汽車工業機電一體化研究

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汽車工業機電一體化研究:汽車工業機電一體化內涵特點研究

摘要：機電一體化有機地融合了現代計算機技術、機械工程技術、電力工程技術等相關技術和設施設備，對于現代工業生產管理控制的自動化起著非常重要的價值和作用。本文分析了機電一體化的內涵特點，并以汽車工業為例探討了汽車產品中機電一體化的解決方案。

關鍵詞：機電一體化；內涵；汽車工業；應用

一、機電一體化的內涵

機電一體化綜合集成了電子工程和機械工程技術，實現了面向任務的機電一體化功能，它可以有效地協助技術設計人員對某項生產管理項目進行特定的技術開發和設計。機電一體化的方法論包括信息控制理論和工程系統理論，而一體化是機電一體化的核心思想。

二、機電一體化的特點

1.安全性高

機電一體化系統可以提供包括警報、監控、診斷、保護在內的一體化自動服務，在工作過程中當發生相關故障時可以自動采取保護辦法，諸如當工作電壓過高或過低時，會自動停止工作或發出警報提醒操作人員采取措施，最大程度上保障相關設備和操作人員的安全，保障財產設備等不受損害。

2.生產能力強

機電一體化產品系統的信息處理與控制一般都是自動化的，具有較高靈敏的檢測控制能力，在計算機控制系統的作用下可以更為精確地確保機械設備裝置完成所設計的動作，從而更好地保證產品的質量。更為重要的是，機電一體化產品系統自動化的控制和操作，極大地提高了產品的生產效率，降低了單位產品的成本。

3.適用范圍廣

機電一體化產品系統強大的技術綜合能力使之已經超越了單一產品功能的范疇，再加上其自身較高的自動化水平，可以滿足客戶更為復雜的需求，提供個性化解決方案。機電一體化產品較高的智能化、自我保護性、自動監控性、可擴展性使之可以應用于不同的環境和場合。

三、汽車工業領域機電一體化的應用

1.自動變速器系統

汽車自動變速器的主要作用是降低汽車行駛過程中的功率損耗，提升汽車動力系統的有效功率，通過增加變速檔數實現汽車的舒適安全行駛。汽車行駛過程中，發動機的實時運行狀態需要借助傳感系統進行測量，測量的數據信息通過電子監控設備進行處理，并且具有換擋信息程序、開關程序以及開關關閉程序，根據汽車最優行駛的條件要求來選擇相應的電子監控裝置。如汽車發動機啟動后，相關的警示燈關閉，說明系統功能正常；如果警示燈未關閉，那么這時的自動變速器就處于非電控狀態，但其仍然可以正常工作，只是相關的優化性能不再生效。

2.制動系統

起初的汽車一般在后輪安裝制動設備，隨著汽車行駛速度的不斷提升，單純在后輪安裝制動設備已經無法有效提供充足的制動動力，促使了汽車前輪也需要安裝相應的制動設備。當汽車制動設備工作時，汽車的動態軸負荷就會轉移、前輪的載重量就會增加、后輪載重量降低，但后輪發生抱死時更容易使汽車失去方向控制能力，于是汽車防抱死制動設備就產生了。汽車防抱死制動設備的主要功能就是可以感知制動發生時每個車輪的瞬間運動方向，并且根據相關情況調節制動設備的動力鉅大小，防止抱死現象的發生。ABS防抱死系統就是比較著名的電子監控技術，提升了汽車行駛的安全性。

3.計算機控制發電機系統

計算機微處理器或者集成電路用以控制發電機單元，利用傳感器負責接收電壓信號，并獲得發動機的脈沖數據，傳送到發動機電控單元中。信號模擬器通過數字模型輸出數字信號，以這些信息為基礎發電機控制單元對點火時間、燃料空氣比例、循環排氣效率進行優化計算，并將計算結果作為控制點火設備和燃料閥開關大小的參數，從而控制燃料與空氣的適當比例。在燃料空氣比增加時，會使得點火困難；當燃料空氣比降低時由于氧氣缺乏，造成燃料燃燒不充分，排放的氣體中一氧化碳的含量會增加。

