機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用研究

機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用研究,機(jī)電,電機(jī),一體化,技術(shù),汽車(chē),中的,應(yīng)用,利用,運(yùn)用,研究,鉆研 摘 要：從機(jī)電一體化的含義，結(jié)合機(jī)電一體化，其核心技術(shù)的發(fā)展，分析了機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，從激光雷達(dá)自動(dòng)防撞微機(jī)控制系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)，汽車(chē)，電子控制自動(dòng)變速器，在幾個(gè)方面的ABS系統(tǒng)，和機(jī)電一體化技術(shù)的前景發(fā)展。 關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù)；汽車(chē)應(yīng)用；技術(shù)分析；發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用研究 1.基本概論 1.1機(jī)電一體化概述 機(jī)電一體化是基于機(jī)械，在不同學(xué)科的相互滲透的過(guò)程中，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)新的交叉學(xué)科，逐步形成和發(fā)展相結(jié)合，技術(shù)生產(chǎn)的新一代產(chǎn)品，微電子和計(jì)算機(jī)。主要是指機(jī)械產(chǎn)品替代微電子技術(shù)的集成，提高機(jī)械產(chǎn)品的一部分，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)的自動(dòng)化機(jī)械產(chǎn)品，數(shù)字化和智能化，以提高產(chǎn)品的性能，產(chǎn)品的性能實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。 因此，包括主要功能，機(jī)械機(jī)電一體化產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)功能，信息處理和控制功能的電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備，電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟件。機(jī)電工程是一個(gè)綜合性的收集和各種不同的技術(shù)，它是機(jī)械技術(shù)，微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，電力電子技術(shù)，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)基于高新技術(shù)的基礎(chǔ)上。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的不斷擴(kuò)大和完善。目前，機(jī)電一體化的研究與開(kāi)發(fā)主要包括計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)器人，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)的功能和從機(jī)械和電氣系統(tǒng)的聯(lián)合行動(dòng)，所有的部分結(jié)果的系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，機(jī)電設(shè)備，傳統(tǒng)的獨(dú)立。 2 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) 2.1 精密機(jī)械技術(shù) 機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，因?yàn)槠渲饕δ芎蜋C(jī)電一體化產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)是由機(jī)械技術(shù)。在機(jī)械傳動(dòng)與控制技術(shù)、電子技術(shù)相結(jié)合的方法，提出了機(jī)械技術(shù)提出了更高的要求，如傳動(dòng)的精度和準(zhǔn)確度比傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)有了很大的提高。在機(jī)械系統(tǒng)中，新材料，新技術(shù)，新的原則，在不斷的發(fā)展和完善新的結(jié)構(gòu)，以滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品，以減少體積，重量，高剛度，改善工作性能要求。 2.2 信息處理技術(shù) 信息處理技術(shù)是指對(duì)機(jī)電產(chǎn)品和各種參數(shù)和狀態(tài)的整合過(guò)程，并在信息交流，訪問(wèn)，操作過(guò)程的自動(dòng)化控制或相關(guān)工作，判斷和機(jī)電一體化產(chǎn)品的決策分析，主要工具是計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括硬件和軟件技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，機(jī)電一體化產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)信息處理設(shè)備是產(chǎn)品的核心，其控制和操作命令的機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此，應(yīng)使用計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，它包含了廣泛的研究和應(yīng)用人工智能，專(zhuān)家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 2.3 檢測(cè)與傳感器技術(shù) 在機(jī)電一體化產(chǎn)品，各種參數(shù)，對(duì)工作過(guò)程和工作過(guò)程的狀態(tài)和相關(guān)信息的工作是由傳感器接收到的信號(hào)檢測(cè)裝置，通過(guò)測(cè)量，然后發(fā)送到信息處理裝置和信息反饋給控制裝置，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。