用5t平衡重式叉车[1]不同之处在于:野外凸凹不平路面作业能力强, 离地间隙大, 牵引力大, 越障能力及涉水能力强, 由于载荷中心距为1250mm, 具有装卸搬运5t以下集装箱和大件物资的能力。
5t越野叉车传动方式采用高压变量泵、变量马达组成的闭式静液压传动系统[2], 工作机构采用开式齿轮泵液压系统, 为了使柴油机在各种负载功率条件下都工作在经济工作区, 达到节能减排的使用效果, 有必要对5t越野叉车整车的传动系统及工作机构进行电控系统设计。
2 电控系统的设计目标
5t越野叉车外形见图1。
对整车进行电控系统设计, 主要基于以下几个方面的考虑:
(1) 采用功率优化电子控制系统对发动机和静液压高压油泵系统进行综合控制, 使二者达到最佳匹配[3,4]。
(2) 重新配置电控变量泵及电控变量马达, 提高变量泵及变量马达的采购通用性, 减少采购周期。
(3) 将工作机构液压控制纳入整车电控系统中, 可以提高叉车的联合操作功能, 提高整车的操作舒适性。
(4) 适应工程机械发展方向, 电控系统在各种通用工程机械领域的应用已成趋势, 未来应用会更加广泛。
3 电控系统设计模式
5t越野叉车电控系统设计主要围绕如何实现叉车下列功能: (1) 控制车辆行走速度和功率的自动控制。 (2) 行走系统和工作机构系统的功率自动分配。 (3) 发动机转速的自动控制。 (4) 发动机的过载保护。
要实现上述设计思想, 电控系统控制要具有以下3种模式。
3.1 标准控制模式STANDARD MODE
推/拉组合开关手柄启动静液压泵的行走方向阀 (3位4通阀) , 踏下电子加速踏板, 叉车开始移动。控制器根据踏板角度的大小来控制发动机油门伺服驱动器和泵斜盘的变量柱塞的比例阀, 先导控制的压力与泵斜盘排量成正比, 与马达排量成反比。发动机转速随踏板角度变化而逐渐增加, 泵排量开始变量, 摆角增大, 排量增大, 马达摆角减小, 排量减小, 马达转速随之增加。当电子加速踏板回到零位时, 伺服驱动器带动发动机油门拉杆回到怠速位置, 泵斜盘也回到零位。
3.2 复合控制模式MULTI-FUNCTION MODE (复合动作发动机自动控制和怠速节能)
若在行走状态下操作液压工作机构, 控制器可在不改变行走系统泵输出流量的条件下控制油门伺服驱动器, 使发动机自动按液压工作机构的功率要求增加转速。当电子摇杆回到零位时, 液压工作机构停止, 油门伺服驱动器带动发动机油门拉杆回到行走机构工作状态的位置, 发动机仍保持静液压系统工作时原有转速, 当电子摇杆摆动到最大角度时, 发动机自动加速到最大转速, 液压工作机构以最大起升速度起升。
在发动机自动加速的过程中, 行走静液压系统流量、车行走速度均不受影响。
3.3 加载控制模式OVERLOAD MODE (自动/手动强制)
电控自动控制状态:当行走时负载突然增加时 (上坡或遇到障碍时) , 泵高压回路压力升高, 泵斜盘摆角减小 (斜盘摆角变小, 先导控制电流减小) , 排量减小, 此时, 控制器控制发动机转速会增大, 维持泵流量不变, 马达转速不变, 使叉车行走负载突然增加时 (上坡或遇到障碍时) , 具有恒速行走特性;当车行走遇到特大阻碍物时 (比如一堵墙) , 车肯定过不去, 当系统压力达到额定压力时, 液压油开始溢流, 控制器控制发动机转速不再增大, 泵斜盘摆角减小 (但不回零位) , 马达排量逐步增大直到最大摆角, 此时系统压力最大, 马达摆角最大, 停车, 发动机不会熄火, 松开脚油门踏板, 发动机转速回到怠速状态, 泵斜盘摆角回到零位。此种控制模式具有发动机过载保护特性。
5t越野叉车电控系统控制模块见图2。
4 电控系统设计原理及应用
5 t越野叉车的电控系统主要用来控制变量泵、变量马达、发动机、电液比例操纵阀块、复合电子摇杆的各种动作等基本功能, 通过可编程控制器实现控制, 也就是说对整车液压系统实现电控。
可编程控制器在接收到手柄、脚踏板等各种操作器发出的信号后, 经过内部判断、运算、放大, 直接去驱动电子油门执行器、比例操纵阀、液压泵、液压马达、开关和继电器等的动作;控制器同时通过各种传感器采集有关信号, 经过内部处理后传输给显示器模块或手提电脑进行参数的实时调整, 也可用做内部反馈控制。
可编程控制器的使用简化了系统电路, 设计、维修方便, 故障率低, 控制系统操作简单、功能扩充方便。对电控系统控制器预留出接口, 根据需要可进行功能扩展。
5 t越野叉车电控系统控制原理见图3。
5 t越野叉车电控系统的工作过程如下:
启动发动机, 踏下油门踏板, 叉车开始移动, 电控装置根据油门踏板的角度大小通过油门执行器控制发动机的转速和变量泵的摆角, 油门踏板踏下的角度越大, 发动机的转速越快, 变量泵的摆角越大, 马达的摆角越小, 车速越快;扳动工作操纵杆, 门架起升或下降, 发动机自动按门架起升或下降的功率要求增加转速, 工作操纵杆回到零位时, 电控装置带动油门踏板回到原来的角度, 发动机保持叉车开始移动时的转速, 在发动机自动加速或减速的过程中, 叉车行走速度不受影响。油门踏板回到零位, 发动机的转速回到怠速, 变量泵的摆角回到零位, 叉车停止。
应用情况:5t越野叉车静液压传动及工作机构液压驱动分采用电控系统设计和采用常规匹配液压设计两种情况。
(1) 采用电控系统设计。整车可以实现智能控制, 复合电控操作手柄, 操作舒适, 在叉车行走过程中操作工作机构, 互不干扰。
经实际测量, 燃油消耗量:8.79kg/h。
(2) 采用常规匹配液压设计。整车属于机械控制, 机械式单手柄, 操作力较大, 在叉车行走过程中操作工作机构, 要相互干扰, 必须停车起升工作机构, 到位后再行走叉车。
经实际测量, 燃油消耗量:11.31kg/h。
通过对比可以看出:电控系统设计节约燃油20%左右。
5 结论
通过对5t越野叉车静液压传动及工作机构液压驱动进行电控系统设计, 真正实现了节能减排和提高操作舒适性的目的, 符合工程机械发展方向, 实际应用也证实了上述观点。
摘要：介绍了5t越野叉车静液压传动及工作机构液压驱动的电控系统设计原理, 建立了电控系统设计模块, 对5t越野叉车电控系统设计的实际应用效果进行了对比分析。
关键词：越野叉车,电控系统,设计
参考文献
[1]陆植.叉车设计[M].北京:机械工业出版社, 1991.
[2]马永辉, 徐宝富, 刘绍华.工程机械液压系统设计计算[M].北京:机械工业出版社, 1985.
[3]张栋.基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究[D].长春:吉林大学, 2005.