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機電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用
機電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用【1】
摘 要：機電一體化是一種集結(jié)了機械、電子技術(shù)與計算機科學(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，能夠有效促進我國機電一體化技術(shù)與汽車企業(yè)的融合，文章主要以機電一體化的發(fā)展與核心技術(shù)為出發(fā)點，通過其在發(fā)動機微機控制系統(tǒng)、汽車激光雷達自動防撞微機控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等幾個方面分析機電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用，并對該技術(shù)的發(fā)展前景進行了展望。
關(guān)鍵詞：機電一體化;汽車;應(yīng)用
1 機電一體化的概述
機電一體化是以工程系統(tǒng)為出發(fā)點，并將機械、電子技術(shù)與計算機科學(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。
機電一體化產(chǎn)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(chǎn)品就是利用機電一體化技術(shù)，并實現(xiàn)了機械系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的有機結(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)。
機電一體化技術(shù)其領(lǐng)域也在不斷的擴展，當(dāng)前在開發(fā)研究中已經(jīng)滲透入計算機數(shù)控系統(tǒng)、機器人、計算機輔助設(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構(gòu)中所有的組成成分共同作用所形成的結(jié)果。
2 機電一體化技術(shù)的特點
2.1 機電一體化技術(shù)的高安全性能
機電一體化產(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(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方式，使得人員與機械設(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 機電一體化技術(shù)的高生產(chǎn)性能
機電一體化在進行控制檢測中展現(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)對機械機構(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)隨機進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，此外還可以進行自動補償、自動監(jiān)控、自動保護及智能化，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)前客戶的高標準和要求。
3 機電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用
隨著機電一體化技術(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，更是對機電一體化技術(shù)十分青睞。
機電一體化技術(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)動機微機控制系統(tǒng)
發(fā)動機微機控制系統(tǒng)是對客車發(fā)動機進行實時控制的系統(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)動機中各傳感器所獲取的模擬電壓信號，以及發(fā)動機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)量之比進行調(diào)整控制。
空氣燃料比過高，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)動機的正常運轉(zhuǎn)不利，對發(fā)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(jù)客車的運行狀態(tài)，實時精確地控制空氣燃料比，能夠保證客車發(fā)動機在啟動、預(yù)熱、加減速、制動機空轉(zhuǎn)等不同狀態(tài)下都能始終運行在最佳狀態(tài)下，從而大大延長發(fā)動機的壽命，對客車的安全性和穩(wěn)定性也有積極的作用。
發(fā)動機微機控制系統(tǒng)的原理圖如下圖所示。
圖1 發(fā)動機微機控制系統(tǒng)的原理簡圖
