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汽車電氣與電子控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)導(dǎo)航1.汽車電氣系統(tǒng)的基本組成及其功能是什么?2.發(fā)動機集中電子控制系統(tǒng)的基本組成是什么?它有哪些主要功能?3.電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用有哪些?汽車電氣系統(tǒng)的特點一是采用直流電。二是電源電壓低而電流大。目前普遍采用12V電壓,只有部分大型柴油車的起動系統(tǒng)采用24V電壓。隨著汽車電子控制設(shè)備越來越多地應(yīng)用,12V系統(tǒng)已顯得不適應(yīng),未來的汽車電源電壓標(biāo)準(zhǔn)將提高到42V,以便能提供更大的功率、減小線束和提高信號傳送的質(zhì)量。三是電路的連接采用單線制,即在電源和用電設(shè)備各有一端與汽車的車體金屬部分相連接(稱為“搭鐵”),利用車體作為一條公共連接導(dǎo)線,而各自的另一端則通過導(dǎo)線連接。在夜晚行車時,汽車駕駛?cè)藶榱四芸辞迩胺降缆返那闆r,需要打開前大燈照明;在需要轉(zhuǎn)向或變換車道時,需要及時打開轉(zhuǎn)向指示燈,以保證行車的安全;此外,現(xiàn)代汽車還有復(fù)雜的電氣系統(tǒng),如電子控制系統(tǒng)、空調(diào)、音響等,這些都需要電。但汽車在各種道路上行駛,不可能像無軌電車那樣拖著一根導(dǎo)線與外部的供電系統(tǒng)連在一起。那么,汽車所需要的電從何而來呢?一、汽車電源汽車電源由蓄電池和發(fā)電機并聯(lián)組成。蓄電池、發(fā)電機的負(fù)極與車體連接,而其正極作為火線引出。在發(fā)動機工作時,由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機向汽車的用電設(shè)備供電,同時對蓄電池充電。蓄電池主要是在起動發(fā)動機時向起動機及點火系統(tǒng)(汽油發(fā)動機)提供電能。(一)蓄電池蓄電池是可將電能以化學(xué)能的形式儲存起來,并能通過化學(xué)變化釋放電能的一種裝置。它是一個可逆的直流電源,在汽車上有四種基本用途:一是起動發(fā)動機時,蓄電池向起動機、發(fā)動機點火系統(tǒng)和儀表供電。二是當(dāng)汽車發(fā)動機低速運轉(zhuǎn),發(fā)電機不發(fā)電或電壓較低時,蓄電池向發(fā)動機點火系統(tǒng)、儀表及用電設(shè)備供電。三是當(dāng)汽車上同時啟用較多的用電設(shè)備,其功率超過了發(fā)電機的額定功率時,蓄電池和發(fā)電機共同向發(fā)動機點火系統(tǒng)、儀表及用電設(shè)備供電。四是當(dāng)發(fā)動機高速運轉(zhuǎn),發(fā)電機的輸出端電壓高于蓄電池的電動勢時,發(fā)電機首先向發(fā)動機點火系統(tǒng)、儀表及用電設(shè)備供電,多余的電量存儲在蓄電池中。此外,蓄電池還相當(dāng)于一個較大的電容器,能吸收電路中隨時出現(xiàn)的瞬時過電壓,以保護(hù)電子元件不被擊穿,延長其使用壽命。蓄電池的種類很多,根據(jù)電解液的不同有酸性蓄電池、堿性蓄電池和中性蓄電池。極板為鉛、電解液為硫酸水溶液的鉛酸蓄電池,具有結(jié)構(gòu)簡單、內(nèi)阻小、電壓穩(wěn)定、起動性好、價格低廉的優(yōu)點,因而在汽車上得到廣泛的應(yīng)用。圖3.44所示為6V蓄電池的結(jié)構(gòu)。它主要由極板、隔板、殼體、電解液和連接鉛條等組成。組成蓄電池總成的每個單格的標(biāo)稱電壓為2V,將3個(或6個)單格電池串聯(lián)后便成為一只6V(或12V)蓄電池總成,以滿足汽車用電設(shè)備的需要。圖3.446V蓄電池的結(jié)構(gòu)蓄電池的容量容量是答電池的主要性能參數(shù),它是指在放電允許的范囤之內(nèi)苦電池輸出的電量,標(biāo)志苦電池對卟供電的能力。