論機(jī)電一體化技術(shù)與汽車產(chǎn)品開發(fā)

吳鑫華

摘要：本文從機(jī)電一體化的含義著手，概述機(jī)電一體化的核心技術(shù)，分析機(jī)電一體化技術(shù)的基本內(nèi)容、技術(shù)特點(diǎn)，由此引申到機(jī)電一體化技術(shù)在汽車上的應(yīng)用。并對機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；汽車新產(chǎn)品；創(chuàng)新開發(fā)

1.引言

上世紀(jì)八十年代，在機(jī)械加工中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入，機(jī)械與電子這兩門不挨邊的學(xué)科技術(shù)，隨著實(shí)際工作的需要，逐漸地被融合在一起，于是就誕生了機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化是在機(jī)械產(chǎn)品中的機(jī)構(gòu)主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)，并將機(jī)損裝置和電子設(shè)備以及計(jì)算機(jī)軟件等有機(jī)結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。近年來，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)大。

2.機(jī)電一體化技術(shù)的內(nèi)容與特點(diǎn)

機(jī)電一體化技術(shù)主要是由機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、流體（氣壓、液壓）技術(shù)等組合而成的綜合性學(xué)科技術(shù)。

2.1 機(jī)電一體化技術(shù)的內(nèi)容

2.1.1精密機(jī)械技術(shù)

機(jī)械技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中，屬于基礎(chǔ)地位。在機(jī)械與電子技術(shù)彼此結(jié)合的過程中，對機(jī)械加工的精密性和精確度有了更高的要求。

2.1.2信息處理技術(shù)

機(jī)電一體化設(shè)備在工作中，受監(jiān)控和受控制的部件的狀態(tài)參數(shù)被源源不斷地輸入到信息處理器，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電腦智能化管理。這種管理是動態(tài)的、高速的、高效率的，這種技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的核心。

2.1.3檢測與傳感器技術(shù)

在機(jī)電一體化設(shè)備中的工作過程中，各種參數(shù)與相應(yīng)的信息都要通過傳感器進(jìn)行接收，并通過信號檢測裝置進(jìn)行測量，然后送入信息處理裝置，最后，控制裝置根據(jù)反饋信息實(shí)現(xiàn)對機(jī)械加工的自動控制。

2.1.4自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)屬于機(jī)電一體化技術(shù)的主要功能性技術(shù)。使用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)車輛的精確定位、能耗補(bǔ)償、狀態(tài)自動調(diào)試等功能。從而提高車輛元器件的工作效率。

2.1.5伺服驅(qū)動技術(shù)

伺服驅(qū)動技術(shù)的使用主體是執(zhí)行元件，執(zhí)行元件在接到控制系統(tǒng)下達(dá)的命令后，迅速將命令傳達(dá)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時將傳感器監(jiān)控到的執(zhí)行效果回傳給控制系統(tǒng)。伺服驅(qū)動技術(shù)就好比軍隊(duì)中的傳令兵，對軍情起到上傳下達(dá)的作用。它的可靠性直接關(guān)系到機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用。

2.1.6系統(tǒng)總體技術(shù)

根據(jù)設(shè)備的功能性，將其分解為若干功能單元，利用可行性技術(shù)，對功能單元的實(shí)用性和技術(shù)性進(jìn)行分析與測評，依照系統(tǒng)功能邏輯，擇優(yōu)選出最適宜的方案，完成整個系統(tǒng)的整體功能開發(fā)與應(yīng)用。系統(tǒng)總體技術(shù)的特殊性就在于，第一可以保證設(shè)備的工作性能，第二可以體現(xiàn)設(shè)備的機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)的獨(dú)特性。系統(tǒng)總體技術(shù)體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)者的邏輯思辨能力，反映了單個機(jī)電一體化設(shè)備與其它同類設(shè)備的迥異性。

2.2 機(jī)電一體化技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1極高的安全性

在設(shè)備運(yùn)行過程中，機(jī)電一體化設(shè)備的監(jiān)測與報警、自動診斷與保護(hù)功能的應(yīng)用，可以在出現(xiàn)危險情況的時候，第一時間啟動自動保護(hù)功能，防止發(fā)生事故，達(dá)到提升工作安全的作用。

2.2.2較高的生產(chǎn)性

機(jī)電一體化設(shè)備具有信息自動處理與控制能力，其加工、檢驗(yàn)的精敏度有了大幅度的提升。自動控制系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地保障機(jī)械機(jī)構(gòu)的執(zhí)行情況，按照設(shè)計(jì)要求保證加工質(zhì)量和產(chǎn)品合格率。

