汽車領(lǐng)域中的電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用研究

趙睿

摘 要：電氣自動化系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了繼電器控制、電子計(jì)算機(jī)控制、順序控制器、PLC、CIMS、DCS、縱向控制技術(shù)等。隨著自動化技術(shù)的不斷提升，系統(tǒng)的集成化程度越來越高，這為其在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造及生產(chǎn)管理自動化與智能化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。電氣自動化系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用使得汽車系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性更高，同時還對故障診斷及分析提供了可能?；谄湓谄囶I(lǐng)域中廣闊的應(yīng)用前景，本文來探討自動自動化系統(tǒng)及在汽車領(lǐng)域中應(yīng)用情況。旨在為汽車智能化設(shè)計(jì)及超前配置推廣提供一些參考。

關(guān)鍵詞：汽車領(lǐng)域 電氣自動化系統(tǒng) 線路集成 PLC系統(tǒng) 機(jī)器視覺技術(shù)

1 引言

在智能化時代，工業(yè)制造開啟了新一輪的技術(shù)革新，真正的進(jìn)入了工業(yè)制造4.0時代。汽車行業(yè)作為制造業(yè)的領(lǐng)軍行業(yè)，必然要要走在智能化技術(shù)革新的前列。在汽車領(lǐng)域，這種智能化水平不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)線的自動化，還體現(xiàn)在產(chǎn)品及其管理的智能化。汽車設(shè)計(jì)制造行業(yè)作為一個高技術(shù)密集性產(chǎn)業(yè)，包含了復(fù)雜的技術(shù)及工藝。傳統(tǒng)的汽車制造企業(yè)通過產(chǎn)量參與市場競爭，而現(xiàn)代汽車制造業(yè)必須通過技術(shù)革新參與市場競爭。自動化系統(tǒng)的應(yīng)用代表著汽車企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的發(fā)展水平。研究汽車領(lǐng)域中電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用對于企業(yè)改善汽車系統(tǒng)性能，提高其在智能化時代的市場競爭優(yōu)勢有著重要的意義。

2 電氣自動化系統(tǒng)

電氣自動化的發(fā)展起源于上世紀(jì)五十年代的電氣設(shè)備。上世紀(jì)七十年代，通訊技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電氣自動化設(shè)備的發(fā)展，同時也給電氣自動化集成技術(shù)信息共享奠定了基礎(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展，電氣自動化的接口連接方式更加多元化，電氣控制線路的集成化程度也越來越高。在電氣控制技術(shù)上，逐漸的引入了可編程控制器，使得自動化系統(tǒng)從控制一些簡單的操作箱分家復(fù)雜的系統(tǒng)處理過度。這個階段，電氣自動化系統(tǒng)中應(yīng)用了高度集成的微處理器作為系統(tǒng)的主控制器，形成了以軟件為主的控制系統(tǒng)，及PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等。此時，電氣自動化系統(tǒng)已經(jīng)形成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、生產(chǎn)管理智能化的完整體系[1]。

汽車電氣自動化顧名思義就是將電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)制造與生產(chǎn)管理中。通過線路集成設(shè)計(jì)強(qiáng)化汽車控制系統(tǒng)對子系統(tǒng)的智能化控制，在汽車制造生產(chǎn)的過程中，因?yàn)殡姎庾詣踊到y(tǒng)的應(yīng)用，使得零部件的生產(chǎn)的精準(zhǔn)性更高。同時，電氣自動化系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用，還提高了多元化零部件個性化生產(chǎn)的效率，可編程控制器對汽車設(shè)計(jì)與制造過程中元件及系統(tǒng)的優(yōu)化提供了良好的條件。通過總系統(tǒng)編程，就可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)模塊的調(diào)整，從而提高汽車設(shè)計(jì)的效率。

3 汽車領(lǐng)域中電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用情況

3.1 機(jī)器人視覺系統(tǒng)

