工業(yè)設(shè)備和工程車輛制造商在設(shè)備的許多性能和功能上正采用自動(dòng)化控制或改進(jìn)的手動(dòng)控制方式來提高設(shè)備的性能、安全性、人體工程學(xué)設(shè)計(jì)并降低應(yīng)用成本。這些改進(jìn)通常都基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，將計(jì)算機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)化為物理運(yùn)動(dòng)，使客戶受益。傳統(tǒng)的液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)控制通常不適合計(jì)算機(jī)控制操作，因此現(xiàn)在人們?cè)絹碓蕉嗟厥褂秒妱?dòng)解決方案。含有位置反饋、動(dòng)力系統(tǒng)及總線通訊的智能電動(dòng)直線執(zhí)行器為客戶提供了高性價(jià)比的解決方案，能夠?qū)⒖刂七壿嬓盘?hào)轉(zhuǎn)化為智能運(yùn)動(dòng)。

　　圖 1 -節(jié)氣門執(zhí)行器能夠自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而降低設(shè)備噪聲和廢氣排放并節(jié)約燃料。

　　工程車輛執(zhí)行器的傳統(tǒng)作用是在操作員的控制下施加作用力以完成一項(xiàng)任務(wù)。隨著車輛變得越來越復(fù)雜，制造商們正在不斷為執(zhí)行器添加頂尖特性，具有代表性的特性包括增加電子控制技術(shù)，提供更加復(fù)雜、優(yōu)化和安全的運(yùn)動(dòng)。例如，操縱桿提供控制器輸入驅(qū)動(dòng)電動(dòng)直線執(zhí)行器控制挖掘機(jī)的輪胎(如圖 1)。在駕駛員與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)間增加控制器可以通過限制車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的行進(jìn)速度來改善車輛的安全性。或者，車載計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)增大建筑挖掘機(jī)的節(jié)氣門，達(dá)到能夠操作液壓設(shè)備的水平，然后在不需能量的情況下減小節(jié)氣門，將其恢復(fù)至理想位置。

　　圖 2(上)和圖 3(下)- 用電動(dòng)直線執(zhí)行器替代液壓缸或氣缸意味著安裝更簡(jiǎn)單緊湊、控制更簡(jiǎn)單、能量消耗更低、精度更高、維護(hù)更少、噪音更小及環(huán)境更清潔安全。

　　在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，傳統(tǒng)執(zhí)行器技術(shù)的瓶頸是促進(jìn)電動(dòng)直線執(zhí)行器發(fā)展的一個(gè)主要障礙。傳統(tǒng)的液壓缸或氣缸通常都是從一個(gè)端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)端點(diǎn)，無法確保中間過程的運(yùn)動(dòng)精度，而絕大多數(shù)復(fù)雜應(yīng)用都要求控制中間運(yùn)動(dòng)過程的精度。為解決這個(gè)問題，氣缸和液壓缸經(jīng)常采用電子閉環(huán)反饋控制，但這會(huì)增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，因?yàn)檫@不僅需要有電子和液壓或氣動(dòng)控制系統(tǒng)，而且還存在復(fù)雜的布線問題。同時(shí)，氣缸或液壓缸還要配有大量的泵和閥，沉重的能量傳遞和控制管路散布四處(如圖 2)。

　　正因?yàn)槿绱耍褂秒妱?dòng)直線執(zhí)行器正成為一種重要趨勢(shì)。電動(dòng)直線執(zhí)行器顯著地減少了系統(tǒng)所需零部件的數(shù)量，消除了液壓系統(tǒng)中所需的零部件，如蓄能器、液壓泵、直流電機(jī)、電機(jī)繼電器、電磁閥、單向閥、液壓缸及按鈕操作臺(tái)等。電動(dòng)直線執(zhí)行器采用小且輕的電線取代了笨重甚至有時(shí)危險(xiǎn)的液壓軟管，而且執(zhí)行器本身通常也比液壓缸更小更輕，還能夠輸出與液壓缸相同的力和行程(如圖 3)。此外，相比于液壓系統(tǒng)，電動(dòng)直線執(zhí)行器的噪聲要相對(duì)小的多。

