機(jī)電液一體化在汽車上的應(yīng)用

王丹丹 朱鏡瑾

摘 要：隨著科學(xué)的發(fā)展，人們生活水平不斷的提高，汽車已不再是一種奢侈品，它正在以飛快的速度步入千家萬(wàn)戶，隨之而來(lái)的汽車新技術(shù)革命愈演愈烈。簡(jiǎn)要介紹了機(jī)電液一體化技術(shù)及在汽車上的應(yīng)用。從電控發(fā)動(dòng)機(jī)，助力轉(zhuǎn)向，電子穩(wěn)定系統(tǒng)，自動(dòng)變速器入手鮮明地展現(xiàn)了現(xiàn)代新技術(shù)（機(jī)電液一體化技術(shù)）給汽車帶來(lái)的巨大變化以及給人們生活帶來(lái)的便利。最后展望了機(jī)電液一體化在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電液一體化；汽車；電控發(fā)動(dòng)機(jī)

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2015）23027602

汽車工業(yè)與電子工業(yè)是世界工業(yè)的兩大巨頭。伴隨著我國(guó)汽車電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍使用，近幾年來(lái)，機(jī)電液一體化技術(shù)開(kāi)始廣泛的應(yīng)用于機(jī)械工程，尤其是汽車工業(yè)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，機(jī)電液一體化技術(shù)就是將機(jī)械技術(shù)、液壓技術(shù)和微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程的自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)和處理。機(jī)電液一體化技術(shù)的應(yīng)用，使液壓能傳遞較大功率的優(yōu)越性和電子的靈活性在機(jī)械上得以集中體現(xiàn)，可以大大提高機(jī)械的工作質(zhì)量和精度、節(jié)約材料能源、提高工作效率、改善機(jī)械的操作性能、安全性和可靠性。本文主要講述的是機(jī)電液一體化在汽車中的應(yīng)用。

1 機(jī)電液一體化技術(shù)的簡(jiǎn)介

機(jī)電液一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)、液壓技術(shù)和微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它是在融合了機(jī)械、液壓、計(jì)算機(jī)、傳感器、自動(dòng)控制等多門科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門新興科學(xué)。通過(guò)利用電工電子技在汽車的關(guān)鍵部位設(shè)置傳感器對(duì)汽車上的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及行駛系、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等的溫度、壓力和流量等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)技術(shù)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)我們可以借助對(duì)電子狗電路的監(jiān)控、進(jìn)行電腦監(jiān)控分析，出現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警。目前，我們可以利用汽車微電腦控制器對(duì)汽車上的所有控制開(kāi)關(guān)、繼電器和電磁閥進(jìn)行常規(guī)的檢測(cè)、診斷，通過(guò)分析并顯示出故障代碼，維修人員可以利用汽車檢測(cè)儀器快速讀取故障碼，從而高效的排除故障。

2 機(jī)電液一體化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外汽車上的應(yīng)用

當(dāng)前，汽車電子化、智能化水平的高低，已經(jīng)成為我們?cè)u(píng)價(jià)汽車的綜合性能和汽車現(xiàn)代化、安全性的重要標(biāo)志。因此，各個(gè)工業(yè)相對(duì)比較發(fā)達(dá)國(guó)家都已逐步形成了自己本國(guó)相對(duì)獨(dú)立的汽車電子產(chǎn)品。目前，國(guó)外相對(duì)比較大的汽車電子公司主要有：日本的電裝公司、美國(guó)的德科公司、德國(guó)的博世公司以及西門子公司。這幾大汽車電子公司自身?yè)碛衅囯娮拥暮诵募夹g(shù)，并且在價(jià)格和服務(wù)上有一定的優(yōu)勢(shì)，因此，占據(jù)了世界汽車電子技術(shù)裝備的絕大部分市場(chǎng)。

2.1 機(jī)電液一體化技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

由于汽車運(yùn)行路況的差異性，因此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)日常的運(yùn)行工況是多種多樣的，因此我們只有通過(guò)提高汽車電子控制的靈活性和電腦強(qiáng)有力的綜合處理功能，才能夠使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行工況下實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)行性能優(yōu)化，逐步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。

（1）提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上電控燃油噴射系統(tǒng)已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)的化油器式的燃料供給系統(tǒng)。較大程度的減小了汽車進(jìn)氣系統(tǒng)中的進(jìn)氣阻力，同時(shí)還采取了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣控制系統(tǒng)，有效的提高了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率。除此之外，發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)可有效的保證進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的空氣得到充分燃燒，有效提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。

（2）提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。無(wú)論汽車在何種的運(yùn)行工況、以及何種運(yùn)行條件下，汽車電控系統(tǒng)能夠精確的控制進(jìn)入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的混合氣濃度，從而提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

（3）改善發(fā)動(dòng)機(jī)的加減速性能。電子控制單元的高速處理功能使汽車控制系統(tǒng)迅速做出響應(yīng)，使汽車加速或減速的過(guò)渡工況下反應(yīng)更靈敏。

（4）改善汽車排放性能。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行工況和運(yùn)行環(huán)境下的優(yōu)化控制，汽車電控技術(shù)提高了燃油質(zhì)量，安裝了尾氣凈化裝置，從而有效的改善汽車排放性能。

