機(jī)電一體化技術(shù)在汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

劉波

北方工業(yè)學(xué)校 遼寧省盤錦市 124021

這是一個科技變革的時代。第四次工業(yè)革命的浪潮即將到來，未來的十幾年里，人工智能技術(shù)將會有更近一步的擴(kuò)展，也勢必帶來一場技術(shù)革新。這無疑會對汽車行業(yè)帶來巨大影響。“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，技術(shù)的變革往往推動著整個時代的進(jìn)步。數(shù)字化管理、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)，每一個時代熱詞都無疑彰顯著未來的科技方向。這幾十年來，計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一部分，今天的智能化生活是十幾年前的人們所不敢想象的，而未來幾十年里，也將會有更多的技術(shù)革新，甚至是我們以前無法想象的場景都將會出現(xiàn)。

機(jī)電一體化是計(jì)算機(jī)與機(jī)電的“友好”融合，它們的結(jié)合催生了機(jī)電一體化技術(shù)，這對于整個機(jī)械行業(yè)而言，具有里程碑式的意義。它在很大程度上促進(jìn)了機(jī)械行業(yè)的智能化，既提高了機(jī)械行業(yè)效率又提升了機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量。對汽車領(lǐng)域而言，機(jī)電一體化技術(shù)是汽車在新時代發(fā)展的重要技術(shù)，是促進(jìn)汽車行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)之一。

1 機(jī)電一體化的含義及其發(fā)展歷程

機(jī)電一體化技術(shù)的一個重要基礎(chǔ)就是機(jī)電工程系統(tǒng)，人們常常也會稱機(jī)電一體化為機(jī)械電子工程，它將機(jī)械工程與自動化、計(jì)算機(jī)技術(shù)巧妙地融合在一起，使得機(jī)械產(chǎn)品更加智能化，其最高境界即是達(dá)到人機(jī)合一。

機(jī)電一體化一詞最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化逐漸滲透到機(jī)械行業(yè)的方方面面，被人們普遍接受和運(yùn)用。后來計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得全世界范圍內(nèi)發(fā)展了巨大變革。互聯(lián)網(wǎng)時代到來了，地球不再是一個龐然大物，如今它已經(jīng)有了一個新的代名詞，那就是地球村。計(jì)算機(jī)技術(shù)極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，尤其是近十幾年，它涉及的范圍、包含的內(nèi)容可以說是非常的全面了。

當(dāng)今時代的機(jī)電一體化對比最初的簡單定義，拓寬了很多。機(jī)電一體化成為眾多技術(shù)的綜合，它將信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、自動控制技術(shù)等多方面技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，運(yùn)用到我們的現(xiàn)實(shí)生活中，才有了現(xiàn)在這么多智能化、自動化設(shè)備。機(jī)電一體化產(chǎn)品有著鮮明的特點(diǎn)，首先其功能多種多樣、較為齊全，包括自動報(bào)警、自動監(jiān)控等等，對比早期機(jī)械產(chǎn)品有了明顯的進(jìn)步；其次，機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)效率更高、質(zhì)量更好，科技的進(jìn)步使得機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)速度迅速提高，人工智能代替了以前低效率、出錯率較高的人力生產(chǎn)，加工更加精密，設(shè)備質(zhì)量也更好；此外，機(jī)電一體化產(chǎn)品的安全性也提高了很多，如今大多數(shù)自動化生產(chǎn)設(shè)備，毋庸置疑，可以說都是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)有了幾十年的歷史。它的發(fā)展歷程大致可以分為三個階段：第一個階段是在十九世紀(jì)六十年代到七十年代，這一階段的一個顯著特征是電子技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用，電子控制噴射燃油就是這個階段的重大成果；第二個階段是十九世紀(jì)七十年代到九十年代，這20年間，機(jī)電一體化在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是與大規(guī)模集成電路有關(guān)；第三個階段就是從九十年代到現(xiàn)在，這一階段的機(jī)電一體化技術(shù)有了更大的進(jìn)步和發(fā)展，其所包含的內(nèi)容也越來越豐富，其顯著特征就是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息技術(shù)，使得汽車制造更加智能化、更能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求、更能滿足市場的實(shí)際需要。從機(jī)電一體化技術(shù)這三個階段的特征也可以看到技術(shù)對于改革與發(fā)展的重要性。汽車的發(fā)展離不開機(jī)電一體化技術(shù)的日臻成熟，也離不開其他科學(xué)技術(shù)的支持。由此也可以預(yù)見，人工智能技術(shù)將會給機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展帶來極大影響，很有可能會給汽車行業(yè)帶來一個全新的前景。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