　　電動(dòng)直線執(zhí)行器配置選項(xiàng)包括伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，這兩類電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中典型的設(shè)計(jì)選擇，它們具有高精度、高重復(fù)精度及全負(fù)載循環(huán)等特征。這些電機(jī)非常昂貴，而且在大多數(shù)情況下它們的高成本并不適合工程車輛應(yīng)用，因?yàn)樵诠こ誊囕v應(yīng)用中物體通常一個(gè)小時(shí)只定位幾次而不是需要連續(xù)定位，1/16 英寸的定位精度已經(jīng)足夠滿足需求，不需要達(dá)到  英寸。

　　直流執(zhí)行器給客戶提供了一種低成本選擇，它可以滿足大部分的工程車輛應(yīng)用需求。然而傳統(tǒng)的直線執(zhí)行器需要安裝許多附件，如控制電機(jī)反轉(zhuǎn)的全橋電路、電源、控制和位置感應(yīng)系統(tǒng)等。這些附件增加了執(zhí)行器的成本和復(fù)雜性，需要額外地布線和接頭，在安裝和維護(hù)過程中還需要采取額外步驟。

　　圖 4 –Thomson 開發(fā)的智能執(zhí)行器詳細(xì)視圖，它包含全橋電路及電源、控制器及集成在執(zhí)行器內(nèi)部的位置反饋系統(tǒng)等。

　　最近，我們開發(fā)了專門用于工程車輛應(yīng)用的智能執(zhí)行器，它包含全橋電路及電源、控制器及集成在執(zhí)行器內(nèi)部的位置反饋系統(tǒng)等。因此在車輛上安裝盒維護(hù)執(zhí)行器就變得非常簡(jiǎn)單，因?yàn)榧傻娜珮螂娐芬馕吨杏脩糁恍鑼㈦娫措娎|和控制總線連接到執(zhí)行器上就可以了。

　　新一代的智能執(zhí)行器采用了總線通訊技術(shù)，大大減小了成本和整個(gè)車輛操作的復(fù)雜性。通過總線技術(shù)，單路控制器取代了多路功能控制器。這種處理同樣大大減少了車輛所需的線纜數(shù)量。總線通訊技術(shù)已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到證明，今天許多車輛上都采用了這種技術(shù)。工程車輛制造商可以應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及這項(xiàng)技術(shù)在汽車工業(yè)中的規(guī)模經(jīng)濟(jì)來增加車輛功能，降低車輛成本。

　　按照傳統(tǒng)方法，每個(gè)執(zhí)行器都需要有一個(gè)電控單元(ECU)。使用總線技術(shù)的智能執(zhí)行器只需要從控制器拉出一根經(jīng)過各執(zhí)行器的總線電纜，而傳統(tǒng)方法里每個(gè)執(zhí)行器都要用一根單獨(dú)的電纜與控制器相連。每個(gè)執(zhí)行器控制器有一個(gè)獨(dú)一無二的地址，它們可以接受到每一個(gè)從車輛控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)，但只會(huì)執(zhí)行針對(duì)自己地址的信號(hào)。

　　執(zhí)行器還具有提供狀態(tài)信息的優(yōu)點(diǎn)。控制器發(fā)出命令，讓執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到一個(gè)特定位置。當(dāng)執(zhí)行器到達(dá)該位置后，它會(huì)向控制器發(fā)出一個(gè)明確的信號(hào)。執(zhí)行器同樣可以反饋位置和速度信息。總線系統(tǒng)的應(yīng)用可以讓添加額外傳感器變得簡(jiǎn)單，如添加測(cè)量溫度或負(fù)載的傳感器等。