機(jī)器人視覺系統(tǒng)就像是嚴(yán)謹(jǐn)，它能夠通過掃描物體獲得立體信息，再根據(jù)系統(tǒng)的算法對位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，從而監(jiān)控自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)。它在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。主要應(yīng)用包括以下幾方面：（1）汽車總裝及零部件質(zhì)量檢測。（2）安全帶滾輪檢測。（3）車鎖組裝檢測。（4）汽車控制版面檢測。（5）線束保險絲盒檢測。（6）汽車儀表盤檢測。（7）發(fā)動機(jī)檢測。機(jī)器人視覺系統(tǒng)雖然是獨(dú)立的系統(tǒng)，但在汽車制造生產(chǎn)的過程中，它需要與機(jī)器人系統(tǒng)連接，才能控制并監(jiān)督自動化機(jī)器人完成靈活的運(yùn)動操作。在汽車焊接中，機(jī)器人激光焊接技術(shù)在系統(tǒng)指示下完成各部件的連接與焊接，焊接過程中視覺系統(tǒng)會根據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)模相對照自動調(diào)整尺寸和位置，并在完成焊接后根據(jù)存儲在控制器中的數(shù)模照完成焊接質(zhì)量的檢測。當(dāng)前的機(jī)器人視覺系統(tǒng)不僅能夠完成對精度尺寸的測量，智能傳感器的增加使得機(jī)器人視覺系統(tǒng)具有了對環(huán)境的感知能力，能夠通過環(huán)境的變化向系統(tǒng)發(fā)出請求，從而調(diào)整光源及角度，來確保檢測結(jié)果的高度精準(zhǔn)性[2]。

3.2 集成系統(tǒng)

汽車控制系統(tǒng)是由眾多的子系統(tǒng)組成，子系統(tǒng)之間通過通信建立關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的綜合調(diào)控。這對汽車控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)提出了更高的要求。集成化系統(tǒng)在汽車設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用為各個子系統(tǒng)之間的整合提供了技術(shù)基礎(chǔ)。對汽車控制系統(tǒng)的線路采用集成設(shè)計(jì)，對自動化生產(chǎn)過程實(shí)施集成化管理，應(yīng)用集成系統(tǒng)對電氣產(chǎn)品自動化生產(chǎn)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改，從而實(shí)現(xiàn)對汽車電子產(chǎn)品統(tǒng)一的質(zhì)量優(yōu)化。這種生產(chǎn)方式能夠提高產(chǎn)品生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，改善汽車系統(tǒng)運(yùn)行中電氣產(chǎn)品的性能，確保汽車各個系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

汽車組裝及涂裝生產(chǎn)的過程中，對于生產(chǎn)流程和工序的要求極高。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)通過可編程設(shè)計(jì)將汽車組裝、涂裝的流程編入PLC系統(tǒng)和CPU模塊，總控制向自動化生產(chǎn)設(shè)備發(fā)布指令，設(shè)備系統(tǒng)接收到指令后執(zhí)行生產(chǎn)流程。管理員可在總控制室內(nèi)監(jiān)控汽車生產(chǎn)的過程，并在發(fā)現(xiàn)工藝處理偏差時及時通過中控系統(tǒng)參數(shù)[3]。

3.4 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)主要應(yīng)用與汽車的沖壓線、焊裝向、總裝線、涂裝線四個工序。PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分布式設(shè)計(jì)，在總系統(tǒng)之下設(shè)計(jì)若干個子系統(tǒng)，總系統(tǒng)負(fù)責(zé)對總工序進(jìn)行調(diào)控，子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對每個工序的工藝流程及參數(shù)生產(chǎn)加工的參數(shù)進(jìn)行調(diào)控和管理。除生產(chǎn)線外，汽車安全系統(tǒng)中開增加了PLC的設(shè)計(jì)，即安全PLC。安全PLC是一套安全軟件系統(tǒng)，它具控制系統(tǒng)安全的功能。軟件設(shè)計(jì)中，安全PLC設(shè)計(jì)有急停、安全門、安全光柵等功能，用戶可通過調(diào)用安全功能模塊實(shí)現(xiàn)對汽車駕駛過程中安全功能的控制。

3.5 車道偏移系統(tǒng)

車道便宜是汽車駕駛過程中常見的一種現(xiàn)場，這種現(xiàn)象是導(dǎo)致事故高發(fā)的原因之一。在雨雪天氣，汽車發(fā)生車道偏移往往很難控制。車道偏移系統(tǒng)具有預(yù)警功能，傳感器和攝像頭感應(yīng)到車兩發(fā)生偏離后自動向駕駛員發(fā)出報警。警告會在系統(tǒng)檢測到車道偏離后0.5秒內(nèi)發(fā)出，駕駛員完成車道變現(xiàn)，進(jìn)入正常行駛后系統(tǒng)報警自動解除。