4.激光測距雷達系統

在汽車前面部位安裝測距激光雷達，當激光光束遇到障礙物后就會散射，當散射信號被捕捉到，測出車輛與障礙物之間的距離，使用計算機系統對障礙物方位信息進行持續的動態測量和跟蹤，就能夠準確判斷障礙物是否在運動，并計算出其運動速度和車間距離，根據運行軌跡判斷其是否能夠與車輛發生碰撞，從而提醒車輛駕駛員調整車輛運行速度、方向。當出現危險情況時，系統會發出警報信息。

四、總結

機電一體化融合了眾多技術、跨越了多個領域，它是一種集成產品，特別是現代計算機系統為機電一體化的實現帶來了真正的飛躍和突破，成為工業生成自動化控制中的一項重要技術。它有效地提升了汽車產品的質量和駕乘舒適度，隨著機電一體化解決方案智能化和汽車工業的發展，兩者的融合深度將會進一步增強。

作者：嚴俊杰 單位：鄂州職業大學機械工程學院

汽車工業機電一體化研究:機電一體化在汽車工業中的應用

摘 要：本文探討了機電一體化新技術、新產品在現代汽車和汽車制造廠中的應用，并特別介紹了傳感器及微特電機在現代汽車中的應用。

關鍵詞：機電一體化；汽車；電機；傳感器

1 機電一體化在現代汽車中的運用

由于大型汽車，先進豪華型的轎車均已開始裝備各類機電一體化產品，由于車載機電一體化裝備和電子控制裝置的增加，現代汽車在性能、安全、質量及豪華舒適等方面將日趨完善。

1.溫度監控

車身內冷熱水溫度自動空調，通風量自動控制，熱密封控制，發動機冷卻水，油量控制，傳動系統潤滑油溫度控制，結冰警告系統，進氣管預加熱，自動控制管。

2.汽車電動機及其控制

中央鎖上機構自動動作，風窗刮水器遇雨自動開啟，可伸縮的前照燈自動開啟與關閉，駕駛座椅用電動按鈕無級調整位置等。

3.加熱監控

汽車燃料自動加熱，控制開關并有液晶數字顯示。

4.液位檢測

車軸位、發動機油、制動液、燃料、水的液位數字自動顯示。

5.設備保護

與電源或信號線路相連的各種裝置的保護。

6.汽車點火裝置方面的應用

傳統的有觸點點火裝置在歐美、日本等發達國家早已淘汰。國外研制生產的機電一體化汽車無觸點火裝置現在已經普及，傳統的有觸點點火裝置在國內已經受到嚴重沖擊，現已基本淘汰。更高檔的轎車上還開始裝備有電子控制自動變速器，電子控制化油器，自動催化轉換器等機電一體化新產品。

2 C電一體化在汽車制造廠的應用新意義

當今汽車產品市場的激烈競爭，實質上就是汽車制造廠家自動化生產發展的直接動因，因此面向市場的生產自動化的目的，不僅僅在于節省大量的勞動力和改善人們的勞動條件，更主要的目的是在于提高汽車制造業的競爭能力，即提高對市場變化的響應速度，包括提高生產效率優化控制過程，提高產品質量和保持產品質量的一致性和降低產品的成本，縮短制造周期，加速產品的更新換供，從而使現代化的高質量、優性能、多品種、低成本的汽車源源不斷地生產出來，并牢牢地占領市場。

而機電一體化技術在現代汽車工業中對實現全自動化控制、大規模、高質量生產等方面均起著關鍵的作用，隨著機電一體化技術的發展和應用現代汽車制造技術水平必將發展到一個新的階段。

