摘 要：機(jī)電一體化是一種集結(jié)了機(jī)械、電子技術(shù)與計算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)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(shù)學(xué)科。隨著社會的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用，能夠有效促進(jìn)我國機(jī)電一體化技術(shù)與汽車企業(yè)的融合，文章主要以機(jī)電一體化的發(fā)展與核心技術(shù)為出發(fā)點，通過其在發(fā)動機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)、汽車激光雷達(dá)自動防撞微機(jī)控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等幾個方面分析機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用，并對該技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；汽車；應(yīng)用

1 機(jī)電一體化的概述

機(jī)電一體化是以工程系統(tǒng)為出發(fā)點，并將機(jī)械、電子技術(shù)與計算機(jī)科學(xué)都融合滲透在一起，發(fā)展形成了一門新興的邊緣技術(shù)學(xué)科，其主要目的為充分實現(xiàn)最優(yōu)系統(tǒng)或是產(chǎn)品實現(xiàn)技術(shù)綜合化。機(jī)電一體化產(chǎn)品主要是對具有特殊功能的電子機(jī)械要素進(jìn)行整合，形成一個有機(jī)體，從而更好的滿足人們的使用要求。機(jī)電一體化產(chǎn)品就是利用機(jī)電一體化技術(shù)，并實現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合及置換，這樣產(chǎn)品能夠擁有全新的性能，還會產(chǎn)生良好的人機(jī)合作關(guān)系。其設(shè)計理念主要是圍繞設(shè)計系統(tǒng)原理及集成綜合技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)其領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)展，當(dāng)前在開發(fā)研究中已經(jīng)滲透入計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人、計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)、集成制造系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)等。產(chǎn)品所具有的特點是由機(jī)構(gòu)中所有的組成成分共同作用所形成的結(jié)果。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的特點

2.1 機(jī)電一體化技術(shù)的高安全性能

機(jī)電一體化產(chǎn)品相比其他的技術(shù)產(chǎn)品，可以實現(xiàn)自動化監(jiān)控，如果出現(xiàn)問題會進(jìn)行警報，通過自動化的診斷來進(jìn)一步實施自動化保護(hù)，這些性能節(jié)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(hù)方式，使得人員與機(jī)械設(shè)備故障得到有效的防范，從而全面提升使用設(shè)備的安全性能。

2.2 機(jī)電一體化技術(shù)的高生產(chǎn)性能

機(jī)電一體化在進(jìn)行控制檢測中展現(xiàn)出其靈敏性及精敏度，由于產(chǎn)品很多自身組成部分就具有對信息進(jìn)行自動處理和控制功能，這就使得其應(yīng)用范圍有較大的提升空間。自動控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對機(jī)械機(jī)構(gòu)的良好執(zhí)行，根據(jù)設(shè)計所設(shè)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(yōu)質(zhì)質(zhì)量的產(chǎn)品以及提高產(chǎn)品的合格率。此外，機(jī)電一體化的產(chǎn)品還以自動化控制為平臺，生產(chǎn)能力得到極大的提升。

2.3 機(jī)電一體化推動使用性能的提升

通過控制程序的數(shù)字化可以大大降低操作手柄與按鈕的數(shù)量。這就使得整個操作都極其便捷簡單。機(jī)電一體化技術(shù)操作其程序根據(jù)提前所設(shè)定好的過程并利用電子操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。機(jī)電一體化高級產(chǎn)品主要針對數(shù)學(xué)相關(guān)的模型根據(jù)外界不斷變化的參數(shù)隨機(jī)進(jìn)行理想工作方式的獲取，從而真正做到自動操作的最優(yōu)化。

2.4 適用范圍廣泛

電子一體化產(chǎn)品其具備復(fù)合功能的技術(shù)，已經(jīng)超過了相關(guān)產(chǎn)品的單項技術(shù)功能的控制，能夠較大的推動產(chǎn)品自動化功能，使其提高一個水準(zhǔn)，此外還可以進(jìn)行自動補(bǔ)償、自動監(jiān)控、自動保護(hù)及智能化，這些針對不同的領(lǐng)域都有著極為廣泛的應(yīng)用，而且也十分符合當(dāng)前客戶的高標(biāo)準(zhǔn)和要求。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其較高的安全性和可靠性得到了人們的普遍認(rèn)可，尤其是在客車這類對汽車安全性要求較高的領(lǐng)域，更是對機(jī)電一體化技術(shù)十分青睞。機(jī)電一體化技術(shù)在客車領(lǐng)域的應(yīng)用大大提高了客車的安全性及可靠性，其具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在客車的以下幾個方面。

3.1 發(fā)動機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)

