淺析機電一體化技術在汽車中的應用

摘 要：機電一體化是一種集結了機械、電子技術與計算機科學等多門學科，通過相互作用，不斷地滲透逐漸形成了一門新興邊緣技術學科。隨著社會的迅猛發展，機電一體化在汽車行業也得到了廣泛的應用，能夠有效促進我國機電一體化技術與汽車企業的融合，文章主要以機電一體化的發展與核心技術為出發點，通過其在發動機微機控制系統、汽車激光雷達自動防撞微機控制系統、ABS系統等幾個方面分析機電一體化技術在汽車中的應用，并對該技術的發展前景進行了展望。

關鍵詞：機電一體化；汽車；應用

1 機電一體化的概述

機電一體化是以工程系統為出發點，并將機械、電子技術與計算機科學都融合滲透在一起，發展形成了一門新興的邊緣技術學科，其主要目的為充分實現最優系統或是產品實現技術綜合化。機電一體化產品主要是對具有特殊功能的電子機械要素進行整合，形成一個有機體，從而更好的滿足人們的使用要求。機電一體化產品就是利用機電一體化技術，并實現了機械系統與電子系統的有機結合及置換，這樣產品能夠擁有全新的性能，還會產生良好的人機合作關系。其設計理念主要是圍繞設計系統原理及集成綜合技術。機電一體化技術其領域也在不斷的擴展，當前在開發研究中已經滲透入計算機數控系統、機器人、計算機輔助設計系統、集成制造系統與數控系統等。產品所具有的特點是由機構中所有的組成成分共同作用所形成的結果。

2 機電一體化技術的特點

2.1 機電一體化技術的高安全性能

機電一體化產品相比其他的技術產品，可以實現自動化監控，如果出現問題會進行警報，通過自動化的診斷來進一步實施自動化保護，這些性能節約了人力、物力資源，并在電力有過載、對流等一系列故障情況時，可以通過這種自動化保護方式，使得人員與機械設備故障得到有效的防范，從而全面提升使用設備的安全性能。

2.2 機電一體化技術的高生產性能

機電一體化在進行控制檢測中展現出其靈敏性及精敏度，由于產品很多自身組成部分就具有對信息進行自動處理和控制功能，這就使得其應用范圍有較大的提升空間。自動控制系統可以實現對機械機構的良好執行，根據設計所設定的具體要求來完成既定操作，從而使得整體的工作能夠得到更優質質量的產品以及提高產品的合格率。此外，機電一體化的產品還以自動化控制為平臺，生產能力得到極大的提升。

2.3 機電一體化推動使用性能的提升

通過控制程序的數字化可以大大降低操作手柄與按鈕的數量。這就使得整個操作都極其便捷簡單。機電一體化技術操作其程序根據提前所設定好的過程并利用電子操作系統來實現。機電一體化高級產品主要針對數學相關的模型根據外界不斷變化的參數隨機進行理想工作方式的獲取，從而真正做到自動操作的最優化。

2.4 適用范圍廣泛

電子一體化產品其具備復合功能的技術，已經超過了相關產品的單項技術功能的控制，能夠較大的推動產品自動化功能，使其提高一個水準，此外還可以進行自動補償、自動監控、自動保護及智能化，這些針對不同的領域都有著極為廣泛的應用，而且也十分符合當前客戶的高標準和要求。

3 機電一體化技術在汽車中的應用

隨著機電一體化技術的不斷發展和完善，其較高的安全性和可靠性得到了人們的普遍認可，尤其是在客車這類對汽車安全性要求較高的領域，更是對機電一體化技術十分青睞。機電一體化技術在客車領域的應用大大提高了客車的安全性及可靠性，其具體應用主要體現在客車的以下幾個方面。

3.1 發動機微機控制系統

發動機微機控制系統是對客車發動機進行實時控制的系統，其核心部分為通用的微處理器或專門設計的大規模集成電路，系統在工作過程中，通過發動機中各傳感器所獲取的模擬電壓信號，以及發動機輸出軸得到的脈沖信號，將其數字化后傳輸至ECU，ECU通過對客車發動機相關數據信息的處理分析，對最佳空氣燃料比、排氣再循環率及點火時間進行計算，并根據計算結果對空氣質量與燃料質量之比進行調整控制。空氣燃料比過高，則會導致點火困難等問題；空氣燃料比過低，則會導致氧氣不足，使得燃料無法充分燃燒，尾氣中的一氧化碳、碳化氫等有毒氣體含量增多。過高過低的空氣燃料比都對客車發動機的正常運轉不利，對發動機的壽命等因素都有著一定的影響，同時還會造成燃料的浪費，因此根據客車的運行狀態，實時精確地控制空氣燃料比，能夠保證客車發動機在啟動、預熱、加減速、制動機空轉等不同狀態下都能始終運行在最佳狀態下，從而大大延長發動機的壽命，對客車的安全性和穩定性也有積極的作用。發動機微機控制系統的原理圖如下圖所示。

