機電一體化技術在汽車中的應用及發展研究

湖北工業職業技術學院 王佺慶

湖北工業職業技術學院汽車工程系 秦挽星

機電一體化技術在汽車中的應用及發展研究

湖北工業職業技術學院 王佺慶

湖北工業職業技術學院汽車工程系 秦挽星

社會科學技術的飛速發展，給社會生活生產帶來了巨大的影響，機電一體化技術發展較快并且得到廣泛應用，不斷的促進社會的競價發展。本文主要是從分析機電一體化技術的基本內容和特點，探究了機電一體化技術在汽車行業的應用。

機電一體化；汽車行業；應用發展

隨著計算機網絡發展，機電一體化技術也已經成為一門具有單獨體系的新型科學，其發展要不斷更新。機電一體化技術的基本特征大多是相同的，機電一體化系統是其研究的最主要的一方面，由機械技術、自動控制技術、計算機技術、電力電子技術和微電子技術等組成，各技術融合實現一些特定的功能極大值。

1.機電一體化技術概述

機電一體化是指將技術相關原理在機電一體化系統中充分的應用與發展，在機械產品中的機構主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術和計算機技術，并將機損裝置和電子設備以及計算機軟件等有機結合起來構成的系統總成。高級機電一體化產品使機械產品實現自動化、數字化和智能化。計算機數控系統、計算機輔助設計、輔助制造系統、機器人、柔性制造系統、計算機集成制造系統等是目前機電一體化研究和開發主要方向，實現最優化的系統或者產品技術綜合。機電一體化的重要思想是設計系統原理與集成綜合技術。

機電一體化作為一門應用廣泛的技術，其具有多方面的特點：1）使用廣泛，機電一體化技術應用十分廣泛，遠遠超出了機械工程范疇，機電一體化產品能夠在不同的領域場合應用，符合客戶提出的更強的應變需求；2）具有較高的生產能力，大部分機電一體化產品具有自動信息處理與控制能力，可以利用自動控制系統按照設計的具體要求完成既定的操作，提升生產能力；3）具有極高的安全性，其包括警報、自動化監控、自動化診斷、自動化保護等性能，當出現故障時，能夠采用自動化保護方法，盡量減少人員與機械設備發生事故，提成設備的安全性能。未來控制智能化、精確化、零延遲化、結合計算機處理技術和信號傳輸技術，將成為機電一體化的發展趨勢，將新技術與機電一體化技術結合并運用到更多的領域。

2.汽車機電一體化技術的發展

機電一體化在汽車行業應用發展快速，許多的機械控制系統被電子控制系統代替，其發展主要有三個階段：第一階段是20世紀60年代到70年代，主要是應用電子裝置對部分汽車機械功能進行改善，比如電子控制燃油噴射；第二階段是80年代到90年代，主要是汽車制造設計上體現機電一體化技術，進行集成大規模電路應用，并解決了機械部件無法解決的復雜自動控制問題，對于提升汽車運行過程中的可靠功能發揮了關鍵作用；第三階段是90年代中期至今，機電一體化技術在汽車領域已經達到了成熟發展，重視整體上機電一體化技術的設計，廣泛應用計算機網絡技術和信息技術，使汽車更加自動化、智能化。

3.汽車中機電一體化技術應用

3.1微機控制發電機體系

發動機控制單元ECU的核心是通用微處理器或者是為汽車發動機專門設計的大規模集成電路（LSI），從各個傳感器得到的模擬電壓信號和從發動機輸出軸得到的脈沖信號都有輸入到發動機控制單元，再通過模擬數字轉換成數字信號。將這些數字信號作為基礎信息，對發動機控制單元內的最佳空氣燃料比、點火時間、排氣再循環等進行計算，再將這些計算結果作為驅動信號輸出，用以空氣與燃料質量比。當燃料空氣比例增加時， 燃料占比較少，不利于點火；相反，當燃料空氣比例減少時，氧氣稀薄，導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，才有助于發動機各項運動狀態維持在最佳狀態，保持正常的符合運動。

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，提高動力傳遞系統的有效功率，增加了變速裝置的檔數，使得汽車的行駛速度到達最佳比例，達到省力、省能、舒適安全的特點。各種傳感器監測的信息會通過發動機輸入到電子控制裝置，換擋信息、程序開關及自動跳合開關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，系統電子控制裝置是通過自動變起器的監測電路進行自檢及失效監測，即在行駛前對所有電路進行檢測。汽車啟動后，通過判斷報警燈的狀態來判斷其系統功能是否正常，若警燈處于熄滅狀態，說明其功能正常；若警燈處于開著狀態，則系統存在故障，自動變速器進入非電控程序狀態。

3.3汽車激光測距雷達系統

汽車激光測距雷達系統重點通過計算機對車間距離的處理器、雷達測距、前后汽車狀況等進行控制。激光單片機與汽車防按控制系統有效結合，針對倒車減速和正常行駛時檢測汽車前后方距離范圍內是否有障礙物體，并且在關鍵時間組織報警，進一步有效阻止發生的交通事故。測距激光雷達安裝在汽車各個方向，通過光學天線發射光速，如果遇到障礙物后出現了散射的后方信號，同時被光學天線進行了接收，適時調節出方位距離信息。利用中央處理設備分析持續輸出的方位距離信息，能夠準確判斷出物體是否在前面運動，計算出相應的汽車間距和速度，并且判斷它能否與本車進行必要的接觸，進一步決定汽車行駛的安全速度。當出現危險情況時，系統與警報裝置接觸，發送警報信號。

3.4汽車制動系統

汽車制動系統最主要的是BBW系統與ABS系統。

圖1　ABS 系統控制框圖

BBW系統傳遞的是電流，而不是液壓油與壓縮空氣，由電線傳遞能量，數據線傳遞信號，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鍵部件組成BBW系統。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，然后帶弄機械制動控制單元能啟動電機。皮帶和斜盤式齒輪機帶動電機驅動絲桿，絲桿旋轉運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系統基本功能是可感知制動輪每一瞬時的運動狀態，并根據其運動狀態相應地調節制動器動力矩的大小，避免出現輪上的抱死現象，有效提升汽車行駛的安全性。人們一般對制動發生時出現的前輪增重、后輪減重以及后輪抱死更加不利汽車方向控制的特點，研制出了一套能夠限制機動車四輪制動裝置即防抱死裝置ABS系統，同時也是電子控制技術在汽車領域做出的突出貢獻，可以使汽車很好地應對突發事件，ABS系統控制框圖如圖1所示。

4.結束語

機電一體化技術是制造業關鍵核心技術，發展社會生產力的要求，不只是在汽車行業取得如此大的成就，在其他的各行各業中都得到了更廣泛的應用，為國家帶來更大的經濟效益與社會效益。

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［3］白慧杰.機電一體化技術應用與機械工程領域的前景分析［J］.機械教育，2005（01）.

［4］王曉勇.解析機電一體化技術及其發展應用展望［J］.科技傳播，2013（06）.