機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用研究
機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用研究,機(jī)電,電機(jī),一體化,技術(shù),汽車,中的,應(yīng)用,利用,運(yùn)用,研究,鉆研
摘 要：從機(jī)電一體化的含義著手，結(jié)合機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r及其核心技術(shù)，從發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)、汽車激光雷達(dá)自動(dòng)防撞微機(jī)控制系統(tǒng)、電子控制的自動(dòng)變速器、ABS系統(tǒng)幾個(gè)方面分析了機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用，并對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù)；汽車應(yīng)用；技術(shù)分析；發(fā)展趨勢
機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用研究
1.基本概論
1.1機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化它是以機(jī)械為主,電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)在不同學(xué)科的相互滲透、結(jié)合的過程中逐漸形成和發(fā)展一個(gè)新的邊緣學(xué)科,微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的新一代產(chǎn)品。主要指的是微電子技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品替代,提高機(jī)械產(chǎn)品的一部分, 利用機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,數(shù)字化和智能化,為了提高產(chǎn)品的性能,使產(chǎn)品性能達(dá)到一個(gè)質(zhì)的飛躍。
因此,機(jī)電一體化是機(jī)械產(chǎn)品其中包括主要功能、動(dòng)態(tài)功能、信息處理和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),及機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟件組成的組合系統(tǒng)。在工程領(lǐng)域機(jī)電一體化技術(shù)也全面收集和各種不同的技術(shù),它是基于機(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)以及系統(tǒng)總體技術(shù)基于高新技術(shù)。近年來,隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展,機(jī)電一體化技術(shù)在不斷擴(kuò)大和提高。目前機(jī)電一體化的研究和開發(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)是產(chǎn)品和系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)的制度功能的所有部分聯(lián)合行動(dòng)的結(jié)果,傳統(tǒng)的機(jī)械和電氣設(shè)備的機(jī)電系統(tǒng)相對(duì)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),因?yàn)闄C(jī)電一體化產(chǎn)品的主要功能和結(jié)構(gòu)的功能是通過機(jī)械技術(shù)為主。在機(jī)械傳動(dòng)和控制與電子技術(shù)相互結(jié)合的過程中,機(jī)械技術(shù)提出了更高的要求,如傳動(dòng)精度和精度要求較傳統(tǒng)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)、新原理、新結(jié)構(gòu)在不斷發(fā)展和改進(jìn),以滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品,以減少體積,重量,提高剛度和改善工作性能要求。
2.2 信息處理技術(shù)
信息處理技術(shù)是指在工作過程的機(jī)電一體化產(chǎn)品和各種參數(shù)和狀態(tài),并自動(dòng)控制過程中相關(guān)工作的信息交換、訪問、操作、判斷和決策分析等機(jī)電一體化產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)的主要工具是計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括硬件和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)、等機(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,其控制和命令的機(jī)電一體化產(chǎn)品運(yùn)行,因此,計(jì)算機(jī)應(yīng)用和信息處理技術(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實(shí)際應(yīng)用的人工智能、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。
2.3 檢測與傳感器技術(shù)
在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，工作過程的各種參數(shù)、工作狀態(tài)以及與工作過程有關(guān)的相應(yīng)信息都要通過傳感器進(jìn)行接收，并通過相應(yīng)的信號(hào)檢測裝置進(jìn)行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動(dòng)控制。機(jī)電一體化產(chǎn)品要求傳感器能快速和準(zhǔn)確地獲取信息并且不受外部工作條件和環(huán)境的影響，同時(shí)檢測裝置能不失真地對(duì)信息信號(hào)進(jìn)行放大和輸送及轉(zhuǎn)換。
2.4 自動(dòng)控制技術(shù)
自動(dòng)控制技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品,包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)葯C(jī)電一體化產(chǎn)品的擴(kuò)張的自動(dòng)控制功能,使產(chǎn)品的精度和效率快速增加。通過自動(dòng)控制,機(jī)電一體化產(chǎn)品可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,工作過程和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān),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,自動(dòng)控制技術(shù)日益結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù),它已成為機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是非常重要的。技術(shù)難點(diǎn)在于工程和現(xiàn)代控制理論的實(shí)際應(yīng)用,邊界條件的確定過程中控制、最優(yōu)控制模型和抗干擾等。
