機(jī)電一體化在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

孟強(qiáng)

摘 要：本文探討了機(jī)電一體化新技術(shù)、新產(chǎn)品在現(xiàn)代汽車和汽車制造廠中的應(yīng)用，并特別介紹了傳感器及微特電機(jī)在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；汽車；電機(jī)；傳感器

1 機(jī)電一體化在現(xiàn)代汽車中的運(yùn)用

由于大型汽車，先進(jìn)豪華型的轎車均已開始裝備各類機(jī)電一體化產(chǎn)品，由于車載機(jī)電一體化裝備和電子控制裝置的增加，現(xiàn)代汽車在性能、安全、質(zhì)量及豪華舒適等方面將日趨完善。

1.溫度監(jiān)控

車身內(nèi)冷熱水溫度自動(dòng)空調(diào)，通風(fēng)量自動(dòng)控制，熱密封控制，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水，油量控制，傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油溫度控制，結(jié)冰警告系統(tǒng)，進(jìn)氣管預(yù)加熱，自動(dòng)控制管。

2.汽車電動(dòng)機(jī)及其控制

中央鎖上機(jī)構(gòu)自動(dòng)動(dòng)作，風(fēng)窗刮水器遇雨自動(dòng)開啟，可伸縮的前照燈自動(dòng)開啟與關(guān)閉，駕駛座椅用電動(dòng)按鈕無(wú)級(jí)調(diào)整位置等。

3.加熱監(jiān)控

汽車燃料自動(dòng)加熱，控制開關(guān)并有液晶數(shù)字顯示。

4.液位檢測(cè)

車軸位、發(fā)動(dòng)機(jī)油、制動(dòng)液、燃料、水的液位數(shù)字自動(dòng)顯示。

5.設(shè)備保護(hù)

與電源或信號(hào)線路相連的各種裝置的保護(hù)。

6.汽車點(diǎn)火裝置方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)的有觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家早已淘汰。國(guó)外研制生產(chǎn)的機(jī)電一體化汽車無(wú)觸點(diǎn)火裝置現(xiàn)在已經(jīng)普及，傳統(tǒng)的有觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置在國(guó)內(nèi)已經(jīng)受到嚴(yán)重沖擊，現(xiàn)已基本淘汰。更高檔的轎車上還開始裝備有電子控制自動(dòng)變速器，電子控制化油器，自動(dòng)催化轉(zhuǎn)換器等機(jī)電一體化新產(chǎn)品。

2 機(jī)電一體化在汽車制造廠的應(yīng)用新意義

當(dāng)今汽車產(chǎn)品市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上就是汽車制造廠家自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展的直接動(dòng)因，因此面向市場(chǎng)的生產(chǎn)自動(dòng)化的目的，不僅僅在于節(jié)省大量的勞動(dòng)力和改善人們的勞動(dòng)條件，更主要的目的是在于提高汽車制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，即提高對(duì)市場(chǎng)變化的響應(yīng)速度，包括提高生產(chǎn)效率優(yōu)化控制過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量和保持產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和降低產(chǎn)品的成本，縮短制造周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q供，從而使現(xiàn)代化的高質(zhì)量、優(yōu)性能、多品種、低成本的汽車源源不斷地生產(chǎn)出來，并牢牢地占領(lǐng)市場(chǎng)。

而機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代汽車工業(yè)中對(duì)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制、大規(guī)模、高質(zhì)量生產(chǎn)等方面均起著關(guān)鍵的作用，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)代汽車制造技術(shù)水平必將發(fā)展到一個(gè)新的階段。

長(zhǎng)期以來，汽車生產(chǎn)基本上停留在靠通風(fēng)機(jī)床和工人技術(shù)的工藝水平上，其結(jié)果是生產(chǎn)周期長(zhǎng)成本高，質(zhì)量不易穩(wěn)定，而到八十年代中期充分運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)制造的各類數(shù)控機(jī)床得到了迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)圓滿地解決了高生產(chǎn)效率和高度靈活性的矛盾，所以它迅速成了工廠生產(chǎn)自動(dòng)化的熱點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。用數(shù)控機(jī)床TNT，可以獲得更高的精度和穩(wěn)定的質(zhì)量，因?yàn)樗歉鶕?jù)規(guī)定程序自動(dòng)加工的，沒有人為的干擾因素，而可以利用軟件進(jìn)行精度校正，所以可以獲得比機(jī)床精度更高的加工精度和重復(fù)精度；數(shù)控機(jī)床具有高生產(chǎn)率與普通機(jī)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(shù)控機(jī)床可以適用不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動(dòng)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(chǎn)周期，幾乎不需要專用工裝；一機(jī)多用，數(shù)控機(jī)床，特別是可自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)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(tái)這樣的數(shù)控機(jī)床可替代5～7臺(tái)普通機(jī)床；數(shù)控機(jī)床可實(shí)現(xiàn)普通機(jī)床難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形面加工優(yōu)勢(shì)。因此，目前世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均把發(fā)展數(shù)控機(jī)床作為實(shí)現(xiàn)機(jī)械工業(yè)技術(shù)革新的戰(zhàn)略重點(diǎn)。