容量等于放電電流與放電時間的乘積,單位是A·h。在苦電池的型號上給出的是額定容量,它是指完全充滿電的蓄電池,在電解液溫度為25℃±5℃條件下,以0.05C20A的放電電流連續(xù)放電至單格電壓降至1.75V時能輸出的電量。例如,額定容量為105A·h的蓄電池,在電解液溫度為25℃±5℃條件下,以5.25A的放電電流連續(xù)放電20h后,單格電壓降至1.75V,它的額定容量為:5.25×20=105A·h。蓄電池的正確使用1.蓄電池要在汽車上安裝牢靠,電極接線柱與接線頭的連接應(yīng)可靠;為了防止接線柱的氧化,可在其上涂保護(hù)劑(如凡士林)。2.每次使用起動機不得超過5s,連續(xù)起動時,中間間隔時間應(yīng)在15s以上。3.要經(jīng)常保持蓄電池外部清潔,加液孔蓋上的通氣孔應(yīng)暢通。4.要保持電解液的液面高出極板10~15mm,不足時添加蒸餾水。并根據(jù)季節(jié)調(diào)整電解液的相對密度。溫度越低,調(diào)整的相對密度應(yīng)越大。一般冬季為1.26~1.30,夏季為1.23~1.26。5.蓄電池應(yīng)經(jīng)常保持充電狀態(tài),車上的蓄電池也應(yīng)每月拆下進(jìn)行一次補充充電。充電時應(yīng)按充電規(guī)則進(jìn)行。裝車時新舊蓄電池不應(yīng)混合使用。6.充電時應(yīng)將蓄電池的正負(fù)極對應(yīng)發(fā)電機的正負(fù)極,不能接錯。蓄電池的正負(fù)極柱上般都分別標(biāo)有“+”、“-”記號,或正極柱上涂有紅色。(二)發(fā)電機及調(diào)節(jié)器1.發(fā)電機發(fā)電機是汽車電氣系統(tǒng)的主要電源,它是一種將機械能變?yōu)殡娔艿难b置,由發(fā)動機驅(qū)動而發(fā)電。在正常工作時,對除起動機以外的所有用電設(shè)備供電,并向蓄電池充電以補充蓄電池在使用中所消耗的電能。目前汽車上使用的發(fā)電機是硅整流發(fā)電機。它包括一個三相同步交流發(fā)電機和數(shù)個硅整流二極管,工作時利用硅二極管將發(fā)電機定子繞組中所感應(yīng)的三相交流電整流為直流電。由于發(fā)電機先產(chǎn)生交流電,因此也稱為交流發(fā)電機;又由于它以硅二極管做整流器,故又稱為硅整流發(fā)電機。硅整流發(fā)電機必須配用調(diào)節(jié)器,以便在發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化時穩(wěn)定其輸出電壓。普通的硅整流發(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、端蓋和電刷總成組成(圖3.45)。圖3.45JF132型硅整流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)2.調(diào)節(jié)器發(fā)電機由發(fā)動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)速隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速不同而不同,若不對發(fā)電機進(jìn)行調(diào)節(jié),其輸出電壓將隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化,這與汽車上的用電設(shè)備要求電壓恒定相矛盾。所以,必須配備一個能自動調(diào)節(jié)電壓的裝置—-調(diào)節(jié)器。硅整流發(fā)電機配用的調(diào)節(jié)器種類繁多、型號各異,按其結(jié)構(gòu)特點和工作原理可分為機械電磁振動式(觸點式)和電子式兩大類。隨著汽車電子技術(shù)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代汽車已廣泛使用硅整流發(fā)電機與集成電路調(diào)節(jié)器裝在一起的整體式硅整流發(fā)電機,并向著計算機集中控制發(fā)展。