機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用及發(fā)展研究

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王佺慶

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系 秦挽星

機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用及發(fā)展研究

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王佺慶

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系 秦挽星

社會科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，給社會生活生產(chǎn)帶來了巨大的影響，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展較快并且得到廣泛應(yīng)用，不斷的促進(jìn)社會的競價發(fā)展。本文主要是從分析機(jī)電一體化技術(shù)的基本內(nèi)容和特點(diǎn)，探究了機(jī)電一體化技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。

機(jī)電一體化；汽車行業(yè)；應(yīng)用發(fā)展

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也已經(jīng)成為一門具有單獨(dú)體系的新型科學(xué)，其發(fā)展要不斷更新。機(jī)電一體化技術(shù)的基本特征大多是相同的，機(jī)電一體化系統(tǒng)是其研究的最主要的一方面，由機(jī)械技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)等組成，各技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)一些特定的功能極大值。

1.機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化是指將技術(shù)相關(guān)原理在機(jī)電一體化系統(tǒng)中充分的應(yīng)用與發(fā)展，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)電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，并將機(jī)損裝置和電子設(shè)備以及計算機(jī)軟件等有機(jī)結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)總成。高級機(jī)電一體化產(chǎn)品使機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動化、數(shù)字化和智能化。計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助制造系統(tǒng)、機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)等是目前機(jī)電一體化研究和開發(fā)主要方向，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的系統(tǒng)或者產(chǎn)品技術(shù)綜合。機(jī)電一體化的重要思想是設(shè)計系統(tǒng)原理與集成綜合技術(shù)。

機(jī)電一體化作為一門應(yīng)用廣泛的技術(shù)，其具有多方面的特點(diǎn)：1）使用廣泛，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了機(jī)械工程范疇，機(jī)電一體化產(chǎn)品能夠在不同的領(lǐng)域場合應(yīng)用，符合客戶提出的更強(qiáng)的應(yīng)變需求；2）具有較高的生產(chǎn)能力，大部分機(jī)電一體化產(chǎn)品具有自動信息處理與控制能力，可以利用自動控制系統(tǒng)按照設(shè)計的具體要求完成既定的操作，提升生產(chǎn)能力；3）具有極高的安全性，其包括警報、自動化監(jiān)控、自動化診斷、自動化保護(hù)等性能，當(dāng)出現(xiàn)故障時，能夠采用自動化保護(hù)方法，盡量減少人員與機(jī)械設(shè)備發(fā)生事故，提成設(shè)備的安全性能。未來控制智能化、精確化、零延遲化、結(jié)合計算機(jī)處理技術(shù)和信號傳輸技術(shù)，將成為機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢，將新技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)合并運(yùn)用到更多的領(lǐng)域。

2.汽車機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展

機(jī)電一體化在汽車行業(yè)應(yīng)用發(fā)展快速，許多的機(jī)械控制系統(tǒng)被電子控制系統(tǒng)代替，其發(fā)展主要有三個階段：第一階段是20世紀(jì)60年代到70年代，主要是應(yīng)用電子裝置對部分汽車機(jī)械功能進(jìn)行改善，比如電子控制燃油噴射；第二階段是80年代到90年代，主要是汽車制造設(shè)計上體現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)，進(jìn)行集成大規(guī)模電路應(yīng)用，并解決了機(jī)械部件無法解決的復(fù)雜自動控制問題，對于提升汽車運(yùn)行過程中的可靠功能發(fā)揮了關(guān)鍵作用；第三階段是90年代中期至今，機(jī)電一體化技術(shù)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了成熟發(fā)展，重視整體上機(jī)電一體化技術(shù)的設(shè)計，廣泛應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)，使汽車更加自動化、智能化。

3.汽車中機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用

3.1微機(jī)控制發(fā)電機(jī)體系

發(fā)動機(jī)控制單元ECU的核心是通用微處理器或者是為汽車發(fā)動機(jī)專門設(shè)計的大規(guī)模集成電路（LSI），從各個傳感器得到的模擬電壓信號和從發(fā)動機(jī)輸出軸得到的脈沖信號都有輸入到發(fā)動機(jī)控制單元，再通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。將這些數(shù)字信號作為基礎(chǔ)信息，對發(fā)動機(jī)控制單元內(nèi)的最佳空氣燃料比、點(diǎn)火時間、排氣再循環(huán)等進(jìn)行計算，再將這些計算結(jié)果作為驅(qū)動信號輸出，用以空氣與燃料質(zhì)量比。當(dāng)燃料空氣比例增加時， 燃料占比較少，不利于點(diǎn)火；相反，當(dāng)燃料空氣比例減少時，氧氣稀薄，導(dǎo)致碳化氫與一氧化碳增加。因此，將氧氣與燃料比控制在合適的比例范圍內(nèi)，才有助于發(fā)動機(jī)各項(xiàng)運(yùn)動狀態(tài)維持在最佳狀態(tài)，保持正常的符合運(yùn)動。