2.5 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)
伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要指的是機(jī)電一體化產(chǎn)品技術(shù)問題在致動(dòng)器的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng),它包括在設(shè)備上執(zhí)行技術(shù),對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有直接影響的處理。致動(dòng)器的機(jī)電一體化產(chǎn)品,如電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓式,使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)裝置主要是各種電機(jī)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。致動(dòng)器一方面,通過接口電路與計(jì)算機(jī)相結(jié)合,接受指令的控制系統(tǒng),另一方面,通過機(jī)械接口結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)指定的行動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù),因此,直接影響機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)和操作,產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、精度和操作的質(zhì)量控制等有決定性的影響。
2.6 系統(tǒng)總體技術(shù)
系統(tǒng)總體技術(shù)從總體目標(biāo),用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法機(jī)電一體化產(chǎn)品的總功能分解為幾個(gè)功能單元,找出可能的技術(shù)方案可以完成的功能,然后函數(shù)和技術(shù)解決方案組進(jìn)行分析、評(píng)估,全面優(yōu)化功能合適的技術(shù)解決方案。系統(tǒng)的整體技術(shù)的主要目的每個(gè)組件的成熟的技術(shù)在機(jī)電一體化產(chǎn)品、組件,性能和可靠性的基礎(chǔ)上不錯(cuò),通過協(xié)調(diào)組件之間的交互和使用技術(shù)來確保產(chǎn)品的一致性達(dá)到經(jīng)濟(jì)、可靠、效率高、操作方便等。系統(tǒng)總體技術(shù)是最能體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn),并確保產(chǎn)品的性能和技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。
3 汽車機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
社會(huì)的需求、科技的進(jìn)步和法律、法規(guī),使汽車?yán)脵C(jī)電一體化技術(shù),并迅速發(fā)展。在法律法規(guī)方面,如最早的安全法律、法規(guī),以及隨后的噪音和廢氣排放和燃料經(jīng)濟(jì)的法律、法規(guī),如力量促進(jìn)電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、使許多機(jī)械控制系統(tǒng)取代了電子控制系統(tǒng),并形成汽車機(jī)電一體化發(fā)展的三個(gè)階段。
(1)第一階段:在1960年代中期到1970年代末。
從1960年代中期到1960年代末期,電子設(shè)備的主要部分是應(yīng)用改善機(jī)械性能,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年代末到1990年代中期。從1970年代末到1970年代中期,在汽車設(shè)計(jì)與制造、機(jī)電一體化的思想和技術(shù)。大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用,解決了機(jī)械零件不能解決的問題復(fù)雜的自動(dòng)控制,提高了可靠性。
(3)第三階段:1990年代中期的禮物。自1990年代中期至今,隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,和汽車行業(yè)密切相關(guān),汽車機(jī)電一體化技術(shù)已成熟,強(qiáng)調(diào)整體協(xié)調(diào)匹配的機(jī)電一體化設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù),使汽車更加自動(dòng)化和智能化。應(yīng)用微電子技術(shù)和傳感器技術(shù),機(jī)電一體化的汽車使得汽車煥然一新。汽車的控制已經(jīng)擴(kuò)展到整個(gè)車輛的引擎,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速器等轉(zhuǎn)變,防滑剎車,雷達(dá)碰撞,自動(dòng)調(diào)整汽車高,自動(dòng)空調(diào),自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)駕駛,等車集中在機(jī)電一體化的中心內(nèi)容的微機(jī)自動(dòng)控制改善汽車的性能,增加汽車的功能,減少燃料消耗和減少汽車廢氣污染,提高汽車的安全性、可靠性、操作方便和舒適。汽車控制重點(diǎn):1)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)間、燃油噴射、空燃比和廢氣再循環(huán)的控制,燃燒充分,減少污染和節(jié)約能源;2)的汽車自動(dòng)變速器、排氣凈化控制,使其優(yōu)化駕駛狀態(tài);3)汽車防滑剎車,碰撞,為了提高駕駛安全;4)汽車自動(dòng)空調(diào),自動(dòng)調(diào)整車高控制,改善其舒適的事情。
4 機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用
汽車的電子化首先從電源系統(tǒng)開始。原來的發(fā)動(dòng)機(jī)都是直流發(fā)電機(jī)，后來被交流發(fā)電機(jī)和硅二極管的組合所取代，使充電效率和可靠性大幅度地提高。此后，電壓的調(diào)整也由固體電路的調(diào)整器代替了機(jī)械式電壓調(diào)整器，進(jìn)而在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置的配電器上也由原來的機(jī)械式的凸輪開關(guān)變?yōu)楣β示w管。
