汽车工业机电一体化研究

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汽车工业机电一体化研究:汽车工业机电一体化内涵特点研究

摘要：机电一体化有机地融合了现代计算机技术、机械工程技术、电力工程技术等相关技术和设施设备，对于现代工业生产管理控制的自动化起着非常重要的价值和作用。本文分析了机电一体化的内涵特点，并以汽车工业为例探讨了汽车产品中机电一体化的解决方案。

关键词：机电一体化；内涵；汽车工业；应用

一、机电一体化的内涵

机电一体化综合集成了电子工程和机械工程技术，实现了面向任务的机电一体化功能，它可以有效地协助技术设计人员对某项生产管理项目进行特定的技术开发和设计。机电一体化的方法论包括信息控制理论和工程系统理论，而一体化是机电一体化的核心思想。

二、机电一体化的特点

1.安全性高

机电一体化系统可以提供包括警报、监控、诊断、保护在内的一体化自动服务，在工作过程中当发生相关故障时可以自动采取保护办法，诸如当工作电压过高或过低时，会自动停止工作或发出警报提醒操作人员采取措施，最大程度上保障相关设备和操作人员的安全，保障财产设备等不受损害。

2.生产能力强

机电一体化产品系统的信息处理与控制一般都是自动化的，具有较高灵敏的检测控制能力，在计算机控制系统的作用下可以更为精确地确保机械设备装置完成所设计的动作，从而更好地保证产品的质量。更为重要的是，机电一体化产品系统自动化的控制和操作，极大地提高了产品的生产效率，降低了单位产品的成本。

3.适用范围广

机电一体化产品系统强大的技术综合能力使之已经超越了单一产品功能的范畴，再加上其自身较高的自动化水平，可以满足客户更为复杂的需求，提供个性化解决方案。机电一体化产品较高的智能化、自我保护性、自动监控性、可扩展性使之可以应用于不同的环境和场合。

三、汽车工业领域机电一体化的应用

1.自动变速器系统

汽车自动变速器的主要作用是降低汽车行驶过程中的功率损耗，提升汽车动力系统的有效功率，通过增加变速档数实现汽车的舒适安全行驶。汽车行驶过程中，发动机的实时运行状态需要借助传感系统进行测量，测量的数据信息通过电子监控设备进行处理，并且具有换挡信息程序、开关程序以及开关关闭程序，根据汽车最优行驶的条件要求来选择相应的电子监控装置。如汽车发动机启动后，相关的警示灯关闭，说明系统功能正常；如果警示灯未关闭，那么这时的自动变速器就处于非电控状态，但其仍然可以正常工作，只是相关的优化性能不再生效。

2.制动系统

起初的汽车一般在后轮安装制动设备，随着汽车行驶速度的不断提升，单纯在后轮安装制动设备已经无法有效提供充足的制动动力，促使了汽车前轮也需要安装相应的制动设备。当汽车制动设备工作时，汽车的动态轴负荷就会转移、前轮的载重量就会增加、后轮载重量降低，但后轮发生抱死时更容易使汽车失去方向控制能力，于是汽车防抱死制动设备就产生了。汽车防抱死制动设备的主要功能就是可以感知制动发生时每个车轮的瞬间运动方向，并且根据相关情况调节制动设备的动力钜大小，防止抱死现象的发生。ABS防抱死系统就是比较著名的电子监控技术，提升了汽车行驶的安全性。

3.计算机控制发电机系统

计算机微处理器或者集成电路用以控制发电机单元，利用传感器负责接收电压信号，并获得发动机的脉冲数据，传送到发动机电控单元中。信号模拟器通过数字模型输出数字信号，以这些信息为基础发电机控制单元对点火时间、燃料空气比例、循环排气效率进行优化计算，并将计算结果作为控制点火设备和燃料阀开关大小的参数，从而控制燃料与空气的适当比例。在燃料空气比增加时，会使得点火困难；当燃料空气比降低时由于氧气缺乏，造成燃料燃烧不充分，排放的气体中一氧化碳的含量会增加。

4.激光测距雷达系统

在汽车前面部位安装测距激光雷达，当激光光束遇到障碍物后就会散射，当散射信号被捕捉到，测出车辆与障碍物之间的距离，使用计算机系统对障碍物方位信息进行持续的动态测量和跟踪，就能够准确判断障碍物是否在运动，并计算出其运动速度和车间距离，根据运行轨迹判断其是否能够与车辆发生碰撞，从而提醒车辆驾驶员调整车辆运行速度、方向。当出现危险情况时，系统会发出警报信息。

四、总结

机电一体化融合了众多技术、跨越了多个领域，它是一种集成产品，特别是现代计算机系统为机电一体化的实现带来了真正的飞跃和突破，成为工业生成自动化控制中的一项重要技术。它有效地提升了汽车产品的质量和驾乘舒适度，随着机电一体化解决方案智能化和汽车工业的发展，两者的融合深度将会进一步增强。

