機電一體化在汽車工業中的應用

孟強

摘 要：本文探討了機電一體化新技術、新產品在現代汽車和汽車制造廠中的應用，并特別介紹了傳感器及微特電機在現代汽車中的應用。

關鍵詞：機電一體化；汽車；電機；傳感器

1 機電一體化在現代汽車中的運用

由于大型汽車，先進豪華型的轎車均已開始裝備各類機電一體化產品，由于車載機電一體化裝備和電子控制裝置的增加，現代汽車在性能、安全、質量及豪華舒適等方面將日趨完善。

1.溫度監控

車身內冷熱水溫度自動空調，通風量自動控制，熱密封控制，發動機冷卻水，油量控制，傳動系統潤滑油溫度控制，結冰警告系統，進氣管預加熱，自動控制管。

2.汽車電動機及其控制

中央鎖上機構自動動作，風窗刮水器遇雨自動開啟，可伸縮的前照燈自動開啟與關閉，駕駛座椅用電動按鈕無級調整位置等。

3.加熱監控

汽車燃料自動加熱，控制開關并有液晶數字顯示。

4.液位檢測

車軸位、發動機油、制動液、燃料、水的液位數字自動顯示。

5.設備保護

與電源或信號線路相連的各種裝置的保護。

6.汽車點火裝置方面的應用

傳統的有觸點點火裝置在歐美、日本等發達國家早已淘汰。國外研制生產的機電一體化汽車無觸點火裝置現在已經普及，傳統的有觸點點火裝置在國內已經受到嚴重沖擊，現已基本淘汰。更高檔的轎車上還開始裝備有電子控制自動變速器，電子控制化油器，自動催化轉換器等機電一體化新產品。

2 機電一體化在汽車制造廠的應用新意義

當今汽車產品市場的激烈競爭，實質上就是汽車制造廠家自動化生產發展的直接動因，因此面向市場的生產自動化的目的，不僅僅在于節省大量的勞動力和改善人們的勞動條件，更主要的目的是在于提高汽車制造業的競爭能力，即提高對市場變化的響應速度，包括提高生產效率優化控制過程，提高產品質量和保持產品質量的一致性和降低產品的成本，縮短制造周期，加速產品的更新換供，從而使現代化的高質量、優性能、多品種、低成本的汽車源源不斷地生產出來，并牢牢地占領市場。

而機電一體化技術在現代汽車工業中對實現全自動化控制、大規模、高質量生產等方面均起著關鍵的作用，隨著機電一體化技術的發展和應用現代汽車制造技術水平必將發展到一個新的階段。

長期以來，汽車生產基本上停留在靠通風機床和工人技術的工藝水平上，其結果是生產周期長成本高，質量不易穩定，而到八十年代中期充分運用機電一體化技術制造的各類數控機床得到了迅猛發展，數控機床的出現圓滿地解決了高生產效率和高度靈活性的矛盾，所以它迅速成了工廠生產自動化的熱點，數控機床比普通機床有著不可比擬的優點。用數控機床TNT，可以獲得更高的精度和穩定的質量，因為它是根據規定程序自動加工的，沒有人為的干擾因素，而可以利用軟件進行精度校正，所以可以獲得比機床精度更高的加工精度和重復精度；數控機床具有高生產率與普通機床相比，可以提高2～3倍，某種條件下甚至可以提高十幾至幾十倍；數控機床可以適用不同品種及尺寸規格零件的自動加工，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，可以大大縮短生產周期，幾乎不需要專用工裝；一機多用，數控機床，特別是可自動換刀的數控機床，在一次裝卡條件下，幾乎可完成工件全部需要加工部件的，因此一臺這樣的數控機床可替代5～7臺普通機床；數控機床可實現普通機床難以實現的復雜形面加工優勢。因此，目前世界上各工業發達國家均把發展數控機床作為實現機械工業技術革新的戰略重點。

3 傳感器在汽車中的應用

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。在機電一體化系統中，傳感器處系統之首，其作用相當于系統感受器官，能快速、精確地獲取信息，并能經受嚴酷環境考驗，是機電一體化系統達到高水平的保證，如缺少這些傳感器對系統狀態和對信息精確而可靠的自動檢測，系統的信息處理，控制決策功能就無法談及和實現。現代汽車技術發展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。根據傳感器的作用，可以分類為測量溫度、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，一旦某個傳感器失靈，對應的裝置工作就會不正常，甚至不工作，因此，傳感器在汽車上的作用是很重要的。

4 微特電機在汽車中的應用

除了汽車發電機、起動機外，隨著汽車向著舒適化、人性化的要求發展，應用了大量不同規格的永磁直流電動機。如散熱風扇、洗滌器、雨刮器、玻璃升降器、汽車空調器、燃油泵、后視鏡、電動天窗、電動座椅、門窗、音響產品等配套產品，在發動機底盤的閥門，節氣門和速度表中也應用了永磁步進電機，在電動助力轉向系統（EPS）中還應用了旋轉變壓器和無刷力矩電動機，隨著汽車部件的電動化，自動化程度不斷提高和對汽車微特電機的噪音、電磁兼容、效率的高要求，將采用永磁無刷直流電動機替代有刷的永磁直流電動機。

隨著汽車技術的不斷發展，特別是汽車電子系統的廣泛應用，電動化驅動系統逐步替代傳統的機械系統，在各種檔次的汽車中大量采用各種不同類型和規格的微特電機。微特電機全稱微型特種電機，簡稱微電機，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。微特電機常用于控制系統中，實現機電信號或能量的檢測、解算、放大、執行或轉換等功能，或用于傳動機械負載，也可作為設備的交、直流電源。汽車微特電機以年遞增高10%的需求量增長，高級型轎車需40～50臺，豪華轎車多達70～80臺，汽車尤其是轎車已成為微特電機的一大應用領域。

為了適用汽車有限的空間和移動的環境，要求汽車用微特電機具有一系列的特點：1.低電壓大電流

汽車上的電源由發動機驅動交流發電機后向蓄電池充電獲得，電壓一般為直流14V，所以汽車微特電機大部分是低電壓的直流電動機，其工作電流都較大。

2.工作電壓波動大

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

3.環境條件苛刻

汽車微特電機與工業用，家用電器用和微特電機相比較，環境條件更為苛刻，應滿足耐、耐沖擊振動、防水、防腐蝕等要求，能在環境-40℃～+80℃下正常工作，例如在四輪操縱系統中使用的混合式步進電動機，由于安裝在汽車底盤上，所以要求耐振動6g，耐沖擊150g，并在結構上采取防水和通風的措施。

4.“三防”及防塵性能好

汽車作為一種交通工具，要求電機具有良好的防潮，防霜，防鹽霧及防塵的性能，有消除無線電干擾的措施。直流電動機因換向器和電刷摩擦產生的火花會造成元線電干擾，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，發動機的負載也增加了，從而使耗電量上升，當耗電量增加10W時，汽車的耗油成本增加0.3%～0.6%，為了節約耗油量，就要求汽車微特電機效率高，功率重量比大。

汽車微特電機的這些應用特點，要求在設計、工藝、材料、生產技術和裝備等方面更為先進。

綜上所述，機電一體化新技術、新產品在現代汽車和汽車制造廠中得到了廣泛應用，對汽車工業的發展十分重要。

參考文獻

[1]廖常韌.可編程序控制器應用技術[M]. 重慶：重慶大學出版社，2002