長期以來，汽車生產基本上停留在靠通風機床和工人技術的工藝水平上，其結果是生產周期長成本高，質量不易穩定，而到八十年代中期充分運用機電一體化技術制造的各類數控機床得到了迅猛發展，數控機床的出現圓滿地解決了高生產效率和高度靈活性的矛盾，所以它迅速成了工廠生產自動化的熱點，數控機床比普通機床有著不可比擬的優點。用數控機床TNT，可以獲得更高的精度和穩定的質量，因為它是根據規定程序自動加工的，沒有人為的干擾因素，而可以利用軟件進行精度校正，所以可以獲得比機床精度更高的加工精度和重復精度；數控機床具有高生產率與普通機床相比，可以提高2～3倍，某種條件下甚至可以提高十幾至幾十倍；數控機床可以適用不同品種及尺寸規格零件的自動加工，一般借助普通夾具，只要更換一條程序紙帶即可改變工件的品種，因此，可以大大縮短生產周期，幾乎不需要專用工裝；一機多用，數控機床，特別是可自動換刀的數控機床，在一次裝卡條件下，幾乎可完成工件全部需要加工部件的，因此一臺這樣的數控機床可替代5～7臺普通機床；數控機床可實現普通機床難以實現的復雜形面加工優勢。因此，目前世界上各工業發達國家均把發展數控機床作為實現機械工業技術革新的戰略重點。

3 傳感器在汽車中的應用

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。在機電一體化系統中，傳感器處系統之首，其作用相當于系統感受器官，能快速、精確地獲取信息，并能經受嚴酷環境考驗，是機電一體化系統達到高水平的保證，如缺少這些傳感器對系統狀態和對信息精確而可靠的自動檢測，系統的信息處理，控制決策功能就無法談及和實現?，F代汽車技術發展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。根據傳感器的作用，可以分類為測量溫度、壓力、流量、位置，氣體濃度、速度、光亮度、干溫度、距離等功能的傳感器，它們各司其職，一旦某個傳感器失靈，對應的裝置工作就會不正常，甚至不工作，因此，傳感器在汽車上的作用是很重要的。

4 微特電機在汽車中的應用

除了汽車發電機、起動機外，隨著汽車向著舒適化、人性化的要求發展，應用了大量不同規格的永磁直流電動機。如散熱風扇、洗滌器、雨刮器、玻璃升降器、汽車空調器、燃油泵、后視鏡、電動天窗、電動座椅、門窗、音響產品等配套產品，在發動機底盤的閥門，節氣門和速度表中也應用了永磁步進電機，在電動助力轉向系統（EPS）中還應用了旋轉變壓器和無刷力矩電動機，隨著汽車部件的電動化，自動化程度不斷提高和對汽車微特電機的噪音、電磁兼容、效率的高要求，將采用永磁無刷直流電動機替代有刷的永磁直流電動機。

隨著汽車技術的不斷發展，特別是汽車電子系統的廣泛應用，電動化驅動系統逐步替代傳統的機械系統，在各種檔次的汽車中大量采用各種不同類型和規格的微特電機。微特電機全稱微型特種電機，簡稱微電機，是指直徑小于160mm或額定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的電機。微特電機常用于控制系統中，實現機電信號或能量的檢測、解算、放大、執行或轉換等功能，或用于傳動機械負載，也可作為設備的交、直流電源。汽車微特電機以年遞增高10%的需求量增長，高級型轎車需40～50臺，豪華轎車多達70～80臺，汽車尤其是轎車已成為微特電機的一大應用領域。

為了適用汽車有限的空間和移動的環境，要求汽車用微特電機具有一系列的特點：1.低電壓大電流

汽車上的電源由發動機驅動交流發電機后向蓄電池充電獲得，電壓一般為直流14V，所以汽車微特電機大部分是低電壓的直流電動機，其工作電流都較大。

2.工作電壓波動大

汽車上使用了種類繁多的電器和電子系統，都由蓄電池供電，而在不同時間內蓄電池供電的電壓變化范圍大，所以要求電機在電源電壓8～16V范圍內也能正常地工作。

3.環境條件苛刻

汽車微特電機與工業用，家用電器用和微特電機相比較，環境條件更為苛刻，應滿足耐、耐沖擊振動、防水、防腐蝕等要求，能在環境-40℃～+80℃下正常工作，例如在四輪操縱系統中使用的混合式步進電動機，由于安裝在汽車底盤上，所以要求耐振動6g，耐沖擊150g，并在結構上采取防水和通風的措施。

