浅析机电一体化技术在汽车中的应用

摘 要：机电一体化是一种集结了机械、电子技术与计算机科学等多门学科，通过相互作用，不断地渗透逐渐形成了一门新兴边缘技术学科。随着社会的迅猛发展，机电一体化在汽车行业也得到了广泛的应用，能够有效促进我国机电一体化技术与汽车企业的融合，文章主要以机电一体化的发展与核心技术为出发点，通过其在发动机微机控制系统、汽车激光雷达自动防撞微机控制系统、ABS系统等几个方面分析机电一体化技术在汽车中的应用，并对该技术的发展前景进行了展望。

关键词：机电一体化；汽车；应用

1 机电一体化的概述

机电一体化是以工程系统为出发点，并将机械、电子技术与计算机科学都融合渗透在一起，发展形成了一门新兴的边缘技术学科，其主要目的为充分实现最优系统或是产品实现技术综合化。机电一体化产品主要是对具有特殊功能的电子机械要素进行整合，形成一个有机体，从而更好的满足人们的使用要求。机电一体化产品就是利用机电一体化技术，并实现了机械系统与电子系统的有机结合及置换，这样产品能够拥有全新的性能，还会产生良好的人机合作关系。其设计理念主要是围绕设计系统原理及集成综合技术。机电一体化技术其领域也在不断的扩展，当前在开发研究中已经渗透入计算机数控系统、机器人、计算机辅助设计系统、集成制造系统与数控系统等。产品所具有的特点是由机构中所有的组成成分共同作用所形成的结果。

2 机电一体化技术的特点

2.1 机电一体化技术的高安全性能

机电一体化产品相比其他的技术产品，可以实现自动化监控，如果出现问题会进行警报，通过自动化的诊断来进一步实施自动化保护，这些性能节约了人力、物力资源，并在电力有过载、对流等一系列故障情况时，可以通过这种自动化保护方式，使得人员与机械设备故障得到有效的防范，从而全面提升使用设备的安全性能。

2.2 机电一体化技术的高生产性能

机电一体化在进行控制检测中展现出其灵敏性及精敏度，由于产品很多自身组成部分就具有对信息进行自动处理和控制功能，这就使得其应用范围有较大的提升空间。自动控制系统可以实现对机械机构的良好执行，根据设计所设定的具体要求来完成既定操作，从而使得整体的工作能够得到更优质质量的产品以及提高产品的合格率。此外，机电一体化的产品还以自动化控制为平台，生产能力得到极大的提升。

2.3 机电一体化推动使用性能的提升

通过控制程序的数字化可以大大降低操作手柄与按钮的数量。这就使得整个操作都极其便捷简单。机电一体化技术操作其程序根据提前所设定好的过程并利用电子操作系统来实现。机电一体化高级产品主要针对数学相关的模型根据外界不断变化的参数随机进行理想工作方式的获取，从而真正做到自动操作的最优化。

2.4 适用范围广泛

电子一体化产品其具备复合功能的技术，已经超过了相关产品的单项技术功能的控制，能够较大的推动产品自动化功能，使其提高一个水准，此外还可以进行自动补偿、自动监控、自动保护及智能化，这些针对不同的领域都有着极为广泛的应用，而且也十分符合当前客户的高标准和要求。

3 机电一体化技术在汽车中的应用

随着机电一体化技术的不断发展和完善，其较高的安全性和可靠性得到了人们的普遍认可，尤其是在客车这类对汽车安全性要求较高的领域，更是对机电一体化技术十分青睐。机电一体化技术在客车领域的应用大大提高了客车的安全性及可靠性，其具体应用主要体现在客车的以下几个方面。

3.1 发动机微机控制系统

发动机微机控制系统是对客车发动机进行实时控制的系统，其核心部分为通用的微处理器或专门设计的大规模集成电路，系统在工作过程中，通过发动机中各传感器所获取的模拟电压信号，以及发动机输出轴得到的脉冲信号，将其数字化后传输至ECU，ECU通过对客车发动机相关数据信息的处理分析，对最佳空气燃料比、排气再循环率及点火时间进行计算，并根据计算结果对空气质量与燃料质量之比进行调整控制。空气燃料比过高，则会导致点火困难等问题；空气燃料比过低，则会导致氧气不足，使得燃料无法充分燃烧，尾气中的一氧化碳、碳化氢等有毒气体含量增多。过高过低的空气燃料比都对客车发动机的正常运转不利，对发动机的寿命等因素都有着一定的影响，同时还会造成燃料的浪费，因此根据客车的运行状态，实时精确地控制空气燃料比，能够保证客车发动机在启动、预热、加减速、制动机空转等不同状态下都能始终运行在最佳状态下，从而大大延长发动机的寿命，对客车的安全性和稳定性也有积极的作用。发动机微机控制系统的原理图如下图所示。