機(jī)電一體化產(chǎn)品需要的傳感器可以快速、準(zhǔn)確地獲取信息并不是由外部條件和環(huán)境的影響，在能夠?qū)⑿畔⑿盘?hào)的放大和傳輸和轉(zhuǎn)換的同時(shí)不失真檢測(cè)裝置。 2.4 自動(dòng)控制技術(shù) 自動(dòng)控制技術(shù)，機(jī)電一體化產(chǎn)品，自動(dòng)控制功能包括高精度的位置控制，速度控制，自適應(yīng)控制，機(jī)電一體化產(chǎn)品的擴(kuò)展校準(zhǔn)和補(bǔ)償，使精度和產(chǎn)品快速提高效率。通過(guò)自動(dòng)控制，機(jī)電一體化產(chǎn)品可以找到故障的時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換過(guò)程，減少停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備的有效利用。由于計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制已成為機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是非常重要的。困難在于工程技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的實(shí)際應(yīng)用，確定邊界條件，過(guò)程控制，最優(yōu)控制模型和干擾等。 2.5 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指在機(jī)電傳動(dòng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品技術(shù)問(wèn)題的結(jié)合，它包括在設(shè)備技術(shù)的實(shí)施，處理對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有直接影響。的機(jī)電一體化產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)器，如電動(dòng)，氣動(dòng)，液壓，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置主要是各種電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路，當(dāng)前函數(shù)的電力電子器件和集成電路。一方面，執(zhí)行器，通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，接收控制指令，另一方面，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品的直接影響和操作的功能，對(duì)動(dòng)態(tài)性能，穩(wěn)定性能有決定性的影響，產(chǎn)品和質(zhì)量控制的精度等。 2.6 系統(tǒng)總體技術(shù) 從總體目標(biāo)的整體系統(tǒng)，運(yùn)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，機(jī)電一體化產(chǎn)品的一般功能劃分為若干功能單元，找出可能的技術(shù)方案可以完成的功能，并與技術(shù)上的解決方案的功能組進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)，綜合優(yōu)化函數(shù)的適當(dāng)?shù)募夹g(shù)解決方案。系統(tǒng)的總體技術(shù)中的每個(gè)組件的機(jī)電產(chǎn)品，組件集成技術(shù)成熟的主要目的，是良好的性能和可靠性的基礎(chǔ)上，通過(guò)與使用的技術(shù)組成部分之間的協(xié)調(diào)以確保產(chǎn)品達(dá)到經(jīng)濟(jì)，可靠，效率高的一致性，相互作用，易操作等。整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是最能體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，并確保實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)和性能的關(guān)鍵技術(shù)。 3 汽車(chē)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 社會(huì)的需求，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和法律、法規(guī)的規(guī)定，采用機(jī)電一體化技術(shù)和汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展。在法律法規(guī)方面，如最早的安全法律法規(guī)，以及噪聲和廢氣排放和燃油經(jīng)濟(jì)性和法律法規(guī)，如促進(jìn)電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)，使許多機(jī)械控制系統(tǒng)代替電子控制系統(tǒng)，并對(duì)汽車(chē)機(jī)電一體化發(fā)展的三階段的形成。 （1）第一階段：在1960年代中期到1970年代末。 從1960年代中期到1960年代末，電子設(shè)備的主要部分是提高應(yīng)用程序的性能，如電子控制燃油噴射和硅整流發(fā)電機(jī)。 （2）第二階段：在1970年代后期到1990年代中期。從1970年代末到1970年代中期，在汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造的思想和技術(shù)，機(jī)電一體化。廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路，機(jī)械零件無(wú)法解決復(fù)雜的自動(dòng)控制問(wèn)題，提高了可靠性。 （3）第三階段：1990年代中期的禮物。自1990年代中期以來(lái)，隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)，汽車(chē)機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)成熟，強(qiáng)調(diào)整體的協(xié)調(diào)配套的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用。 