4.“三防”及防塵性能好

汽車作為一種交通工具，要求電機具有良好的防潮，防霜，防鹽霧及防塵的性能，有消除無線電干擾的措施。直流電動機因換向器和電刷摩擦產生的火花會造成元線電干擾，所以采取消除干擾的措施，如接入濾波電容器。

5.效率高、功率重量比大

隨著耗電量的增加，發動機的負載也增加了，從而使耗電量上升，當耗電量增加10W時，汽車的耗油成本增加0.3%～0.6%，為了節約耗油量，就要求汽車微特電機效率高，功率重量比大。

汽車微特電機的這些應用特點，要求在設計、工藝、材料、生產技術和裝備等方面更為先進。

綜上所述，機電一體化新技術、新產品在現代汽車和汽車制造廠中得到了廣泛應用，對汽車工業的發展十分重要。

汽車工業機電一體化研究:汽車工業領域機電一體化的應用

一、汽車工業領域機電一體化的應用

1.自動變速器系統

汽車自動變速器的主要作用是降低汽車行駛過程中的功率損耗，提升汽車動力系統的有效功率，通過增加變速檔數實現汽車的舒適安全行駛。汽車行駛過程中，發動機的實時運行狀態需要借助傳感系統進行測量，測量的數據信息通過電子監控設備進行處理，并且具有換擋信息程序、開關程序以及開關關閉程序，根據汽車最優行駛的條件要求來選擇相應的電子監控裝置。如汽車發動機啟動后，相關的警示燈關閉，說明系統功能正常；如果警示燈未關閉，那么這時的自動變速器就處于非電控狀態，但其仍然可以正常工作，只是相關的優化性能不再生效。

2.制動系統

起初的汽車一般在后輪安裝制動設備，隨著汽車行駛速度的不斷提升，單純在后輪安裝制動設備已經無法有效提供充足的制動動力，促使了汽車前輪也需要安裝相應的制動設備。當汽車制動設備工作時，汽車的動態軸負荷就會轉移、前輪的載重量就會增加、后輪載重量降低，但后輪發生抱死時更容易使汽車失去方向控制能力，于是汽車防抱死制動設備就產生了。汽車防抱死制動設備的主要功能就是可以感知制動發生時每個車輪的瞬間運動方向，并且根據相關情況調節制動設備的動力鉅大小，防止抱死現象的發生。ABS防抱死系統就是比較著名的電子監控技術，提升了汽車行駛的安全性。

3.計算機控制發電機系統

計算機微處理器或者集成電路用以控制發電機單元，利用傳感器負責接收電壓信號，并獲得發動機的脈沖數據，傳送到發動機電控單元中。信號模擬器通過數字模型輸出數字信號，以這些信息為基礎發電機控制單元對點火時間、燃料空氣比例、循環排氣效率進行優化計算，并將計算結果作為控制點火設備和燃料閥開關大小的參數，從而控制燃料與空氣的適當比例。在燃料空氣比增加時，會使得點火困難；當燃料空氣比降低時由于氧氣缺乏，造成燃料燃燒不充分，排放的氣體中一氧化碳的含量會增加。

4.激光測距雷達系統

在汽車前面部位安裝測距激光雷達，當激光光束遇到障礙物后就會散射，當散射信號被捕捉到，測出車輛與障礙物之間的距離，使用計算機系統對障礙物方位信息進行持續的動態測量和跟蹤，就能夠準確判斷障礙物是否在運動，并計算出其運動速度和車間距離，根據運行軌跡判斷其是否能夠與車輛發生碰撞，從而提醒車輛駕駛員調整車輛運行速度、方向。當出現危險情況時，系統會發出警報信息。

二、總結

機電一體化融合了眾多技術、跨越了多個領域，它是一種集成產品，特別是現代計算機系統為機電一體化的實現帶來了真正的飛躍和突破，成為工業生成自動化控制中的一項重要技術。它有效地提升了汽車產品的質量和駕乘舒適度，隨著機電一體化解決方案智能化和汽車工業的發展，兩者的融合深度將會進一步增強。

作者：嚴俊杰 單位：鄂州職業大學機械工程學院