3.6 自動泊車系統(tǒng)

自動泊車系統(tǒng)是指在不經(jīng)過認(rèn)為干預(yù)的情況下系統(tǒng)自動停車入位。汽車自動泊車的過程中需要通過距離探測設(shè)備采集準(zhǔn)確的車身位置及距離參數(shù)，并對環(huán)境做出識別，中央處理器對詳細(xì)參數(shù)分析后做出泊車策略，并發(fā)出泊車信號，泊車系統(tǒng)自動調(diào)整形式角度、方向及動力，完成泊車操作。該系統(tǒng)與環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、車輛策略控制系統(tǒng)、車載距離探測系統(tǒng)在互相配合情況下完成自動泊車的過程[4]。

3.7 自動巡航系統(tǒng)

自動巡航系統(tǒng)屬于智能化自動控制系統(tǒng)，它由車距傳感器、輪速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器以及ACC控制單元等構(gòu)成。傳感器將采集的道路信息、車速信息、車輛周圍信息傳輸給ACC控制單元元，控制單元在分析綜合信息后向發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)發(fā)送動作協(xié)調(diào)指令，使車輪做出適當(dāng)?shù)闹苿樱c前方車輛自動保持系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全距離。

3.8 人車溝通系統(tǒng)

人車溝通系統(tǒng)是一種基于電腦的智能系統(tǒng)，它能夠通過辨別人的語音來向系統(tǒng)發(fā)布控制指令，從而自動的調(diào)控汽車系統(tǒng)播放音樂、開關(guān)空調(diào)等。人車溝通系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)來源與交互式通信設(shè)計(jì)，通過在汽車控制系統(tǒng)中安裝交互是通信裝置，為人與汽車控制系統(tǒng)建立溝通渠道。該系統(tǒng)還提供了汽車無鑰匙駕駛功能。駕駛員可隨身攜帶屬于自己的汽車通信器，在人靠近汽車時，汽車通信器向控制系統(tǒng)發(fā)送開鎖指令，從而在駕駛員靠近汽車時自動開鎖，只需要啟動引擎鍵就可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的啟動。為了方便鎖車，在門把手上設(shè)計(jì)了鎖車鍵，駕駛員下車后，輕按鎖車鍵就可以完成自動鎖車。在忘記鎖車的情況下，汽車通信器就會自動發(fā)出鎖車語音提醒。在駕駛過程中，汽車安全系統(tǒng)檢測到駕駛員未佩戴安全帶，或存在其他不安全問題時，控制系統(tǒng)都會向汽車通信器發(fā)送指令，由汽車通信器向駕駛員發(fā)出語音提示。

4 電氣自動化系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域中的發(fā)展前景

現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)制造中，汽車系統(tǒng)的智能化管理已經(jīng)成為一種必然。目前，隨著電氣自動化技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用加深，汽車智能化超前配置中采用了開放化和全自動化的設(shè)計(jì)，通過在電氣設(shè)備上增加端口，就可以將電氣設(shè)備與汽車系統(tǒng)程序相連，構(gòu)建一個信息輸送的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過電氣設(shè)備來監(jiān)測和采集內(nèi)外部環(huán)境，從而使汽車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對信息的共享利用。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的提升，制造業(yè)的智能化水平不斷提高。在這種背景下，我國大力推廣“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟(jì)新形態(tài)，在各行各業(yè)推動“互聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人”，開啟了一個全新的智能化時代。進(jìn)入5G時代，更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通訊條件標(biāo)志著未來汽車領(lǐng)域?qū)⑷骈_啟智能化，而未來汽車設(shè)計(jì)中的電氣自動化系統(tǒng)則成為汽車控制系統(tǒng)連接智能交通管理的必然條件[5]。

5 結(jié)語

電氣自動化系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用，代表著我國汽車設(shè)計(jì)與制造技術(shù)自動化、智能化水平的提高。目前已經(jīng)應(yīng)用的機(jī)器人視覺系統(tǒng)、集成系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)、車道偏移系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)等，為汽車自動化制造和汽車駕駛性能的改善提供了技術(shù)支持。在汽車駕駛性能方面，電氣自動化設(shè)計(jì)為汽車系統(tǒng)創(chuàng)造了一個智能化的環(huán)境，增加了汽車駕駛的安全性和可靠信。因此，汽車制造企業(yè)必須加強(qiáng)電氣自動化系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的研究。

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