機電一體化技術在汽車中的應用

1、機電一體化技術在汽車中的應用 機電一體化技術的巔峰之作機器人。其典型產(chǎn)品還包括無人機、汽車、數(shù)控機床、航空航天、家電等。 現(xiàn)代和未來的汽車不僅要具備各項良好的運動和動力性能，更逐步向滿足人類需求的“舒適、安全、操縱簡便以及節(jié)油、綠色環(huán)?！钡确较虬l(fā)展。要滿足這些需求主要依賴于汽車機電一體化水平的提高。 機電一體化的核心技術：機械技術、傳感檢測技術、伺服驅(qū)動技術、計算機與信息處理技術、自動控制技術、系統(tǒng)總體技術。機械結構好似骨架，傳感檢測單元是眼睛、耳朵，伺服驅(qū)動單元是肌肉，信息處理單元是大腦，自動控制單元是神經(jīng)網(wǎng)絡，系統(tǒng)總體則起協(xié)調(diào)者的作用。汽車機電一體化水平的提高，最重要的依賴于傳感檢測技術和

2、信息處理技術的提高。引言 社會的需求、技術的進步以及法規(guī)的推動，使汽車采用了機電一體化技術，并快速發(fā)展。在法規(guī)方面，如最早的安全法規(guī)，以及隨后的噪聲、尾氣排放和燃油的經(jīng)濟性等法規(guī)的推出，強制地推動了電子技術在汽車上的廣泛應用，使許多機械控制系統(tǒng)被電子控制系統(tǒng)所代替，并形成了汽車機電一體化發(fā)展的3 個階段。 第1 階段：20 世紀60 年代中期到20 世紀70 年代末期。 從20 世紀60 年代中期到20 世紀70 年代末期，主要是應用電子裝置改善部分機械性能，如電子控制燃油噴射和硅整流發(fā)電機等。 第2 階段：20 世紀70 年代末期到20 世紀90 年代中期。 從20 世紀70 年代末期到20

3、 世紀90 年代中期，在汽車的設計制造中，體現(xiàn)出機電一體化的思想和技術。大規(guī)模集成電路得到廣泛應用，并解決了機械部件無法解決的復雜自動控制問題，增加了可靠性。 第3 階段：20 世紀90 年代中期到現(xiàn)在。 從20 世紀90 年代中期到現(xiàn)在，隨著微電子技術的快速發(fā)展，及與汽車工業(yè)的緊密相連，汽車機電一體化技術已發(fā)展成熟，強調(diào)了整體的機電一體化協(xié)調(diào)匹配設計思想，開始廣泛應用計算機網(wǎng)絡技術和信息技術，使汽車更加自動化、智能化。 隨著微電子技術和傳感器技術的應用，汽車的機電一體化使汽車煥然一新。當今對汽車的控制已由發(fā)動機擴大到全車，例如實現(xiàn)自動變速換擋、防滑制動、雷達防碰撞、自動調(diào)整車高、全自動空調(diào)、

4、自動故障診斷及自動駕駛等。汽車機電一體化技術的發(fā)展史 汽車的機電一體化的中心內(nèi)容是以微機為中心的自動控制改善汽車的性能、增加汽車的功能，實現(xiàn)汽車降低油耗、減少排氣污染、提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作方便和舒適性。汽車行駛控制的重點是： 1）汽車發(fā)動機的正時點火、燃油噴射、空燃比和廢氣再循環(huán)的控制，使燃燒充分、減少污染、節(jié)省能源； 2）汽車行駛中的自動變速和排氣凈化控制，以使其行駛狀態(tài)達到最佳化； 3）汽車的防滑制動、防碰撞，以提高行駛的安全性； 4）汽車的自動空調(diào)、導向系統(tǒng)、娛樂設備控制，以提高駕駛舒適性。 1 發(fā)動機微機控制系統(tǒng)發(fā)動機微機控制系統(tǒng) 發(fā)動機微機控制系統(tǒng)為用于降低燃料費用的發(fā)