作者：严俊杰 单位：鄂州职业大学机械工程学院

汽车工业机电一体化研究:机电一体化在汽车工业中的应用

摘 要：本文探讨了机电一体化新技术、新产品在现代汽车和汽车制造厂中的应用，并特别介绍了传感器及微特电机在现代汽车中的应用。

关键词：机电一体化；汽车；电机；传感器

1 机电一体化在现代汽车中的运用

由于大型汽车，先进豪华型的轿车均已开始装备各类机电一体化产品，由于车载机电一体化装备和电子控制装置的增加，现代汽车在性能、安全、质量及豪华舒适等方面将日趋完善。

1.温度监控

车身内冷热水温度自动空调，通风量自动控制，热密封控制，发动机冷却水，油量控制，传动系统润滑油温度控制，结冰警告系统，进气管预加热，自动控制管。

2.汽车电动机及其控制

中央锁上机构自动动作，风窗刮水器遇雨自动开启，可伸缩的前照灯自动开启与关闭，驾驶座椅用电动按钮无级调整位置等。

3.加热监控

汽车燃料自动加热，控制开关并有液晶数字显示。

4.液位检测

车轴位、发动机油、制动液、燃料、水的液位数字自动显示。

5.设备保护

与电源或信号线路相连的各种装置的保护。

6.汽车点火装置方面的应用

传统的有触点点火装置在欧美、日本等发达国家早已淘汰。国外研制生产的机电一体化汽车无触点火装置现在已经普及，传统的有触点点火装置在国内已经受到严重冲击，现已基本淘汰。更高档的轿车上还开始装备有电子控制自动变速器，电子控制化油器，自动催化转换器等机电一体化新产品。

2 C电一体化在汽车制造厂的应用新意义

当今汽车产品市场的激烈竞争，实质上就是汽车制造厂家自动化生产发展的直接动因，因此面向市场的生产自动化的目的，不仅仅在于节省大量的劳动力和改善人们的劳动条件，更主要的目的是在于提高汽车制造业的竞争能力，即提高对市场变化的响应速度，包括提高生产效率优化控制过程，提高产品质量和保持产品质量的一致性和降低产品的成本，缩短制造周期，加速产品的更新换供，从而使现代化的高质量、优性能、多品种、低成本的汽车源源不断地生产出来，并牢牢地占领市场。

而机电一体化技术在现代汽车工业中对实现全自动化控制、大规模、高质量生产等方面均起着关键的作用，随着机电一体化技术的发展和应用现代汽车制造技术水平必将发展到一个新的阶段。

长期以来，汽车生产基本上停留在靠通风机床和工人技术的工艺水平上，其结果是生产周期长成本高，质量不易稳定，而到八十年代中期充分运用机电一体化技术制造的各类数控机床得到了迅猛发展，数控机床的出现圆满地解决了高生产效率和高度灵活性的矛盾，所以它迅速成了工厂生产自动化的热点，数控机床比普通机床有着不可比拟的优点。用数控机床TNT，可以获得更高的精度和稳定的质量，因为它是根据规定程序自动加工的，没有人为的干扰因素，而可以利用软件进行精度校正，所以可以获得比机床精度更高的加工精度和重复精度；数控机床具有高生产率与普通机床相比，可以提高2～3倍，某种条件下甚至可以提高十几至几十倍；数控机床可以适用不同品种及尺寸规格零件的自动加工，一般借助普通夹具，只要更换一条程序纸带即可改变工件的品种，因此，可以大大缩短生产周期，几乎不需要专用工装；一机多用，数控机床，特别是可自动换刀的数控机床，在一次装卡条件下，几乎可完成工件全部需要加工部件的，因此一台这样的数控机床可替代5～7台普通机床；数控机床可实现普通机床难以实现的复杂形面加工优势。因此，目前世界上各工业发达国家均把发展数控机床作为实现机械工业技术革新的战略重点。

3 传感器在汽车中的应用

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息，并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的保证，如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理，控制决策功能就无法谈及和实现。现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置，气体浓度、速度、光亮度、干温度、距离等功能的传感器，它们各司其职，一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正常，甚至不工作，因此，传感器在汽车上的作用是很重要的。

4 微特电机在汽车中的应用

除了汽车发电机、起动机外，随着汽车向着舒适化、人性化的要求发展，应用了大量不同规格的永磁直流电动机。如散热风扇、洗涤器、雨刮器、玻璃升降器、汽车空调器、燃油泵、后视镜、电动天窗、电动座椅、门窗、音响产品等配套产品，在发动机底盘的阀门，节气门和速度表中也应用了永磁步进电机，在电动助力转向系统（EPS）中还应用了旋转变压器和无刷力矩电动机，随着汽车部件的电动化，自动化程度不断提高和对汽车微特电机的噪音、电磁兼容、效率的高要求，将采用永磁无刷直流电动机替代有刷的永磁直流电动机。

随着汽车技术的不断发展，特别是汽车电子系统的广泛应用，电动化驱动系统逐步替代传统的机械系统，在各种档次的汽车中大量采用各种不同类型和规格的微特电机。微特电机全称微型特种电机，简称微电机，是指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的电机。微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。汽车微特电机以年递增高10%的需求量增长，高级型轿车需40～50台，豪华轿车多达70～80台，汽车尤其是轿车已成为微特电机的一大应用领域。