3.2電子控制的自動變速器

自動變速器的目的是為了降低變速器的功率損耗，提高動力傳遞系統(tǒng)的有效功率，增加了變速裝置的檔數(shù)，使得汽車的行駛速度到達(dá)最佳比例，達(dá)到省力、省能、舒適安全的特點(diǎn)。各種傳感器監(jiān)測的信息會通過發(fā)動機(jī)輸入到電子控制裝置，換擋信息、程序開關(guān)及自動跳合開關(guān)的信息綜合到一起而選擇出滿足行駛條件的最佳檔次信息，系統(tǒng)電子控制裝置是通過自動變起器的監(jiān)測電路進(jìn)行自檢及失效監(jiān)測，即在行駛前對所有電路進(jìn)行檢測。汽車啟動后，通過判斷報警燈的狀態(tài)來判斷其系統(tǒng)功能是否正常，若警燈處于熄滅狀態(tài)，說明其功能正常；若警燈處于開著狀態(tài)，則系統(tǒng)存在故障，自動變速器進(jìn)入非電控程序狀態(tài)。

3.3汽車激光測距雷達(dá)系統(tǒng)

汽車激光測距雷達(dá)系統(tǒng)重點(diǎn)通過計算機(jī)對車間距離的處理器、雷達(dá)測距、前后汽車狀況等進(jìn)行控制。激光單片機(jī)與汽車防按控制系統(tǒng)有效結(jié)合，針對倒車減速和正常行駛時檢測汽車前后方距離范圍內(nèi)是否有障礙物體，并且在關(guān)鍵時間組織報警，進(jìn)一步有效阻止發(fā)生的交通事故。測距激光雷達(dá)安裝在汽車各個方向，通過光學(xué)天線發(fā)射光速，如果遇到障礙物后出現(xiàn)了散射的后方信號，同時被光學(xué)天線進(jìn)行了接收，適時調(diào)節(jié)出方位距離信息。利用中央處理設(shè)備分析持續(xù)輸出的方位距離信息，能夠準(zhǔn)確判斷出物體是否在前面運(yùn)動，計算出相應(yīng)的汽車間距和速度，并且判斷它能否與本車進(jìn)行必要的接觸，進(jìn)一步?jīng)Q定汽車行駛的安全速度。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。

3.4汽車制動系統(tǒng)

汽車制動系統(tǒng)最主要的是BBW系統(tǒng)與ABS系統(tǒng)。

圖1　ABS 系統(tǒng)控制框圖

BBW系統(tǒng)傳遞的是電流，而不是液壓油與壓縮空氣，由電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號，縮短了制動反映時間，車輪制動模塊、中央電子控制單元ECM和電子踏板模塊等關(guān)鍵部件組成BBW系統(tǒng)。工作模式：駐車制動時需踩下制動踏板，該操作信號將反饋給中央電控單元，然后帶弄機(jī)械制動控制單元能啟動電機(jī)。皮帶和斜盤式齒輪機(jī)帶動電機(jī)驅(qū)動絲桿，絲桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以使止推螺母沿著絲桿螺紋向前移動。制動摩擦片通過止推螺母與制動器活塞接觸按壓到制動盤上。相反地，當(dāng)電流超過特定值后，電流被控制電源切斷，解除駐車制動，止推螺母沿著絲桿相反方向自動旋回，制動器活塞釋放壓力，密封圈的復(fù)原而引起制動盤可能的失衡促使制動器活塞回退，制動摩擦片脫離制動盤。

ABS系統(tǒng)基本功能是可感知制動輪每一瞬時的運(yùn)動狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動器動力矩的大小，避免出現(xiàn)輪上的抱死現(xiàn)象，有效提升汽車行駛的安全性。人們一般對制動發(fā)生時出現(xiàn)的前輪增重、后輪減重以及后輪抱死更加不利汽車方向控制的特點(diǎn)，研制出了一套能夠限制機(jī)動車四輪制動裝置即防抱死裝置ABS系統(tǒng)，同時也是電子控制技術(shù)在汽車領(lǐng)域做出的突出貢獻(xiàn)，可以使汽車很好地應(yīng)對突發(fā)事件，ABS系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。

4.結(jié)束語

機(jī)電一體化技術(shù)是制造業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，發(fā)展社會生產(chǎn)力的要求，不只是在汽車行業(yè)取得如此大的成就，在其他的各行各業(yè)中都得到了更廣泛的應(yīng)用，為國家?guī)砀蟮慕?jīng)濟(jì)效益與社會效益。

［1］孫素閃.機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用和未來發(fā)展［J］.科技向?qū)В?011（30）.

［2］石美峰.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考［J］.山西焦煤科技，2009，（3）.

［3］白慧杰.機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用與機(jī)械工程領(lǐng)域的前景分析［J］.機(jī)械教育，2005（01）.

［4］王曉勇.解析機(jī)電一體化技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用展望［J］.科技傳播，2013（06）.