5、動機微機控制系統(tǒng)的原理簡圖。發(fā)動機控制單元（ECU：Engine Control Unit）的核心是通用微處理器或者是為汽車發(fā)動機專門設計的大規(guī)模集成電路（LSI）。從各個傳感器得到的模擬電壓信號和從發(fā)動機輸出軸得到的脈沖信號都輸入到ECU。模擬信號通過模擬數(shù)字（A-D：Analog to Digital）轉換器轉換為數(shù)字信號。以這些信息為基礎，在ECU 內(nèi)對最佳空氣燃料比、點火時間、排氣再循環(huán)率（EGR：Exhaust Gas Recirculating）等進行計算，將計算結果作為控制燃料噴射閥和點火裝置等的驅(qū)動信號輸出，用以控制空氣質(zhì)量和燃料質(zhì)量之比（即空氣燃料比）。 當空氣燃料比增大時，

6、燃料稀薄，點火困難；反之，當空氣燃料比減小時，由于氧氣不足，在排放的氣體中沒有充分燃燒的碳化氫（HC）和一氧化碳（CO）含量增加。因此，將空氣燃料比控制在最佳狀態(tài)對于發(fā)動機的啟動、預熱、加速、減速、制動、空轉等各種運動狀態(tài)及其正常負荷則十分重要。機電一體化技術在汽車中的一些典型應用2 汽車汽車激光雷達自動防撞微機控制系統(tǒng)激光雷達自動防撞微機控制系統(tǒng) 汽車激光雷達自動防撞微機控制系統(tǒng)激光單片機組合的汽車防按系統(tǒng)，能在正常行駛速度下或慢速倒車時檢測和顯示前、后方一定距離內(nèi)有無障礙物，并在必要時報警，從而有效防止交通事故的發(fā)生。該系統(tǒng)主要由計算機控制的測量車間距離的激光測距雷達、中央處理器、汽車前后

7、環(huán)境狀況監(jiān)測雷達及顯示器、發(fā)光部、受光部、車速傳感器和速度控制器等組成。 激光測距雷達安裝在汽車前部格柵中心。光學天線發(fā)射的激光束遇到前面的障礙物后，產(chǎn)生向后散射信號，同樣被光學天線接收，并調(diào)制出距離和方位信息。不斷輸出的距離和方位信息經(jīng)中央處理器分析，可以判斷前面物體運動與否，計算出它相對本車的速度及車間距離，并判斷它是否有可能與本車接觸，從而決定本車最安全的行駛速度。當可能有危險發(fā)生時，系統(tǒng)觸動報警裝置，發(fā)出報警信號。 3 電控自動變速器 自動變速器是為降低變速器的功率損耗，提高動力傳遞系統(tǒng)的有效功率，增加變速擋數(shù)以適應汽車行駛條件的最佳速比，實現(xiàn)汽車的省能、省力、安全、舒適之目的而出現(xiàn)的

8、。 發(fā)動機的工作狀況由各種傳感器進行檢測，所獲得的信息輸入到電子控制裝置進行處理，并根據(jù)換擋信息、程序開關及自動跳合開關的信息，由電子控制裝置選擇滿足行駛條件的最佳檔次信息，并被變換為控制電液執(zhí)行元件的液壓變量來控制換檔。自動變起器的監(jiān)測電路可對系統(tǒng)電子控制裝置進行自檢及失效監(jiān)測，即在行駛前對所有電路進行檢測。若汽車起動后，報警燈處于熄滅狀態(tài)，說明其功能正常；反之，系統(tǒng)則存有故障，自動變速器進入非電控程序狀態(tài)，此時，雖然已失去電子控制的優(yōu)化功能，但是變速器仍能進行工作。 4 ABS 系統(tǒng) 為了使汽車在行駛過程中以適當?shù)臏p速度降低車速直行停車，保證行駛的安全性，汽車上均裝有行車制動器。起初只在后輪上裝有制動器，但隨著汽車質(zhì)量和車速的提高，僅靠后輪制動不足以提高充分的制動力，這樣才發(fā)展到在前輪上安裝制動器。人們通過對制動時軸荷的動態(tài)轉移、前輪增重和后輪減重的認識，且后輪先抱死更易造成汽車的方向失控，而著手研制能限制汽車后輪制動裝置汽車制動防抱死裝置（Antilock Braking System，ABS）。 其基本功能是可感知制動輪每一瞬時的運動狀態(tài)， 并根據(jù)其運動狀態(tài)相應地調(diào)節(jié)制動器動力矩的大小，避免出現(xiàn)輪上的抱死現(xiàn)象。無人駕駛汽車中國自主研制的無人車由國防科技