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【干货】中国汽车电子行业报告—执行器

2022/8/2 8:01:31发布78次查看
1.1 汽车执行器概论
汽车执行器的任务是根据控制器给出的控制指令完成规定的执行动作(相应的力、位移等),以达到控制目标。汽车的工况较为复杂,要求执行器在震动、冲击、干扰等环境下可靠工作。
汽车执行器按照工作原理可分为电气式、液压式、气动式。不同类型的执行机构的平均控制力密度不一样,适合应用的领域也不一样。其中液压缸、气压缸的平均力密度较大,适合需要较大执行力的领域,如制动。随着电子电器技术的进步,电动执行机构的应用越来越广泛。
平均控制力密度(mwcm-3)
图 1:执行机构的控制力密度
汽车电动执行机构一般是电、磁—》机械的变换器,是电动机、电磁线圈等的平移和旋转电磁圈执行机构。按照电压电流产生的效应不同可将执行机构分为磁能、电能、热能类执行机构。
图 2:电动执行机构的作用分类
电机具有小型化、节能、应用简单等优势,目前整车控制用到电机的数量较多,如雨刮电机、转向助力电机、电动天窗用电机等。随着汽车电动化程度的深化,可预见整车用到的电机将会更多。
图 3:汽车常见控制用电机
汽车执行电机: 目前汽车控制用电机的类型主要有以下两种:伺服电机和步进电机。
(1)伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其中直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
(2)步进电机属于断续运转的同步电动机,将输入的秒冲信号变换为阶跃的角位移或直线位移,也就是给一个脉冲信号,电动机就转一个角度或者前进一步,所以成为步进电机。改变脉冲频率的高低可以很大范围调节步进电机的转速。汽车控制用电机市场:全球汽车用电机 2014 年市场规模为 260 亿美云,预计到 2019 年市场规模达到 300 亿美元。2014 年,直流有刷电机约占 69.2% 的市场份额,直流无刷电机约占 13.8% 的市场份额。其中,随着直流无刷电子控制技术的进步和控制成本的降低,未来无刷直流电机将更快速增长。目前动力和底盘系统是应用电机数量的领域,约占汽车电机一半的市场份额;此外,车灯调整马达和电动后视镜马达是增长较快的领域。
图 4:全球控制用电机市场规模预测
按市场区域看,亚太区是汽车用电机的最大市场,主要得益于于中国和印度市场的增长,特使是中国汽车市场,已连续多年为全球第一汽车市场。
图 5:汽车控制用电机分区域市场
由于汽车控制用市场竞争激烈,电机价格持续下压,汽车电机企业积极开发小型化、低成本电机以应对市场竞争,同时开发适合未来市场需求的电机,如电动助力转向的无刷直流电动机。
全球汽车电机企业众多,知名汽车用电机供应商有以下公司(见下表)
整理自网络
2.1 各类执行器介绍
2.1.1 控制电机
汽车控制用电机要求体积小、重量轻、耗电少、高可靠性、高精度和快速响应。目前主要有伺服电机和步进电机类型。伺服电机广泛用作汽车控制用电机,作为汽车电子控制系统中执行元件,将输入的电压信号变换成轴的角位移或角速度输出。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压,改变控制电压可以改变伺服电机的转速和转向。
转向助力电机
如 eps 中的转向助力电机。电动助力转向系统(electric power steering,缩写 eps)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统 hps(hydraulic power steering)相比,eps 系统具有很多优点。eps 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。积分齿轮减速单元和转向柱,一个内置传感器电路给马达,降低了系统的尺寸和重量。
2.1.2 电磁线圈类:电磁阀、继电器
电磁阀
电磁线圈类执行元件将电信号转换为直线运动。在汽车上的应用主要分为两种:1)直接以电磁能为动力的方式,如用于控制电路中的继电器;2)电磁阀,将电磁线圈置于管道中,通过柱塞的的运动控制管道中气体或者流体的压力或流量。
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