《汽车嵌入式系统开发方法》第三讲 汽车起动系统

第二讲 汽车起动系统一.起动机 汽车发动机是靠外力起动的，常用的起动方式有人力起动和电力起动。 由于电力起动操作方便，起动迅速，平安可靠，所以现代汽车均采用电力起动。 电力启动系统由电动机、传动机构和控制装置三局部组成。下面分别介绍。 由于汽车采用14V直流电源供电，因此直流电动机在汽车上被大量采用。汽车用起动电动机，都是串激式直流电机。它由电枢、一.起动机 磁极和换向器等主要局部组成。 直流电动机工作原理 直流电动机是将电能转变为机械能的设备。它根据带电导体在磁场中受电磁力作用这一原理左手定那么工作。由于换向器作用，使在N极和S极下面导体中的电流方向保持不变，电磁力形成的转矩方向也就不变 ，使电枢仍按原来的逆时针方向转动。 由于一个线圈所产生的转矩不够大，且转速不稳定，因此，实际上电动机的电枢上绕有很多线圈，换向片数也随线圈的增多而相应增加。有电工学知，电动机转矩为 式中Cm电机常数，与电机结构有关； Is电枢电流； 磁极磁通。 当直流电动机接入直流电源时，产生电磁转矩使电枢旋转。而电枢旋转，其绕组又切割磁力线而产生感应电动势，其方向按右手定那么判断，恰与电msMC I一.起动机 fmECn电枢的电流方向相反，故称为反电动势。其大小为 式中 n电动机的转速。 这样，外加电压U除一局部降落在电枢绕组和激磁绕组的电阻Rs和RL上外，另一局部那么用来平衡电动机的反电动势Ef，即 上式称为电动机的电压平衡方程式。由上式得 fsssLUEI RI RfmssLsLUEUCnIRRRR一.起动机 由此可知，当电动机轴上阻力增大时，电枢转速就会降低，故Ef减小，电枢电流Is增大，电磁转矩也随之增大，一直到电动机产生得电磁转矩与阻力矩到达新的平衡为止。反之，电动机负载减小时，电枢转速升高，Is减小，电枢转矩M也随之减小，一直到电磁转矩与阻力矩到达新的平衡为止。可见，串激直流电动机，当负载发生变化时，其转速、电流和转矩，将会自动发生相应变化，以满足负载变化需要。一.起动机 串激直流电动机的特性 1转矩特性 电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系，称转矩特性。 串激直流电动机电枢与激磁电流是相等的，故在磁路未饱和时，它与电流成正比，即 。故电磁转矩1 sC I2mssMCICI一.起动机 即在磁路未饱和时，电磁转矩随电流的平方而增加；在磁路饱和后，电流增大，磁通保持不变。此时，电磁转矩才与电流成线性关系，如图1。 2机械特性 电动机的转速，随转矩而变化的关系称为机械特性。 由电压平衡式可得sstmUIRRnC一.起动机图1 串激直流电动机的特性曲线一.起动机 在磁路未饱和时，Is增大时， 也增大，故其转速n随电枢电流Is的增加而迅速下降。如图1所示中n曲线所示。由于M正比于IS平方，所以串激直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降，即具有软的机械特性，如图2所示。 3功率特性97.3M nPkW一.起动机图2 串激直流电动机的机械特性一.起动机 式中 M扭矩()； N转速(r/min)。 因此，完全制动n0和空载M0时，起动机的功率均等于零。 可以证明，在 时，起动机功率到达最大值，如图1的P曲线所示。 因为起动机的运行时间很短，允许以它的最大功率运转，所以通常起动机的最大功率作为起动机的额定功率。工厂也经常通过空转和完全制动两项smax12II一.起动机 实验来检验起动机的工作是否正常。 由上述可知，串激直流电动机有软的机械特性，即当负载增加时，它的转速迅速下降，电磁转矩迅速增大。这个特性特别适合于做起动电动机。 需要指出的是，直流电动机还有别的鼓励形式，如他激、并激、永磁等。如图3示：一.起动机图3 直流电动机的几种鼓励形式一.起动机4影响起动机功率和转矩的因素 接触电阻和导线电阻的影响； 蓄电池内阻的影响； 温度的影响。二.啮合方式 起动电机一般都是串激直流电动机，但对于传动机构和控制装置而言，各种起动机却差异较大，所以在介绍起动机时，同时也要说明控制装置和传动机构的特点。 一般有直接操纵强制啮合、电磁操纵强制啮合和移动电枢啮合等几种。近年来为了提高起动性能并减轻起动机的重量，又研制了一种内装减速齿轮的起动机，称为减速起动机。