3.2 汽車激光雷達自動防撞控制系統(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，激光雷達自動防撞控制系統(tǒng)正是基于這一應(yīng)用背景的機電一體化系統(tǒng)。
激光雷達自動防撞控制系統(tǒng)主要由中央處理器、激光測距雷達、發(fā)光部、汽車環(huán)境狀況監(jiān)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(tǒng)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(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天線發(fā)出的光束向前方進行探測，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構(gòu)，合適的傳動比能夠降低功率損耗，提高發(fā)動機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)動機的運行狀態(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(tǒng)
ABS系統(tǒng)即汽車制動防抱死系統(tǒng)，是機電一體化技術(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，因此借助機電一體化技術(shù)的ABS系統(tǒng)應(yīng)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(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動狀態(tài)進行檢測，根據(jù)檢測的運動狀態(tài)進行分析計算，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)生了深遠的影響。
參考文獻
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機電液一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用【2】
摘要：本文以ABS防抱死制動系統(tǒng)為例，詳細介紹了ABS防抱死制動系統(tǒng)的功用、工作原理。
ABS是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制系統(tǒng)，可安裝在任何帶液壓制動的汽車上，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，ABS的使用將大大促進汽車的制動方向穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：汽車 機電液一體化技術(shù) 應(yīng)用 制動系統(tǒng)“科技是第一生產(chǎn)力”，進入21世紀，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展更是日新月異，對社會、經(jīng)濟和人類的發(fā)展所起的作用更是越來越明顯。
隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，汽車產(chǎn)量逐年增加，由于電子技術(shù)以及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展與應(yīng)用，機電液一體化技術(shù)在汽車上的應(yīng)用越來越普及，如自動變速器，ABS防抱死系統(tǒng)，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，使汽車的綜合性能大幅度提高。
隨著汽車行業(yè)新型款式動力車的發(fā)展，該技術(shù)的應(yīng)用將為我國汽車行業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益與社會效益。
本篇論文重點討論機電液一體化在汽車上的應(yīng)用之一—ABS防抱死制動系統(tǒng)。
1. ABS防抱死制動系統(tǒng)簡介
ABS防抱死制動系統(tǒng)的全稱是Anti-locked Braking System，即ABS，該系統(tǒng)能夠在汽車制動時自動調(diào)節(jié)車輪上的制動力，從而達到防止車輪抱死的最佳制動效果。
實踐證明，制動時車輪抱死將難以保證汽車的行車安全。
此外，制動時車輪抱死，由于車輪與地面之間是滑動摩擦，會導(dǎo)致輪胎的磨損加劇，大大降低輪胎的使用壽命。
而ABS 是通過調(diào)節(jié)作用于車輪制動分泵上的制動管路壓力，使汽車在緊急剎車時車輪不會完全抱死，這樣就使得汽車在緊急制動情況下仍能保持比較好的方向穩(wěn)定性。
2.ABS防抱死制動系統(tǒng)的作用
ABS 防抱死制動系統(tǒng)的功用就是在汽車的制動過程中，當(dāng)車輪滑移率超過穩(wěn)定界限時，ABS 將會自動減少制動壓力，以減小車輪制動器制動力，從而達到減小車輪滑移率的目的;而在車輪滑移率低于穩(wěn)定界限時，又自動增加制動壓力，以增大車輪制動器的制動力，從而達到增大車輪滑移率的目的。