3 傳感器在汽車中的應(yīng)用

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息，并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證，如缺少這些傳感器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和對(duì)信息精確而可靠的自動(dòng)檢測(cè)，系統(tǒng)的信息處理，控制決策功能就無(wú)法談及和實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。根據(jù)傳感器的作用，可以分類為測(cè)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(gè)傳感器失靈，對(duì)應(yīng)的裝置工作就會(huì)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(jī)在汽車中的應(yīng)用

除了汽車發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)外，隨著汽車向著舒適化、人性化的要求發(fā)展，應(yīng)用了大量不同規(guī)格的永磁直流電動(dòng)機(jī)。如散熱風(fēng)扇、洗滌器、雨刮器、玻璃升降器、汽車空調(diào)器、燃油泵、后視鏡、電動(dòng)天窗、電動(dòng)座椅、門窗、音響產(chǎn)品等配套產(chǎn)品，在發(fā)動(dòng)機(jī)底盤的閥門，節(jié)氣門和速度表中也應(yīng)用了永磁步進(jìn)電機(jī)，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）中還應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)變壓器和無(wú)刷力矩電動(dòng)機(jī)，隨著汽車部件的電動(dòng)化，自動(dòng)化程度不斷提高和對(duì)汽車微特電機(jī)的噪音、電磁兼容、效率的高要求，將采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)替代有刷的永磁直流電動(dòng)機(jī)。

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是汽車電子系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，電動(dòng)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐步替代傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)，在各種檔次的汽車中大量采用各種不同類型和規(guī)格的微特電機(jī)。微特電機(jī)全稱微型特種電機(jī)，簡(jiǎn)稱微電機(jī)，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(jī)。微特電機(jī)常用于控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)電信號(hào)或能量的檢測(cè)、解算、放大、執(zhí)行或轉(zhuǎn)換等功能，或用于傳動(dòng)機(jī)械負(fù)載，也可作為設(shè)備的交、直流電源。汽車微特電機(jī)以年遞增高10%的需求量增長(zhǎng)，高級(jí)型轎車需40～50臺(tái)，豪華轎車多達(dá)70～80臺(tái)，汽車尤其是轎車已成為微特電機(jī)的一大應(yīng)用領(lǐng)域。

為了適用汽車有限的空間和移動(dòng)的環(huán)境，要求汽車用微特電機(jī)具有一系列的特點(diǎn)：1.低電壓大電流

汽車上的電源由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)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(jī)大部分是低電壓的直流電動(dòng)機(jī)，其工作電流都較大。

2.工作電壓波動(dòng)大

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

3.環(huán)境條件苛刻

汽車微特電機(jī)與工業(yè)用，家用電器用和微特電機(jī)相比較，環(huán)境條件更為苛刻，應(yīng)滿足耐、耐沖擊振動(dòng)、防水、防腐蝕等要求，能在環(huán)境-40℃～+80℃下正常工作，例如在四輪操縱系統(tǒng)中使用的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由于安裝在汽車底盤上，所以要求耐振動(dòng)6g，耐沖擊150g，并在結(jié)構(gòu)上采取防水和通風(fēng)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(jī)具有良好的防潮，防霜，防鹽霧及防塵的性能，有消除無(wú)線電干擾的措施。直流電動(dòng)機(jī)因換向器和電刷摩擦產(chǎn)生的火花會(huì)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(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載也增加了，從而使耗電量上升，當(dāng)耗電量增加10W時(shí)，汽車的耗油成本增加0.3%～0.6%，為了節(jié)約耗油量，就要求汽車微特電機(jī)效率高，功率重量比大。

汽車微特電機(jī)的這些應(yīng)用特點(diǎn)，要求在設(shè)計(jì)、工藝、材料、生產(chǎn)技術(shù)和裝備等方面更為先進(jìn)。

綜上所述，機(jī)電一體化新技術(shù)、新產(chǎn)品在現(xiàn)代汽車和汽車制造廠中得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展十分重要。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常韌.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2002