2.2.3提升了使用功能

通過編輯程序，機(jī)電一體化設(shè)備利用數(shù)字化加工模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的完成，由于減少了傳統(tǒng)機(jī)床的手柄與按鈕，使得操作過程變得簡單。機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，分析變化參數(shù)，自動選擇并保持設(shè)備的最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動操作的最優(yōu)化。

2.2.4適用性日漸廣泛

機(jī)電一體化設(shè)備打破了單項(xiàng)技術(shù)的限制，組合了多學(xué)科多系統(tǒng)的技術(shù)，開創(chuàng)了自動化的先河。機(jī)電一體化設(shè)備具備的自動補(bǔ)償功能、自動監(jiān)控功能、自動保護(hù)功能以及智能化等，能夠在不同領(lǐng)域場合的應(yīng)用，符合客戶提出的更多更高的應(yīng)變需求，其適用性日漸廣泛。

3.機(jī)電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 在發(fā)動機(jī)體系的應(yīng)用

利用微處理器或大規(guī)模集成電路，通過多個傳感器接收的電壓模擬信號和脈沖信息，傳輸至控制發(fā)動機(jī)單元，利用數(shù)字模擬將其轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘枖?shù)字，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的控制。以這些信息為基礎(chǔ)，對發(fā)動機(jī)單元中的燃料空氣比例、點(diǎn)火具體時間、循環(huán)排氣效率進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為噴射閥燃料控制與點(diǎn)火設(shè)備的驅(qū)動信息進(jìn)行輸出，實(shí)現(xiàn)對空氣與燃料質(zhì)量比例的有效控制。

3.2 在測距雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用

汽車在行駛中和倒車過程中，起到有效監(jiān)測作用的系統(tǒng)是測距雷達(dá)系統(tǒng)，它是由防按控制系統(tǒng)、激光單片機(jī)結(jié)合而成的。監(jiān)測是否存在障礙物體，并在第一時間報警，起到有效阻止事故發(fā)生的作用。這個系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測處理器、測距計(jì)算、汽車狀況等的控制，通過汽車前后部的測距激光雷達(dá)，利用中央處理設(shè)備分析方位與距離信息，準(zhǔn)確判斷物體是否在運(yùn)動，準(zhǔn)確計(jì)算出相應(yīng)的間距和速度，精確判斷它能否與本車發(fā)生接觸，當(dāng)出現(xiàn)危險情況時，系統(tǒng)與警報裝置接觸，發(fā)送警報信號。

3.3 對自動變速器的監(jiān)控應(yīng)用

自動化變速器的重要作用是為了降低汽車的損耗功率，提升傳遞動力系統(tǒng)的有效功率。增加變速器的檔位，提升汽車的最佳行駛的動力扭矩比，充分降低油耗，增加汽車的安全性和舒適性。發(fā)動機(jī)具體工作情況需要利用傳感器實(shí)施檢測，接收的數(shù)據(jù)信息將被電子監(jiān)控裝置輸入并加以處理，選擇符合最佳行駛條件的信息，由電子設(shè)備向液壓設(shè)備下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)對換擋的控制。

3.4 在ABS系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著道路建設(shè)與汽車制造水平的進(jìn)步，汽車的速度越來越高，傳單憑機(jī)械制動已不能滿足安全駕駛的需要了，在高速行駛中，車輛容易因發(fā)生輪轂抱死而導(dǎo)致駕駛員對車輛失去控制的危險情況。通過應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以有效克服輪轂抱死，從而避免災(zāi)害性事故的發(fā)生。汽車制動防抱死裝置，即ABS系統(tǒng)。就是通過電子感應(yīng)器、控制器監(jiān)控輪轂的運(yùn)動情況，當(dāng)車輛在制動的時候，通過控制快速而頻繁的剎車、松閘動作，有效實(shí)現(xiàn)輪轂因?yàn)楸槐蓝鴮?dǎo)致車輪強(qiáng)行滑動的危險情況，每一次控制都是通過機(jī)電一體化技術(shù)隨時感知和控制的，這種控制速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人的神經(jīng)反應(yīng)速度的。

4.結(jié)論

機(jī)電一體化技術(shù)的出現(xiàn)，是科學(xué)技術(shù)跨學(xué)科的產(chǎn)物。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了材料的浪費(fèi)，減少了能源的耗損。提高了企業(yè)的整體競爭能力，對于汽車行業(yè)的整體發(fā)展也具有重要意義。

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