图1 发动机微机控制系统的原理简图

3.2 汽车激光雷达自动防撞控制系统

由于客车的自身重量较大，转向控制的灵活性稍差，因此为了保证客车自身行驶的安全性，需要在正常的行驶时，或是在倒车时能够对前后方一定范围内的障碍物进行检测，当距离过近时发出报警提醒驾驶者注意，从而避免交通事故的发生，激光雷达自动防撞控制系统正是基于这一应用背景的机电一体化系统。激光雷达自动防撞控制系统主要由中央处理器、激光测距雷达、发光部、汽车环境状况监测雷达、显示器、车速传感器、受光部及速度控制器等组成，系统的组成示意图如图2所示。

图2 汽车激光雷达自动防撞控制系统示意图

系统在工作时，通过安装于客车前部激光测距雷达天线发出的光束向前方进行探测，当前方存在障碍物时，光信号会在障碍物上发生反射，重新被天线所接收，通过对接收信号和发射信号的分析处理即可获得前方障碍物的距离及方位信息。同时系统还对客车自身行驶速度进行实时监测，通过中央处理器的对前方障碍物信息和自身速度信息进行综合分析处理，当距离过近或自身速度过快，可能发生碰撞时，系统将发出警报，提醒驾驶者注意与前方障碍物间的距离，从而避免危险的发生。激光雷达自动防撞控制系统的应用在客车的行驶过程中形成了一个告警域，从而可以给客车的安全行驶速度提供了参考，大大提高了客车行驶的安全性。

3.3 自动变速器

变速器是汽车中改变齿轮传动比的机构，合适的传动比能够降低功率损耗，提高发动机输出功率的有效利用率，同时还能够实现汽车速度等平稳的过度，对汽车行驶的安全性和舒适性都有着积极的影响，尤其是在客车中，对变速器的调节要求更加及时平稳。

机电一体化技术的应用产生了自动变速器，其通过各种传感器对发动机的运行状态实时检测，同时根据客车的行驶状态，通过中央处理器的分析计算，得到最佳的换挡决策，换不换挡、换几档、什么时候换挡等问题都可以通过中央处理器输出的控制信息，直接对作用于电-液执行元件，进一步通过控制其液压变量实现换挡控制。为了保证自动变速器机电部分的安全性，在汽车行驶前系统将对整个控制系统电路进行全面检测，确保汽车启动后各项功能能够正常运行。

3.4 ABS系统

ABS系统即汽车制动防抱死系统，是机电一体化技术在汽车中应用的又一代表性体现，其主要是用于限制汽车后轮的制动。一般来说，汽车都装配有行车制动器，以实现车速更快的下降，提高车辆行驶的安全性，后来单纯的后轮制动已经不能满足对制动力的需求，因此前轮也开始配置了制动器装置，但随着相关研究的进行，发现后轮先抱死容易导致汽车的行驶方向失控，更容易在急刹车时发生危险，尤其是客车这类大型车辆，失控的可能性更大，因此借助机电一体化技术的ABS系统应运而生，大大提高了客车在急刹车时的可控性，降低了失控的危险性。在客车在正常行驶中发生急刹车时，ABS系统其在各制动轮的传感器对车辆瞬时的运动状态进行检测，根据检测的运动状态进行分析计算，得到各制动轮的最佳制动力矩，之后控制调节各制动器的制动力矩，从而避免轮上抱死现象的发生，增强了制动过程中客车的可控性和稳定性，减少了制动距离，大大提高了客车行驶的安全性，有效避免了失控现象的发生。ABS系统的控制图如图3所示。

图3 ABS系统控制示意图

4 结束语

机电一体化技术无疑是当代科学技术发展到一定水平的产物，而其以符合当前社会生产力的要求。加速技术融合，并推动各项技术的综合发展效果也越来越显著。在汽车制造设计中应用机电一体化技术能够有效提升汽车的各项性能，对汽车行业的发展具有重要意义，并产生了深远的影响。

参考文献

[1]王静.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].同煤科技，2012（4）.

[2]石美峰.机电一体化技术的发展与思考[J].山西焦煤科技，2011（3）.

[3]李建勇.机电一体化技术[M].北京科学出版社，2013.

[4]李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社，2013.

[5]寇国瑗.汽车发动机无分电器微机控制点火系[J].汽车技术，2013（1）.

[6]吴基安，徐峰.ABS及其在我国的发展现状[J].世界汽车，2014（5）.