5~7人一組,取一硅整流發(fā)電機,拆卸觀察其各主要零件的裝配關(guān)系。并請注意分析:1.各零件的結(jié)構(gòu)特點是什么?2.硅二極管是怎樣安裝和接線的?3.硅整流發(fā)電機的發(fā)電原理與物理課中所學(xué)的有何異同?4.整流器是怎樣將交流電變?yōu)橹绷麟娸敵龅模?.請繪出發(fā)電機的接線原理圖。二、發(fā)動機汽車發(fā)動機是沒有自起動能力的,需由外力帶動曲軸旋轉(zhuǎn)才能進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。發(fā)動機的起動方式有人力起動、輔助汽油機起動電力起動機起動等。由于電力起動機起動操作方便,迅速可靠,所以在現(xiàn)代汽車上廣泛使用。起動機在完成發(fā)動機起動任務(wù)后便立即停止工作,其所用電流一般都是由蓄電池供給的,故一般是由直流電動機完成。汽車起動機的種類很多,目前使用最廣泛的是電磁操縱強制嚙合式起動機(圖3.46),它主要由直流電動機、傳動機構(gòu)和控制裝置三部分組成。圖3.46強制嚙合式起動機構(gòu)造(一)直流電動機電動機的功用是在直流電作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。它主要由電樞、磁極、換向器及電刷等組成。(二)傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)又稱嚙合機構(gòu)或嚙合器,主要組成部分是一個單向離合器。其作用是在起動發(fā)動機時將起動機的轉(zhuǎn)矩傳給飛輪齒圈而當(dāng)發(fā)動機起動后,它又能自動打滑,不使發(fā)動機帶動起動機旋轉(zhuǎn),以免損壞起動機。起動機中常用的單向離合器有滾柱式、摩擦片式和彈簧式三種。(三)控制裝置控制裝置用來接通和切斷起動機與蓄電池之間的電路在電磁操縱強制嚙合式起動機中控制裝置就是電磁開關(guān),其作用是控制起動機驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈的嚙合與分離,以及電動機電路的通斷。一般發(fā)動機的飛輪齒圈與起動機驅(qū)動齒輪的傳動比為1:10~1:15,發(fā)動機起動后,若不及時將起動機與發(fā)動機分離,則起動機的電樞就會被發(fā)動機帶動高速旋轉(zhuǎn)。若發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為1000r/mim,則起動機的轉(zhuǎn)速可達(dá)多高?這樣會產(chǎn)生什么后果?三、其它電子與電子控制系統(tǒng)(一)照明及信號系統(tǒng)為了保證汽車行駛安全和工作可靠,在汽車上裝有多種照明及信號裝置,用以夜間照明道路、標(biāo)示車輛的寬度、照明車廂內(nèi)部及儀表和夜間檢修等。此外,在汽車轉(zhuǎn)彎、變換車道、制動和倒車等工況下汽車還應(yīng)發(fā)出光信號和音響信號。照明設(shè)備主要有前照燈、霧燈、倒車燈、牌照燈、儀表燈等,其使用已在第一章中詳細(xì)介紹。汽車信號裝置的作用是通過燈光和聲響向其他車輛的駕駛?cè)思靶腥税l(fā)出警示,以引起注意,確保車輛行駛的安全。燈光信號包括轉(zhuǎn)向信號、制動信號、危險警告信號、示廓信號等。聲響信號包括喇叭、倒車蜂鳴器與語音倒車報警器等。(二)儀表及指示燈為了使駕駛?cè)藢崟r掌握汽車主要部件的工作情況,以便正確使用汽車,提高行車安全,及時發(fā)現(xiàn)和排除可能出現(xiàn)的故障,汽車上都裝有各種測量儀表,如電流表、機油壓力表、發(fā)動機冷卻液溫度表、燃油表車速里程表等。在一些采用氣壓制動的汽車上,還裝有氣壓表,許多汽車上還裝有發(fā)動機轉(zhuǎn)速表。在現(xiàn)代汽車上通常將上述儀表組合在一起,并采用新型的電子顯示裝置和驅(qū)動電路構(gòu)成電子式組合儀表,如圖3.47所示。隨著汽車電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,具有集數(shù)字、文字和圖形等信息于一體的汽車信息集中處理顯示中心將得以應(yīng)用。為了保證行車的安全和提高車輛的可靠性,除了各種儀表之外還裝備有許多報警裝置。這些報警裝置一般均由傳感器和安裝在組合儀表面板上的紅色、黃色和藍(lán)色警告指示燈組成。警告指示燈上標(biāo)有代表不同監(jiān)測部位的工作狀態(tài)或故障的形象符號。圖3.47汽車駕駛室組合儀表