为了适用汽车有限的空间和移动的环境，要求汽车用微特电机具有一系列的特点：1.低电压大电流

汽车上的电源由发动机驱动交流发电机后向蓄电池充电获得，电压一般为直流14V，所以汽车微特电机大部分是低电压的直流电动机，其工作电流都较大。

2.工作电压波动大

汽车上使用了种类繁多的电器和电子系统，都由蓄电池供电，而在不同时间内蓄电池供电的电压变化范围大，所以要求电机在电源电压8～16V范围内也能正常地工作。

3.环境条件苛刻

汽车微特电机与工业用，家用电器用和微特电机相比较，环境条件更为苛刻，应满足耐、耐冲击振动、防水、防腐蚀等要求，能在环境-40℃～+80℃下正常工作，例如在四轮操纵系统中使用的混合式步进电动机，由于安装在汽车底盘上，所以要求耐振动6g，耐冲击150g，并在结构上采取防水和通风的措施。

4.“三防”及防尘性能好

汽车作为一种交通工具，要求电机具有良好的防潮，防霜，防盐雾及防尘的性能，有消除无线电干扰的措施。直流电动机因换向器和电刷摩擦产生的火花会造成元线电干扰，所以采取消除干扰的措施，如接入滤波电容器。

5.效率高、功率重量比大

随着耗电量的增加，发动机的负载也增加了，从而使耗电量上升，当耗电量增加10W时，汽车的耗油成本增加0.3%～0.6%，为了节约耗油量，就要求汽车微特电机效率高，功率重量比大。

汽车微特电机的这些应用特点，要求在设计、工艺、材料、生产技术和装备等方面更为先进。

综上所述，机电一体化新技术、新产品在现代汽车和汽车制造厂中得到了广泛应用，对汽车工业的发展十分重要。

汽车工业机电一体化研究:汽车工业领域机电一体化的应用

一、汽车工业领域机电一体化的应用

1.自动变速器系统

汽车自动变速器的主要作用是降低汽车行驶过程中的功率损耗，提升汽车动力系统的有效功率，通过增加变速档数实现汽车的舒适安全行驶。汽车行驶过程中，发动机的实时运行状态需要借助传感系统进行测量，测量的数据信息通过电子监控设备进行处理，并且具有换挡信息程序、开关程序以及开关关闭程序，根据汽车最优行驶的条件要求来选择相应的电子监控装置。如汽车发动机启动后，相关的警示灯关闭，说明系统功能正常；如果警示灯未关闭，那么这时的自动变速器就处于非电控状态，但其仍然可以正常工作，只是相关的优化性能不再生效。

2.制动系统

起初的汽车一般在后轮安装制动设备，随着汽车行驶速度的不断提升，单纯在后轮安装制动设备已经无法有效提供充足的制动动力，促使了汽车前轮也需要安装相应的制动设备。当汽车制动设备工作时，汽车的动态轴负荷就会转移、前轮的载重量就会增加、后轮载重量降低，但后轮发生抱死时更容易使汽车失去方向控制能力，于是汽车防抱死制动设备就产生了。汽车防抱死制动设备的主要功能就是可以感知制动发生时每个车轮的瞬间运动方向，并且根据相关情况调节制动设备的动力钜大小，防止抱死现象的发生。ABS防抱死系统就是比较著名的电子监控技术，提升了汽车行驶的安全性。

3.计算机控制发电机系统

计算机微处理器或者集成电路用以控制发电机单元，利用传感器负责接收电压信号，并获得发动机的脉冲数据，传送到发动机电控单元中。信号模拟器通过数字模型输出数字信号，以这些信息为基础发电机控制单元对点火时间、燃料空气比例、循环排气效率进行优化计算，并将计算结果作为控制点火设备和燃料阀开关大小的参数，从而控制燃料与空气的适当比例。在燃料空气比增加时，会使得点火困难；当燃料空气比降低时由于氧气缺乏，造成燃料燃烧不充分，排放的气体中一氧化碳的含量会增加。

4.激光测距雷达系统

在汽车前面部位安装测距激光雷达，当激光光束遇到障碍物后就会散射，当散射信号被捕捉到，测出车辆与障碍物之间的距离，使用计算机系统对障碍物方位信息进行持续的动态测量和跟踪，就能够准确判断障碍物是否在运动，并计算出其运动速度和车间距离，根据运行轨迹判断其是否能够与车辆发生碰撞，从而提醒车辆驾驶员调整车辆运行速度、方向。当出现危险情况时，系统会发出警报信息。

二、总结

机电一体化融合了众多技术、跨越了多个领域，它是一种集成产品，特别是现代计算机系统为机电一体化的实现带来了真正的飞跃和突破，成为工业生成自动化控制中的一项重要技术。它有效地提升了汽车产品的质量和驾乘舒适度，随着机电一体化解决方案智能化和汽车工业的发展，两者的融合深度将会进一步增强。

作者：严俊杰 单位：鄂州职业大学机械工程学院