　　智能執(zhí)行器還可以提供同步運(yùn)動(dòng)的功能。例如，假設(shè)需要用兩個(gè)執(zhí)行器來抬起車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩，這兩個(gè)執(zhí)行器必須協(xié)同工作，確保負(fù)載均布在兩個(gè)執(zhí)行器上。這對(duì)于液壓或氣動(dòng)執(zhí)行器來說是個(gè)困難或不可能完成的任務(wù)，但對(duì)于智能直流執(zhí)行器來說卻非常容易。控制器向兩個(gè)執(zhí)行器發(fā)出移動(dòng)一步的命令，然后開始等待，直到收到每個(gè)執(zhí)行器到達(dá)目標(biāo)位置的明確信號(hào)后才會(huì)再次發(fā)出移動(dòng)命令。

　　用電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)替代液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)給客戶提供了通過自定義轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的連接來增加重要功能的可能。設(shè)計(jì)工程師們應(yīng)用軟件命令可以容易地改變轉(zhuǎn)向器速比，甚至可以設(shè)計(jì)出能夠在實(shí)地運(yùn)行中改變轉(zhuǎn)向器速比或根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)按照內(nèi)置程序自動(dòng)改變轉(zhuǎn)向器速比的車輛。例如，一個(gè)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以配置為在低速時(shí)有高的轉(zhuǎn)向器速比，而在高速時(shí)有低的轉(zhuǎn)向速比，以提高低速時(shí)的機(jī)動(dòng)性和避免高速時(shí)的突然轉(zhuǎn)向。電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以程式化，通過增加阻力矩的方式指示車輛已經(jīng)接近最大轉(zhuǎn)向范圍。電子轉(zhuǎn)向同樣提供其它很多高級(jí)選項(xiàng)，如使用阻力矩來阻止司機(jī)向已探測(cè)到障礙物的方向轉(zhuǎn)向(如圖 5)。

　　圖 5 – Thomson 扭矩反饋設(shè)備(TFD)為轉(zhuǎn)向及其它線控應(yīng)用提供可變扭矩輸出，輸出的扭矩與輸入直流電成比例。

　　同樣，智能執(zhí)行器還可以用在農(nóng)用車輛上，用來優(yōu)化調(diào)節(jié)聯(lián)合收割機(jī)的收割系統(tǒng)。在聯(lián)合收割機(jī)的谷物加工室內(nèi)首先對(duì)谷物進(jìn)行打谷，然后用空氣吹動(dòng)揚(yáng)谷，再用篩子進(jìn)行篩分。吹風(fēng)百葉窗調(diào)節(jié)器控制著通過清潔系統(tǒng)的氣流量大小，對(duì)于不同的農(nóng)作物氣流量的大小要求也不同，太大的氣流量會(huì)將谷物一起吹走而太小又不能達(dá)到去除谷殼的目的，因此必須經(jīng)常調(diào)節(jié)吹風(fēng)百葉窗以優(yōu)化清潔單元的性能。通常調(diào)節(jié)吹風(fēng)百葉窗時(shí)，司機(jī)需要從駕駛室出來，然后再進(jìn)行調(diào)節(jié)，這會(huì)降低生產(chǎn)力。使用電動(dòng)執(zhí)行器后，司機(jī)可直接在駕駛室里對(duì)吹風(fēng)百葉窗進(jìn)行控制。

　　在幾乎任一種高速車輛中都存在許多潛在的執(zhí)行器應(yīng)用，將智能執(zhí)行器與車載計(jì)算機(jī)結(jié)合起來能夠提供一些特殊的功能，讓制造商的產(chǎn)品從眾多競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品中脫穎而出。制造商通過應(yīng)用智能執(zhí)行器可以以最低的成本獲得這些好處，因?yàn)橹悄軋?zhí)行器已經(jīng)把實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的所有部件都集成在一起了。