發(fā)動機電子控制技術(shù)的發(fā)展

從20世紀(jì)60年代開始,在發(fā)達(dá)國家,由于汽車保有量的迅猛增加,汽車有害氣體和微粒的排放成為一大公害,各國相繼制定了日益嚴(yán)格的汽車排放法規(guī)。1973年的石油危機,使人們認(rèn)識到自然資源的有限性與合理利用的必要性。因而,車用發(fā)動機排氣凈化和減少能源消耗的技術(shù)得以不斷開發(fā)與應(yīng)用。首先,傳統(tǒng)的機械化油器式汽油機受到了挑戰(zhàn),隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電控化油器和電子燃油噴射系統(tǒng)應(yīng)運而生。自1967年德國B0Sch公司首先推出空燃比制精度高的電子控制汽油噴射系統(tǒng)以來,各種形式的汽油機電控系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善。伴隨著微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,發(fā)動機電子控制的主要任務(wù)也從單目標(biāo)—以改善汽油機的排放為主并可提高功率和降低油耗,而走向多目標(biāo)控制—發(fā)動機集中電子控制。并向著汽車整車集中電子控制的方向發(fā)展。(三)發(fā)動機集中電子控制系統(tǒng)發(fā)動機集中電子控制系統(tǒng)是將發(fā)動機上原來相互獨立的電子控制汽油噴射系統(tǒng)、電子點火系統(tǒng),怠速控制、廢氣再循環(huán)控制、空調(diào)控制、故障自診斷等多種控制機能集中于以微機為控制核心的綜合控制系統(tǒng)。發(fā)動機集中電子控制系統(tǒng)就其功能來說有多種多樣,且還在不斷發(fā)展中,同時各汽車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)動機其控制系統(tǒng)和內(nèi)容又各不相同,但其基本功能和組成是類似的,主要有三大部分,即傳感器、電子控制單元或電子控制模塊和執(zhí)行機構(gòu)。發(fā)動機電子控制系統(tǒng)各部分的主要功能傳感器用來測取表征發(fā)動機工作狀況的各個參量,并以一定的方式輸入到控制單元中。電子控制單元(ECU)或電子控制模塊(ECM)實際是一個微型計算機,即常說的車載微機,它接收分布在車輛各部位的傳感器送來的信號,并把這些輸入信息和存儲器中的指令程序相對照,根據(jù)對照結(jié)果指示執(zhí)行機構(gòu)采取相應(yīng)的動作。ECU主要由輸入信號處理電路、微處理機、輸出處理電路、電源電路和控制程序等幾部分組成。執(zhí)行機構(gòu),即實現(xiàn)各種控制功能的執(zhí)行元件,它接受來自控制單元的控制指令,完成相應(yīng)的控制動作,實現(xiàn)對發(fā)動機的控制。(四)汽車空調(diào)及控制系統(tǒng)空調(diào)是汽車現(xiàn)代化的標(biāo)志之一現(xiàn)代汽車空調(diào)除具有保持車內(nèi)適宜溫度、濕度、氣流和清潔空氣,改善車內(nèi)人員的舒適性等基本功能外,還具有防止前后車窗玻璃結(jié)霜、保持視野清晰的功能?,F(xiàn)代汽車全功能的空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空氣凈化裝置及控制系統(tǒng)等幾部分組成。汽車防盜系統(tǒng)的類型1.