發(fā)動機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)是對客車發(fā)動機(jī)進(jìn)行實時控制的系統(tǒng)，其核心部分為通用的微處理器或?qū)ｉT設(shè)計的大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)在工作過程中，通過發(fā)動機(jī)中各傳感器所獲取的模擬電壓信號，以及發(fā)動機(jī)輸出軸得到的脈沖信號，將其數(shù)字化后傳輸至ECU，ECU通過對客車發(fā)動機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的處理分析，對最佳空氣燃料比、排氣再循環(huán)率及點火時間進(jìn)行計算，并根據(jù)計算結(jié)果對空氣質(zhì)量與燃料質(zhì)量之比進(jìn)行調(diào)整控制?？諝馊剂媳冗^高，則會導(dǎo)致點火困難等問題；空氣燃料比過低，則會導(dǎo)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(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不利，對發(fā)動機(jī)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(jù)客車的運(yùn)行狀態(tài)，實時精確地控制空氣燃料比，能夠保證客車發(fā)動機(jī)在啟動、預(yù)熱、加減速、制動機(jī)空轉(zhuǎn)等不同狀態(tài)下都能始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，從而大大延長發(fā)動機(jī)的壽命，對客車的安全性和穩(wěn)定性也有積極的作用。發(fā)動機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖如下圖所示。

圖1 發(fā)動機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的原理簡圖

3.2 汽車激光雷達(dá)自動防撞控制系統(tǒng)

由于客車的自身重量較大，轉(zhuǎn)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?qū)η昂蠓揭欢ǚ秶鷥?nèi)的障礙物進(jìn)行檢測，當(dāng)距離過近時發(fā)出報警提醒駕駛者注意，從而避免交通事故的發(fā)生，激光雷達(dá)自動防撞控制系統(tǒng)正是基于這一應(yīng)用背景的機(jī)電一體化系統(tǒng)。激光雷達(dá)自動防撞控制系統(tǒng)主要由中央處理器、激光測距雷達(dá)、發(fā)光部、汽車環(huán)境狀況監(jiān)測雷達(dá)、顯示器、車速傳感器、受光部及速度控制器等組成，系統(tǒng)的組成示意圖如圖2所示。

圖2 汽車激光雷達(dá)自動防撞控制系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)在工作時，通過安裝于客車前部激光測距雷達(dá)天線發(fā)出的光束向前方進(jìn)行探測，當(dāng)前方存在障礙物時，光信號會在障礙物上發(fā)生反射，重新被天線所接收，通過對接收信號和發(fā)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(tǒng)還對客車自身行駛速度進(jìn)行實時監(jiān)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(jìn)行綜合分析處理，當(dāng)距離過近或自身速度過快，可能發(fā)生碰撞時，系統(tǒng)將發(fā)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(fā)生。激光雷達(dá)自動防撞控制系統(tǒng)的應(yīng)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(jī)構(gòu)，合適的傳動比能夠降低功率損耗，提高發(fā)動機(jī)輸出功率的有效利用率，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)汽車速度等平穩(wěn)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(diào)節(jié)要求更加及時平穩(wěn)。

機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了自動變速器，其通過各種傳感器對發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實時檢測，同時根據(jù)客車的行駛狀態(tài)，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(zhí)行元件，進(jìn)一步通過控制其液壓變量實現(xiàn)換擋控制。為了保證自動變速器機(jī)電部分的安全性，在汽車行駛前系統(tǒng)將對整個控制系統(tǒng)電路進(jìn)行全面檢測，確保汽車啟動后各項功能能夠正常運(yùn)行。

3.4 ABS系統(tǒng)

ABS系統(tǒng)即汽車制動防抱死系統(tǒng)，是機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中應(yīng)用的又一代表性體現(xiàn)，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(xiàn)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(jīng)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(guān)研究的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)后輪先抱死容易導(dǎo)致汽車的行駛方向失控，更容易在急剎車時發(fā)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(jī)電一體化技術(shù)的ABS系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)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(fā)生急剎車時，ABS系統(tǒng)其在各制動輪的傳感器對車輛瞬時的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行分析計算，得到各制動輪的最佳制動力矩，之后控制調(diào)節(jié)各制動器的制動力矩，從而避免輪上抱死現(xiàn)象的發(fā)生，增強(qiáng)了制動過程中客車的可控性和穩(wěn)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(xiàn)象的發(fā)生。ABS系統(tǒng)的控制圖如圖3所示。

圖3 ABS系統(tǒng)控制示意圖

4 結(jié)束語

機(jī)電一體化技術(shù)無疑是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定水平的產(chǎn)物，而其以符合當(dāng)前社會生產(chǎn)力的要求。加速技術(shù)融合，并推動各項技術(shù)的綜合發(fā)展效果也越來越顯著。在汽車制造設(shè)計中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠有效提升汽車的各項性能，對汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，并產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

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