信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使汽車(chē)更自動(dòng)化和智能化。微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)，應(yīng)用機(jī)電一體化的汽車(chē)使汽車(chē)煥然一新。車(chē)輛控制一直延伸到整個(gè)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)，自動(dòng)變速器，換擋，防滑，防撞雷達(dá)，自動(dòng)調(diào)整汽車(chē)高，自動(dòng)空調(diào)，自動(dòng)診斷和自動(dòng)駕駛，提高汽車(chē)性能的微機(jī)總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)是集中在機(jī)電一體化的中心，提高汽車(chē)的功能，減少燃料消耗和降低汽車(chē)排氣污染，提高汽車(chē)的安全性，可靠性，操作方便和舒適。自動(dòng)控制點(diǎn)：1）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，燃油噴射，空燃比和廢氣再循環(huán)控制，燃燒充分，減少污染，節(jié)約能源；2）的自動(dòng)變速器，排氣控制，最佳的行駛狀態(tài)；3）汽車(chē)防滑剎車(chē)，碰撞，為了提高駕駛的安全性；4汽車(chē)空調(diào)），自動(dòng)調(diào)整高度的控制，提高了舒適度。 4 機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用 電子車(chē)輛從電力系統(tǒng)。原來(lái)的引擎是一個(gè)直流發(fā)電機(jī)，后來(lái)被聯(lián)合交流發(fā)電機(jī)和一個(gè)硅二極管取代，充電效率和可靠性大大提高。此后，通過(guò)調(diào)節(jié)固體電路電壓調(diào)整代替機(jī)械式電壓調(diào)節(jié)器，然后在分電器點(diǎn)火裝置由凸輪開(kāi)關(guān)原機(jī)械可變功率晶體管。 4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元是微處理器的核心或是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的大規(guī)模集成電路（LSI）。從每個(gè)傳感器的電壓信號(hào)，從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸ECU的脈沖信號(hào)輸入模擬。模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)（A - D：模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。信息的基礎(chǔ)上，在ECU的最佳空燃比，點(diǎn)火正時(shí)和廢氣再循環(huán)（EGR：廢氣再循環(huán)）計(jì)算，用于燃料噴射閥和點(diǎn)火裝置的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出計(jì)算結(jié)果，如空氣和燃料的質(zhì)量比（即質(zhì)量控制?？諝馊剂媳龋?。當(dāng)空氣燃料比的增加，薄膜的燃料，點(diǎn)火；反之，當(dāng)空氣燃料比降低，缺氧誘導(dǎo)的，沒(méi)有排烴氣體充分燃燒（HC）、一氧化碳（CO）含量增加。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工況空燃比控制，預(yù)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，加速和減速，制動(dòng)，閑置和各種正常的負(fù)載是非常重要的。 4.2 汽車(chē)激光雷達(dá)自動(dòng)防撞微機(jī)控制系統(tǒng) 激光-單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)組合，可在正常速度或慢倒車(chē)試驗(yàn)顯示，在一定范圍內(nèi)，障礙，必要時(shí)，報(bào)警，有效防止交通事故的發(fā)生。激光測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)控制的措施，之前和之后的中央處理單元（CPU）的車(chē)間環(huán)境，自動(dòng)監(jiān)視雷達(dá)和顯示，光，光接收部分，速度傳感器和速度控制器，控制系統(tǒng)，如圖2所示。安裝在汽車(chē)的前格柵中心激光測(cè)距雷達(dá)。遇到的障礙在激光光學(xué)天線發(fā)射前，后向散射信號(hào)，在相同的光學(xué)天線，調(diào)制的距離和方位信息。恒定的輸出距離和方位信息，由中央處理單元（CPU）的分析，可以確定在前面的物體的運(yùn)動(dòng)，并計(jì)算相對(duì)距離，速度和在當(dāng)?shù)厣痰辏⒋_定它是否是可能的局部接觸，和默認(rèn)的安全速度?？赡軙?huì)有危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警裝置，報(bào)警信號(hào)。 在梁前遇到的障礙，后向散射信號(hào)，也是光學(xué)天線，和方位信息調(diào)制。距離和方位信息連續(xù)輸出通過(guò)一個(gè)中央處理器的分析，可以判斷前方物體的運(yùn)動(dòng)或不，計(jì)算其相對(duì)車(chē)的速度和距離，并確定它是否是可能的與汽車(chē)接觸，以確定最安全的速度。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后，系統(tǒng)觸發(fā)報(bào)警裝置，報(bào)警信號(hào)。 4.3 電子控制的自動(dòng)變速器 自動(dòng)變速器是降低了發(fā)射功率損耗，提高電力傳輸系統(tǒng)，增加的速度適應(yīng)駕駛條件的最佳配比，可以自動(dòng)保存的目的，節(jié)能，安全，舒適性。圖3實(shí)現(xiàn)電子控制自動(dòng)變速器的控制原理圖轉(zhuǎn)化過(guò)程中的使用。檢測(cè)引擎通過(guò)各種傳感器的工作狀態(tài)，信息輸入到電子控制單元進(jìn)行處理，根據(jù)信息的變化，過(guò)程和腳油門(mén)開(kāi)關(guān)信息，達(dá)到最佳的駕駛環(huán)境信息的電子控制單元的選擇，與液壓變量控制的電子-液壓換檔控制機(jī)構(gòu)。電子控制裝置可以自動(dòng)改變品牌公司電路自檢和故障監(jiān)控系統(tǒng)，即前驅(qū)動(dòng)所有電路測(cè)試。