機械式防盜系統(tǒng)。它是對汽車使用和行駛起關(guān)鍵作用的總成加鎖防盜。主要有車門鎖、轉(zhuǎn)向盤鎖、變速桿鎖及輪胎鎖等。此種類型的結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但防盜功能較差。2.電子式防盜系統(tǒng)。也叫微電腦防盜系統(tǒng),是目前轎車上普遍使用的防盜系統(tǒng)。此種防盜系統(tǒng)安裝隱蔽、無線遙控操作簡便、功能多,除具有防盜功能外,還具有報警提示、警惕提示等功能。了.電子跟蹤定位監(jiān)控防盜系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與無線電通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而得以實現(xiàn)的,它是智能運輸系統(tǒng)的一部分。(五)電子防盜系統(tǒng)現(xiàn)代汽車的防盜系統(tǒng)主要由防盜保險裝置、報警裝置、防被盜車輛行駛裝置組成。防盜保險裝置主要由各個門鎖、發(fā)動機蓋鎖、行李箱門鎖、車門開啟傳感器、轉(zhuǎn)向鎖止機構(gòu)、報警喇叭、蜂鳴器及有關(guān)電氣元件組成。當(dāng)駕駛?cè)税蜗缕饎予€匙,將各車門鎖好后,防盜保險裝置就進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)。防盜報婺裝置的作用是:當(dāng)不用遙控器或開門鑰匙打開車門,不用起動鑰匙接通起動電路起動發(fā)動機時,防盜報警裝置就會發(fā)出喇叭蜂鳴報婺燈閃爍、位置報婺等形式的報警信號。防被盜車輛行駛裝置的作用是:若盜賊破壞車門或車窗非法進(jìn)入車內(nèi)后,它將阻止發(fā)動機起動,同時使點火系統(tǒng)、燃油供應(yīng)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、變速桿等統(tǒng)統(tǒng)喪失功能,防止車輛行駛。(六)其他電氣系統(tǒng)采用電子技術(shù)是解決汽車技術(shù)發(fā)展中所遇到問題的最佳方案,比較直接的就是節(jié)能、降污、安全技術(shù),以及舒適、豪華程度的提高。所以,采用電子裝置的情況已成為衡量汽車技術(shù)進(jìn)步的一個重要指標(biāo)除了前述的汽車電氣系統(tǒng)外,還有許多其他電氣系統(tǒng),如電子安全氣囊、電子控制懸架系統(tǒng)、電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子控制防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)、汽車巡航控制系統(tǒng)以及轎車微機平臺等。轎車微機平臺集音響、計算機、行路導(dǎo)行、語音識別式無線通信等功能于一體,并具有娛樂及安全防盜等功能。還可將人們家用和辦公室用的各種設(shè)備推廣到汽車上,如提供國際互聯(lián)網(wǎng)接口、增加緊急服務(wù)、為坐在后排座位上的乘客提供電影功能等。高級的轎車微機平臺還能夠接受語音命令,可使駕駛?cè)藛T在眼不離路、手不離轉(zhuǎn)向盤的情況下通過語音對系統(tǒng)進(jìn)行操作。總之,汽車將向著更方便、更安全、更舒適、無污染、智能化、個性化的方向發(fā)展。1.通過接觸實物和查閱資料,深入具體地了解一種轎車電氣系統(tǒng)的線路原理。2.分組調(diào)研一下,除了汽車用多種傳感器外,還有哪些傳感器用于生產(chǎn)和生活的各種場合,然后總結(jié)歸納一下,傳感器的主要功用是什么?3.查閱有關(guān)資料,了解電子技術(shù)在汽車上應(yīng)用的情況和發(fā)展趨勢,設(shè)想一種將電子技術(shù)用于汽車的新項目。閱讀材料智能汽車只要你上車后在坐椅上就座,關(guān)好車門,坐椅安全帶就會自動系好。