2.2 機(jī)電液一體化技術(shù)在汽車底盤上的應(yīng)用

近年來(lái)，電子控制技術(shù)在汽車底盤控制系統(tǒng)上得到飛速發(fā)展。電控系統(tǒng)新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用增加了汽車動(dòng)力性能、提高行駛安全性、改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、提高乘坐舒適性。于此同時(shí)，在汽車控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上，進(jìn)一步提高了電子底盤控制系統(tǒng)產(chǎn)品和市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，主要有：（1）安全又便宜的傳感器在市場(chǎng)上的出現(xiàn)和應(yīng)用；（2）微處理器內(nèi)存和計(jì)算速度在點(diǎn)在技術(shù)的迅速提高；（3）生產(chǎn)精度高、反應(yīng)快、價(jià)格低的液壓控制閥；（4）提高傳感器和液壓系統(tǒng)的自我故障檢測(cè)能力。

2.3 機(jī)電液一體化技術(shù)在車身穩(wěn)定系統(tǒng)上的應(yīng)用

汽車在加速、制動(dòng)或轉(zhuǎn)向時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于駕駛員對(duì)路面判斷和操作不及時(shí)、不準(zhǔn)確而發(fā)生側(cè)滑，導(dǎo)致交通事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)汽車車速在80-100km/h時(shí)，40%的車禍?zhǔn)怯捎谄嚢l(fā)生側(cè)滑而失控；當(dāng)車速超過(guò)160km/h時(shí)，幾乎100%的車禍與側(cè)滑有關(guān)。因此，為了提高汽車行駛的安全性，保證汽車在制動(dòng)和加速時(shí)的方向穩(wěn)定性，增強(qiáng)汽車的轉(zhuǎn)向反應(yīng)和軌跡跟蹤性能，縮短制動(dòng)距離，改善牽引性能，汽車車身穩(wěn)定系統(tǒng)就十分必要了。

2.4 機(jī)電液一體化技術(shù)在汽車自動(dòng)變速器上的應(yīng)用

目前汽車上都采用了電控的液力自動(dòng)變速器。結(jié)構(gòu)主要包括液力變矩器和自動(dòng)變速器兩大部分組成。自動(dòng)變速器能夠根據(jù)油門的開(kāi)度和車速的變化，自動(dòng)地進(jìn)行換檔。與無(wú)級(jí)變速器相比，自動(dòng)變速器最大特點(diǎn)是由齒輪式行星變速系統(tǒng)構(gòu)成。因此，它與傳統(tǒng)自動(dòng)變速器相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積更小。另外，它可以在一定范圍內(nèi)自由改變傳動(dòng)比，從而實(shí)現(xiàn)全程無(wú)級(jí)變速，使汽車的車速變化平穩(wěn)，沒(méi)有傳統(tǒng)變速器換檔時(shí)那種“頓”的感覺(jué)。從而使整車具有更好的駕駛性能、更高的安全性能、降低廢氣排放和延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系的使用壽命。

3 機(jī)電液一體化技術(shù)在未來(lái)汽車上的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 液壓系統(tǒng)高壓化

液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)就是輸出的力矩和功率大，而這依賴于高壓系統(tǒng)。隨著汽車動(dòng)力性、通過(guò)性的提高，繼續(xù)向高壓發(fā)展是液壓系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

3.2 微處理器高速化

眾所周知，汽車工業(yè)向著多娛樂(lè)化和智能化的方向發(fā)展，使用高速微處理器、敏感元件和傳感器不僅能滿足汽車娛樂(lè)化和智能化的要求，還可以提高汽車整車行駛的安全性，改善汽車排放性能。

3.3 能源節(jié)能增效化

目前，全世界都在面臨著能源危機(jī)。能源危機(jī)已經(jīng)成為我們共同關(guān)注的問(wèn)題。因此汽車設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)汽車時(shí)也必須考慮節(jié)能的需要。因此，通過(guò)使用電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行自動(dòng)控制也是節(jié)能的一條有效的途徑，這是保護(hù)環(huán)境的必然要求。新能源的研制和零部件裝配工藝的提高是提高汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的必然要求。

3.4 協(xié)同作業(yè)智能化

隨著我們對(duì)汽車智能化和汽車制造質(zhì)量的要求的提高，智能化機(jī)群的協(xié)同作業(yè)作為國(guó)“863”項(xiàng)目之一進(jìn)行重點(diǎn)研究。機(jī)群的協(xié)同作業(yè)是智能化的單機(jī)、現(xiàn)代化的通訊設(shè)備、GPS、遙控設(shè)備和合理的施工工藝相結(jié)合的產(chǎn)物。這一領(lǐng)域也為機(jī)電液一體化在汽車上的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。

3.5 電流技術(shù)變流體

眾所周知，電流變流體（ER流體）在自由狀態(tài)下為可自由流動(dòng)的混懸液體。一旦在電場(chǎng)力的作用下，它會(huì)迅速固化，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)弱程度分別顯現(xiàn)粘稠、膠凝和堅(jiān)硬的狀態(tài)，并且固化度與電流場(chǎng)強(qiáng)成正比。這種特性使它能理想地運(yùn)用于液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的閥、阻尼器及動(dòng)力傳輸裝置等。使他們對(duì)電信號(hào)響應(yīng)極快，不到1ms的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變化。它采用的PWM控制，能有效的應(yīng)用于汽車上，從而降低能耗，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)壽命。

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