如果啟動(dòng)車(chē)子，熄了燈，它的功能是正常的；另一方面，一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電子控制自動(dòng)變速器的程序的狀態(tài)，在這一點(diǎn)上，雖然優(yōu)化了電子控制功能，但傳輸仍然可以工作。 4.4 ABS系統(tǒng) 為了使汽車(chē)在行駛過(guò)程中以適當(dāng)?shù)臏p速度減速直線停車(chē)，以確保行車(chē)安全，汽車(chē)都配備了剎車(chē)。開(kāi)始只在后輪制動(dòng)器安裝，但隨著汽車(chē)的質(zhì)量和速度的提高，只有后剎車(chē)是不足以使足夠的制動(dòng)力，從而對(duì)前輪安裝制動(dòng)。通過(guò)對(duì)軸重動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移的理解的人體重增加，制動(dòng)輪和后輪的重量損失，與第一鎖定后更容易造成失控的車(chē)輛的方向，并開(kāi)始發(fā)展限制汽車(chē)后輪制動(dòng)裝置——汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，）。它的基本功能是可感知制動(dòng)輪的每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的大小相應(yīng)地調(diào)整制動(dòng)力矩，避免鎖定車(chē)輪。ABS系統(tǒng)是一個(gè)電子控制技術(shù)在汽車(chē)上最突出的應(yīng)用，使汽車(chē)保持方向穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離，制動(dòng)，有效地提高了行車(chē)的安全性。ABS控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。 5 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 5.1 光機(jī)電一體化方向 通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)一般的機(jī)電一體化系統(tǒng)，能源（電力）系統(tǒng)，信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，機(jī)械和其他部件。的光學(xué)技術(shù)，固有的優(yōu)勢(shì)，引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，可以有效地提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)，能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。 5.2 柔性化方向 今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強(qiáng)的“柔性”，以更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，被設(shè)計(jì)成“自分配系統(tǒng)”。在這個(gè)系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)子系統(tǒng)，而本身的“自律”，以應(yīng)對(duì)不同的環(huán)境條件。其特點(diǎn)是子系統(tǒng)給出了能夠產(chǎn)生的信息和其他信息，總比“行動(dòng)”，可以更改。這樣，不僅大大增加了系統(tǒng)的能力（柔性），而不是作為一個(gè)子系統(tǒng)的故障，影響整個(gè)系統(tǒng)。 5.3 智能化方向 機(jī)電產(chǎn)品的“全息”越來(lái)越明顯，未來(lái)的集成，智能化水平越來(lái)越高。這主要是由于模糊技術(shù)與信息技術(shù)（尤其是軟件和芯片技術(shù)）的發(fā)展。 5.4 仿生物系統(tǒng)化方向 在未來(lái)信息的依賴性很大的機(jī)電一體化設(shè)備，往往是“靜態(tài)”的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，但在動(dòng)態(tài)的（工作）是穩(wěn)定的。這是類(lèi)似于生物：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時(shí)，生物的“死亡”，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦），生物是非常精力充沛。在當(dāng)前形勢(shì)下，機(jī)電一體化產(chǎn)品盡管仿生系統(tǒng)方向發(fā)展的趨勢(shì)，但仍有很長(zhǎng)的路要走。 5.5 微型化方向 目前，刻蝕技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體器件制造工藝，在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的亞微米的機(jī)械部件。當(dāng)結(jié)果為實(shí)際的產(chǎn)品，沒(méi)有必要區(qū)分機(jī)械部分和控制部分。然后，機(jī)械和電子可以“融合”，體，結(jié)構(gòu)，傳感器，CPH可以集成在一起，體積很小，與自我調(diào)節(jié)元件的形成。微型化是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。 參考文獻(xiàn) [1]王靜.淺析機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).同煤科技，2011（4） [2]石美峰.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考.山西焦煤科技，2011（3） [3]李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).北京科學(xué)出版社，2012 [4]李運(yùn)華.機(jī)電控制.北京航空航天大學(xué)出版社，2011 [5]寇?chē)?guó)瑗.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系.汽車(chē)技術(shù)，2010（1） [6]吳基安，徐峰.ABS 及其在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀.世界汽車(chē)，2012（5） 12