4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元是通用微處理器的核心或者是專門為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)大規(guī)模集成電路(LSI)。從每個(gè)傳感器模擬電壓信號(hào)和脈沖信號(hào)輸入從發(fā)動(dòng)機(jī)ECU輸出軸。通過模擬到數(shù)字模擬信號(hào)(A - D:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。的基礎(chǔ)上的信息,在ECU最佳空氣燃料比、點(diǎn)火正時(shí)和廢氣再循環(huán)率(EGR技術(shù):廢氣再循環(huán))計(jì)算,計(jì)算結(jié)果為控制燃料噴射閥和點(diǎn)火裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出,如空氣質(zhì)量控制和燃料的比率(即質(zhì)量?？諝馊剂媳?。當(dāng)空氣燃料比增加時(shí),薄燃料,點(diǎn)火困難;反之,當(dāng)空氣燃料比下降,由缺氧引起的,沒有完全的放電氣體燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)內(nèi)容增加。因此,空氣燃料比控制在最佳狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī),預(yù)熱、加速、減速、制動(dòng)、閑置等各種各樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和正常負(fù)載是非常重要的。
4.2 汽車激光雷達(dá)自動(dòng)防撞微機(jī)控制系統(tǒng)
激光-單片機(jī)自動(dòng)由系統(tǒng)的組合,可以在正常的行駛速度或緩慢倒車前測試和顯示,在一定距離內(nèi)的存在障礙,,必要時(shí),報(bào)警,有效防止交通事故的發(fā)生。系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)控制措施的距離激光測距雷達(dá),車間環(huán)境之前和之后的中央處理單元(CPU),汽車監(jiān)視雷達(dá)和顯示器,發(fā)光,受光部、速度傳感器和速度控制器,等控制系統(tǒng),如圖2所示。激光測距雷達(dá)安裝在汽車前格柵的中心。遇到的障礙在發(fā)射前的激光光學(xué)天線,向后散射信號(hào),同樣的光學(xué)天線,調(diào)制范圍和方位信息。恒定輸出距離和方位信息由中央處理單元(CPU)的分析,可以確定前面的物體運(yùn)動(dòng),計(jì)算其相對(duì)距離、速度和車間在本地,并確定是否有可能與當(dāng)?shù)氐穆?lián)系,和默認(rèn)的安全的速度?？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)。
光束遇到前面的障礙物后，產(chǎn)生向后散射信號(hào)，同樣被光學(xué)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(yùn)動(dòng)與否，計(jì)算出它相對(duì)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(dāng)可能有危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)觸動(dòng)報(bào)警裝置，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
4.3 電子控制的自動(dòng)變速器
自動(dòng)變速器是減少傳輸功率損耗,提高電力傳輸系統(tǒng)的有效功率,增加的速度適應(yīng)駕駛條件最好的比,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保存的目的,節(jié)能、安全、舒適。圖3中使用電子控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速器轉(zhuǎn)變過程控制原理圖。檢測引擎通過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,過程和大腳油門開關(guān)信息,選擇的電子控制單元滿足最好的駕駛環(huán)境類信息,并將液壓變量轉(zhuǎn)換為控制電子-液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的轉(zhuǎn)變?？梢宰詣?dòng)改變品牌公司電路自檢和故障監(jiān)測系統(tǒng)的電子控制裝置,即在開車前所有電路進(jìn)行測試。如果汽車開始,熄滅燈,它的功能是正常的;另一方面,系統(tǒng)故障時(shí),電子控制自動(dòng)變速器進(jìn)入程序狀態(tài),在這一點(diǎn)上,盡管失去了電子控制功能的優(yōu)化,但是傳輸仍然可以工作。
4.4 ABS系統(tǒng)
為了使汽車在行駛過程中以適當(dāng)?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(dòng)器。起初只在后輪上裝有制動(dòng)器，但隨著汽車質(zhì)量和車速的提高，僅靠后輪制動(dòng)不足以提高充分的制動(dòng)力，這樣才發(fā)展到在前輪上安裝制動(dòng)器。人們通過對(duì)制動(dòng)時(shí)軸荷的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移、前輪增重和后輪減重的認(rèn)識(shí)，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(dòng)裝置——汽車制動(dòng)防抱死裝置（Antilock Braking System，ABS）。其基本功能是可感知制動(dòng)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)器動(dòng)力矩的大小，避免出現(xiàn)輪上的抱死現(xiàn)象。ABS系統(tǒng)是電子控制技術(shù)在汽車上最突出的一項(xiàng)應(yīng)用，可使汽車在制動(dòng)時(shí)維持方向穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離，有效地提高了行車的
安全性。ABS系統(tǒng)控制框圖如圖4所示。
5 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢
5.1 光機(jī)電一體化方向
一般機(jī)電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源（動(dòng)力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成的。引進(jìn)光學(xué)技術(shù)、利用光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn)，就能有效地改進(jìn)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
未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余”,有較強(qiáng)的“靈活”,能更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件,被設(shè)計(jì)成“自律分配系統(tǒng)”。在此系統(tǒng)中,每個(gè)子系統(tǒng)都是彼此獨(dú)立的工作,整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)子系統(tǒng),同時(shí)它本身“自律”,根據(jù)對(duì)不同的環(huán)境條件作出反應(yīng)。其特點(diǎn)是給定的子系統(tǒng)可以產(chǎn)生本身信息和其他信息,總具體的“行動(dòng)”的前提下,可以改變。通過這種方式,不僅大大增加系統(tǒng)的能力(靈活),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