圖1 發動機微機控制系統的原理簡圖

3.2 汽車激光雷達自動防撞控制系統

由于客車的自身重量較大，轉向控制的靈活性稍差，因此為了保證客車自身行駛的安全性，需要在正常的行駛時，或是在倒車時能夠對前后方一定范圍內的障礙物進行檢測，當距離過近時發出報警提醒駕駛者注意，從而避免交通事故的發生，激光雷達自動防撞控制系統正是基于這一應用背景的機電一體化系統。激光雷達自動防撞控制系統主要由中央處理器、激光測距雷達、發光部、汽車環境狀況監測雷達、顯示器、車速傳感器、受光部及速度控制器等組成，系統的組成示意圖如圖2所示。

圖2 汽車激光雷達自動防撞控制系統示意圖

系統在工作時，通過安裝于客車前部激光測距雷達天線發出的光束向前方進行探測，當前方存在障礙物時，光信號會在障礙物上發生反射，重新被天線所接收，通過對接收信號和發射信號的分析處理即可獲得前方障礙物的距離及方位信息。同時系統還對客車自身行駛速度進行實時監測，通過中央處理器的對前方障礙物信息和自身速度信息進行綜合分析處理，當距離過近或自身速度過快，可能發生碰撞時，系統將發出警報，提醒駕駛者注意與前方障礙物間的距離，從而避免危險的發生。激光雷達自動防撞控制系統的應用在客車的行駛過程中形成了一個告警域，從而可以給客車的安全行駛速度提供了參考，大大提高了客車行駛的安全性。

3.3 自動變速器

變速器是汽車中改變齒輪傳動比的機構，合適的傳動比能夠降低功率損耗，提高發動機輸出功率的有效利用率，同時還能夠實現汽車速度等平穩的過度，對汽車行駛的安全性和舒適性都有著積極的影響，尤其是在客車中，對變速器的調節要求更加及時平穩。

機電一體化技術的應用產生了自動變速器，其通過各種傳感器對發動機的運行狀態實時檢測，同時根據客車的行駛狀態，通過中央處理器的分析計算，得到最佳的換擋決策，換不換擋、換幾檔、什么時候換擋等問題都可以通過中央處理器輸出的控制信息，直接對作用于電-液執行元件，進一步通過控制其液壓變量實現換擋控制。為了保證自動變速器機電部分的安全性，在汽車行駛前系統將對整個控制系統電路進行全面檢測，確保汽車啟動后各項功能能夠正常運行。

3.4 ABS系統

ABS系統即汽車制動防抱死系統，是機電一體化技術在汽車中應用的又一代表性體現，其主要是用于限制汽車后輪的制動。一般來說，汽車都裝配有行車制動器，以實現車速更快的下降，提高車輛行駛的安全性，后來單純的后輪制動已經不能滿足對制動力的需求，因此前輪也開始配置了制動器裝置，但隨著相關研究的進行，發現后輪先抱死容易導致汽車的行駛方向失控，更容易在急剎車時發生危險，尤其是客車這類大型車輛，失控的可能性更大，因此借助機電一體化技術的ABS系統應運而生，大大提高了客車在急剎車時的可控性，降低了失控的危險性。在客車在正常行駛中發生急剎車時，ABS系統其在各制動輪的傳感器對車輛瞬時的運動狀態進行檢測，根據檢測的運動狀態進行分析計算，得到各制動輪的最佳制動力矩，之后控制調節各制動器的制動力矩，從而避免輪上抱死現象的發生，增強了制動過程中客車的可控性和穩定性，減少了制動距離，大大提高了客車行駛的安全性，有效避免了失控現象的發生。ABS系統的控制圖如圖3所示。

圖3 ABS系統控制示意圖

4 結束語

機電一體化技術無疑是當代科學技術發展到一定水平的產物，而其以符合當前社會生產力的要求。加速技術融合，并推動各項技術的綜合發展效果也越來越顯著。在汽車制造設計中應用機電一體化技術能夠有效提升汽車的各項性能，對汽車行業的發展具有重要意義，并產生了深遠的影響。

參考文獻

[1]王靜.淺析機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J].同煤科技，2012（4）.

[2]石美峰.機電一體化技術的發展與思考[J].山西焦煤科技，2011（3）.

[3]李建勇.機電一體化技術[M].北京科學出版社，2013.

[4]李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社，2013.

[5]寇國瑗.汽車發動機無分電器微機控制點火系[J].汽車技術，2013（1）.

[6]吳基安，徐峰.ABS及其在我國的發展現狀[J].世界汽車，2014（5）.