ABS防抱死剎車系統(tǒng)與常規(guī)的液壓制動系統(tǒng)相比有兩個顯著的優(yōu)點：其一，車輛控制方面。
裝備有ABS的汽車駕駛員在緊急制動過程中，保持著很大程度的操縱控制。
在緊急制動過程中，用標淮的液壓制動器產(chǎn)生的打滑使駕駛員失去對車輛的控制。
ABS恢復(fù)穩(wěn)定性并使駕駛員恢復(fù)對車輛的控制。
其二，減少浮滑現(xiàn)象方面。
潮濕、光滑道路和抱死車輛縱使形成被稱為浮滑現(xiàn)象的狀態(tài)，當(dāng)車輛駕駛員行駛在具有一層水和油薄模的路面之上時，出現(xiàn)與浮滑相仿的現(xiàn)象。
由于ABS減少了車輪抱死的機會，因此，也減少了制動過程中出現(xiàn)浮滑現(xiàn)象的機會。
改善了輪胎的磨損——使用ABS防止車輪抱死，消除了在緊急制動過程中輪胎出現(xiàn)平斑的可能性。
總而言之，在汽車的制動過程中，ABS不斷的調(diào)整制動壓力，使車輪滑移率保持在20%左右，以便獲得最大縱向附著系數(shù)，提高汽車的制動效能。
同時，也可在制動中保持較大的側(cè)向附著系數(shù)，防止汽車側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力，提高汽車制動時的方向穩(wěn)定性。
3. ABS防抱死制動系統(tǒng)的工作原理
所謂的ABS是一種防滑和防抱死等許多汽車安全控制系統(tǒng)，可以安裝在任何帶液壓制動汽車頂部。
它是使用身體的橡膠氣球，踩了剎車，給剎車油壓力、喂養(yǎng)通過對ABS的身體，使用空氣在中間的空氣夾層將壓力的回報，使輪逃避鎖點。
當(dāng)輪子是到達一個死鎖點、剎車油壓力使氣球重復(fù)功能，所以在第二次但行動60 - 120倍，相當(dāng)于保持制動，放松，這是類似于機械”DianCha”。
因此，ABS防抱死系統(tǒng)，可以避免緊急制動方向當(dāng)失控，車輪側(cè)滑，使輪制動沒有被鎖定，不要讓輪胎在一個點上與地面摩擦，從而增加摩擦力，剎車效率達到90%，同時也可以減少制動能耗，延長制動輪鼓，閥瓣和輪胎使用壽命的兩倍。
配備了ABS的車輛在干燥的柏油路，雨，雪的路面防滑性能是80% ～ 90%、30% ～ 10%、15% ～ 20%。
ABS工作過程實際上是鎖——放松——鎖——放松周期工作過程，這樣車輛總是在關(guān)鍵鎖差距軋制狀態(tài)，有效地克服了緊急制動鎖，側(cè)滑，搖擺的尾巴，防止發(fā)生的情況，如身體失去控制。
具體工作流程如下：
制動過程，ABS電氣控制單元(ECU)不斷從車輪速度傳感器信號，并處理，分析是否有輪鎖定拖滑。
如果沒有輪將鎖拖滑，制動壓力控制裝置不參與工作，制動主缸和制動輪缸相通，制動輪缸的壓力不斷增加，這是ABS制動過程的充電狀態(tài)。
如果電氣控制單元判斷一個輪(假設(shè)對于左翼陣線)將鎖拖滑，它是剎車壓力控制裝置發(fā)出命令，關(guān)閉制動主缸和左前輪缸渠道，使左前輪氣缸壓力不再增加，這也就是ABS制動過程的壓力狀態(tài)。
如果電氣控制單元的審判左前仍然傾向于鎖拖滑動狀態(tài)，它是對制動壓力控制裝置發(fā)出命令，打開左前輪汽缸和液體儲存室或能源存儲通道，使左前輪汽缸里的壓力減小，這是石油ABS制動過程的減壓狀態(tài)。
ABS的工作過程實際上是抱死-松開——抱死-松開的循環(huán)工作過程，使車輛始終處于臨界抱死的間隙滾動狀態(tài)，有效地克服緊急制動時的跑偏、側(cè)滑，甩尾，防止車身失控等情況的發(fā)生。
具體工作過程如下：
制程中動過，ABS電控單元(ECU)不斷地從傳感器獲取車輪速度信號，并加以處理，分析是否有車輪即將抱死拖滑。
如果有輪車沒抱死即將拖滑，制動壓力調(diào)節(jié)裝置不參與工作，制動主缸和各制動輪缸相通，制動輪缸中的壓力繼續(xù)增大，此即ABS制動過程中的增壓狀態(tài)。
如果電控單元判斷出某個車輪(假設(shè)為左前輪)即將抱死拖滑，它即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關(guān)閉制動主缸與左前制動輪缸的通道，使左前制動輪缸的壓力不再增大，此即ABS制動過程中的保壓狀態(tài)。
若單控電元判斷出左趨前仍抱死于輪狀態(tài)拖滑，它即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，打開左前制動輪缸與儲液室或儲能器的通道，使左前制動輪缸中的油壓降低，此即ABS制動過程中的減壓狀態(tài)。
4、結(jié)束語
隨著汽車行業(yè)新型款式動力車的發(fā)展，要求新一代機電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，機電液一體化技術(shù)會得到更多的改善，在汽車中的應(yīng)用會更多，使汽車的各種性能得到完善，從而滿足人們的個性化要求，加上國內(nèi)外技術(shù)的交流合作愈來愈多，相信我國的汽車行業(yè)會有一個好的發(fā)展前景。
參考文獻
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