你只要將今天要去的目的地輸入微機,并以語言發(fā)出指令,汽車的自動駕駛儀就會通過地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地面接收站和路面交通信息管理系統(tǒng)接收天氣、路面交通信息等,依照電子地圖選擇最佳的行車路線,通過執(zhí)行系統(tǒng),操縱汽車的轉(zhuǎn)向盤、油門、變速、制動等系統(tǒng),自動駕駛汽車向目的地進(jìn)發(fā)。駕車人實際變成了乘客。一旦路上遇到了險情,如有小孩或小動物突然橫穿公路,微機根據(jù)接收到的指令會使汽車緊急剎車。至于超車、轉(zhuǎn)彎、躲開障礙物、遇交通信號停車,微機自然會操作自如,可準(zhǔn)確、可靠、安全地操縱汽車,迅速到達(dá)目的地,這就是未來的智能汽車。智能汽車由智能交通信息系統(tǒng)、汽車自動駕駛系統(tǒng)、故障自動診斷處理系統(tǒng)和智能空調(diào)系統(tǒng)等組成。智能交通信息系統(tǒng)主要包括地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地面接收站、路面交通信息管理系統(tǒng)等。其功能是首先通過地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地面接收站及汽車的電子地圖,確定你的汽車目前所處的位置、要到達(dá)的目的地,然后提供幾種可供選擇的行車路線。路面交通信息管理系統(tǒng)會向你提供這些行車路線的路面狀況、交通流量、氣象等情況,幫助你選擇最佳的行車路線,使你以最短的行車距離、最快的速度到達(dá)目的地。自動駕駛系統(tǒng)相當(dāng)于超級智能機器人,能代替人駕駛汽車。它主要包括安裝在汽車前后保險杠上及兩側(cè)的紅外線攝像機,對汽車前后左右一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行不間斷地掃描和監(jiān)視。車內(nèi)微機、電子地圖、光學(xué)傳感器等對紅外線攝像機傳來的信號進(jìn)行分析計算,并根據(jù)路面交通信息管理系統(tǒng)傳來的交通信息,代替人的大腦發(fā)出指令指揮執(zhí)行機構(gòu)操縱汽車。智能空調(diào)系統(tǒng)可根據(jù)外界的氣候條件,按照預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)對安裝在車內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度傳感器所傳來的信號進(jìn)行分析、判斷,及時自動實現(xiàn)制冷、加熱、去濕、空氣凈化等功能,將汽車內(nèi)的環(huán)境調(diào)節(jié)到令你滿意的水平。故障自動診斷處理系統(tǒng)對汽車上的各個系統(tǒng)進(jìn)行不斷地巡回檢查,發(fā)現(xiàn)故障可及時處理,不能處理的故障則立即警告并采取必要的措施,從而可避免事故的發(fā)生。汽車是一個由成千上萬個零件組裝而成的用來完成規(guī)定功能的系統(tǒng)盡管汽車的種類和型號繁多、用途各異,但一般汽車都是由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設(shè)備四部分組成的。發(fā)動機是汽車的動力源,現(xiàn)代汽車發(fā)動機多是以常規(guī)的汽油、柴油為燃料的內(nèi)燃機,即汽油機和柴油機。汽油機的基本工作原理是將汽油和空氣混合,壓縮到狹小的容器中點火后,混合氣爆發(fā)燃燒、膨脹,作用于活塞,通過曲柄連桿機構(gòu)變成曲軸的回轉(zhuǎn)運動,以機械能的方式輸出動力?;竟ぷ鬟^程是:進(jìn)氣、壓縮、爆發(fā)作功和排氣,這四個過程構(gòu)成一個工作循環(huán),并在活塞往復(fù)運動的四個行程內(nèi)完成,因而稱為四沖程發(fā)動機。要實現(xiàn)燃料由化學(xué)能向機械能的轉(zhuǎn)換并使其源源不斷地輸

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