今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù)與信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。
5.4 仿生物系統(tǒng)化方向
機(jī)電一體化設(shè)備在未來信息的依賴性很大,而且經(jīng)常是“靜態(tài)”的結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定,但在動(dòng)態(tài)(工作)是穩(wěn)定的。這有點(diǎn)類似于生物:當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)停止工作,生物“死亡”,而當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦),生物是非常精力充沛。就目前的情況看,機(jī)電一體化產(chǎn)品盡管仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢,但仍有很長的路要走。
5.5 微型化方向
目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。當(dāng)這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，就沒有必要再區(qū)分機(jī)械部分和控制器部分了。那時(shí)，機(jī)械和電子完全可以“融合”，機(jī)體、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、傳感器、CPH等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。
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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，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)；汽車應(yīng)用；技術(shù)分析；發(fā)展趨勢
機(jī)電一體化技術(shù)在汽車中的應(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，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)的整合過程，并在信息交流，訪問，操作過程的自動(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，專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
2.3 檢測與傳感器技術(shù)
在機(jī)電一體化產(chǎn)品，各種參數(shù)，對(duì)工作過程和工作過程的狀態(tài)和相關(guān)信息的工作是由傳感器接收到的信號(hào)檢測裝置，通過測量，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，通過機(jī)械傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械接口，來實(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，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)械零件無法解決復(fù)雜的自動(dòng)控制問題，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，隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)，汽車機(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)電一體化的汽車使汽車煥然一新。車輛控制一直延伸到整個(gè)車輛的發(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)整汽車高，自動(dòng)空調(diào)，自動(dòng)診斷和自動(dòng)駕駛，提高汽車性能的微機(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，提高汽車的功能，減少燃料消耗和降低汽車排氣污染，提高汽車的安全性，可靠性，操作方便和舒適。自動(dòng)控制點(diǎn)：1）汽車發(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）汽車防滑剎車，碰撞，為了提高駕駛的安全性；4汽車空調(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)在汽車中的應(yīng)用
電子車輛從電力系統(tǒng)。原來的引擎是一個(gè)直流發(fā)電機(jī)，后來被聯(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門設(shè)計(jì)用于汽車發(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．?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。安裝在汽車的前格柵中心激光測距雷達(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)車的速度和距離，并確定它是否是可能的與汽車接觸，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)化過程中的使用。檢測引擎通過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，過程和腳油門開關(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)所有電路測試。如果啟動(dòng)車子，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)
為了使汽車在行駛過程中以適當(dāng)?shù)臏p速度減速直線停車，以確保行車安全，汽車都配備了剎車。開始只在后輪制動(dòng)器安裝，但隨著汽車的質(zhì)量和速度的提高，只有后剎車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輛的方向，并開始發(fā)展限制汽車后輪制動(dòng)裝置——汽車防抱死制動(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，避免鎖定車輪。ABS系統(tǒng)是一個(gè)電子控制技術(shù)在汽車上最突出的應(yīng)用，使汽車保持方向穩(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
5.1 光機(jī)電一體化方向
通過檢測系統(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，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”越來越明顯，未來的集成，智能化水平越來越高。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，但仍有很長的路要走。
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。
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