汽車的驅(qū)動系統(tǒng)較為復(fù)雜，一個好的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)對汽車的價格、壽命等等影響很大。汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要由同步器、萬向節(jié)、差速器、粘性耦合器這幾個模塊組成。隨著科技的進(jìn)步，汽車的設(shè)計(jì)也越來越人性化，機(jī)電一體化的觀念逐漸融入進(jìn)了汽車的每一個設(shè)計(jì)中。比如，在舊式變速器的換擋設(shè)計(jì)中，要求具備“兩腳離合”的方式，升檔時要求在掛空擋的位置停留片刻，減檔時要求在空擋位置加油門，這樣的設(shè)計(jì)剛開始還能滿足人們需求，畢竟剛開始有車。但漸漸地人們就發(fā)現(xiàn)了它的弊端：操作太過復(fù)雜、過程太過繁瑣，不僅給那些反應(yīng)不太靈敏的駕駛員帶來了行車危險和不夠便捷的駕駛體驗(yàn)；也使那些想學(xué)車的人“望而卻步”，被這個復(fù)雜的操作給難住；當(dāng)然，也影響了汽車市場的不斷擴(kuò)大。所以很快，它就被更先進(jìn)的技術(shù)所取代了：同步器就在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。換擋時，只需要通過同步器使齒輪達(dá)到一致的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)順利嚙合。這種人性化的設(shè)計(jì)就是機(jī)電一體化技術(shù)在汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要應(yīng)用。機(jī)電一體化，它的最重要的目的就是使設(shè)備使用者能夠更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械設(shè)備的有機(jī)統(tǒng)一。隨著汽車的普及，人們對于駕駛車輛的體驗(yàn)和要求也會越來越高，人機(jī)合一就是其最高境界，這也是當(dāng)今機(jī)電一體化技術(shù)研究人員所追求的。

當(dāng)然，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用不單單在同步器的設(shè)計(jì)上，在驅(qū)動系統(tǒng)的其他組成部分也有體現(xiàn)。汽車是一個運(yùn)動中的物體，這種“運(yùn)動”特性，決定了它的設(shè)計(jì)將會是復(fù)雜多樣的，機(jī)電一體化技術(shù)工作者要充分考慮它在行駛過程中可能遇見的種種問題。在最初的汽車設(shè)計(jì)中，是沒有萬向節(jié)這樣的配置的。汽車行駛時，尤其是在路面崎嶇的地方行駛，就會在路面上產(chǎn)生跳動，從而導(dǎo)致負(fù)荷變化，或者造成兩個總成安裝位置出現(xiàn)差異，使變速器的輸出軸與驅(qū)動橋主減速器的輸入軸的夾角和距離發(fā)生變化，產(chǎn)生這樣的變化極有可能導(dǎo)致車的性能不好，驅(qū)動力不夠，甚至在行車過程中出現(xiàn)危險。機(jī)電一體化工作者以“以變應(yīng)變”的思想設(shè)計(jì)出了萬向節(jié)，解決了這個問題。他們在研究中還發(fā)現(xiàn)，汽車拐彎時車輪的軌跡是弧線，這樣，要平穩(wěn)地拐彎就必須使左右兩邊的車輪保持不一樣轉(zhuǎn)速，普通差速器就是在這樣的需求下設(shè)計(jì)出來的。作為汽車驅(qū)動系統(tǒng)的重要組成部件，差速器主要應(yīng)用于于汽車行駛在非直線或非平坦路面時，它的主要功能是將汽車前部的兩個驅(qū)動輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)，以保證車輛在拐彎或者崎嶇路面行駛時，輪胎與地面摩擦力為滑動摩擦力，從而提高汽車的安全性能。

驅(qū)動系統(tǒng)的另一組成部分是粘性耦合器，它是利用液體的粘性或者油膜的剪切作用來傳遞動力的。汽車工作時，有時要求需要傳遞出很大功率的液體粘性傳動裝置，粘性耦合器就可以滿足這樣的功能。在粘性耦合器的設(shè)計(jì)中，液體粘度、厚度，包括平板的移動速度，都是借助現(xiàn)代化的儀器和設(shè)備設(shè)計(jì)出來的，既考慮了車輛在行駛過程中的安全問題，同時也將車輛啟動時，駕駛員在車內(nèi)感受到的顛簸狀況、用車感受進(jìn)行綜合考量。當(dāng)然，絕大部分機(jī)械產(chǎn)品的初始模樣都是較為粗糙的，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才達(dá)到更符合人體感受的設(shè)計(jì)狀態(tài)。

在機(jī)電一體化的應(yīng)用背景下，汽車的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來越趨于成熟。科技的進(jìn)步是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的催化劑，如今的驅(qū)動系統(tǒng)能耗更低、性能也更加穩(wěn)定。技術(shù)的提高也促進(jìn)了生產(chǎn)、加工水平的提高，汽車已經(jīng)從奢侈品行列變?yōu)槿藗兩町?dāng)中的必需品。倒車?yán)走_(dá)、車內(nèi)GPS導(dǎo)航、車載空調(diào)以及自動擋的出現(xiàn)，無不彰顯著機(jī)電一體化的應(yīng)用。這些高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用極大地提升了人們的用車體驗(yàn)，同時也使汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展。近幾年來，由于綠色環(huán)保意識的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動車的研究也越來越多，現(xiàn)實(shí)生活中電動車的使用也受到了越來越多人的歡迎。電動自行車、電動汽車，還有更多電動產(chǎn)品，也必將會在未來伴隨技術(shù)進(jìn)步、電動產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代和日趨完善，最終呈現(xiàn)在人們眼前、不再遙不可及。

綜上所述，隨著汽車的不斷普及、人民對美好生活需要不斷提高，汽車的設(shè)計(jì)勢必會越來越嚴(yán)謹(jǐn)。盡管目前汽車設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，但仍有很大發(fā)展空間。未來的汽車，肯定會更加智能化、人性化、自動化；未來的出行，不僅會更加便利、更加高效，同時會更加節(jié)能、更加環(huán)保。機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)生離不開其他科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。新技術(shù)的產(chǎn)生就是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的新的動力源泉。未來的汽車制造肯定會更加先進(jìn)，未來的驅(qū)動系統(tǒng)也會隨著機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步變得更加穩(wěn)定，安全性更高，耗能更低。