浅析机电一体化技术在汽车中的应用

张欣荣

摘 要：机电一体化技术作为机械、电子以及计算机等多门学科的交叉领域，近年来开始得到人们的普遍重视，尤其是随着汽车行业的迅速发展，机电一体化技术得到了广泛的应用，使得汽车在驾驶性能、安全性以及舒适性等方面得到了较大的提高，推动了汽车产业的发展。文章主要以发动机控制系统、电子制动系统、倒车雷达以及倒车影像系统等为例，对机电一体化技术在汽车中的应用进行了简要的分析与阐述。

关键词：机电一体化；汽车；电子制动系统

1 概述

随着信息技术的不断发展，机电一体化技术的优势越来越得到人们的认可，在生产生活的诸多领域中都得到了广泛的应用。纵观汽车行业的发展历史，从蒸汽时代、内燃机时代、电气时代再到如今的信息时代，汽车的发展历史也是机电一体化技术的应用发展史，尤其是随着信息技术的不断发展，倒车影像、自动泊车、抬头显示等技术的应用使得机电一体化技术在汽车中的应用不断被人们赋予崭新的定义。本文主要以发动机控制系统、电子制动系统、倒车雷达及倒车影像系统为例，对机电一体化技术在汽车中的应用进行分析与阐述。

2 机电一体化技术的简介

机电一体化技术是融合机械、电子、计算机等多门学科所实现的一体化应用技术，其以特定功能的实现为导向，通过机械装置、电子装置等的有机组合，形成了有机的整体，从而满足了人们的使用需求。机电一体化技术通过机械系统与电子系统的有机结合，赋予了装置全新的性能，使其能够更好地满足用户的使用需求。随着信息技术的迅速发展，机电一体化技术已经在生产生活的诸多领域得到了广泛的应用，数控机床、机器人、跑步机等都是机电一体化技术应用的典范。

3 机电一体化技术在汽车中的应用

随着机电一体化技术的不断发展，其在汽车行业中也得到了广泛的应用，从历史角度来看，机电一体化技术在汽车中的应用主要可以分为三个阶段：第一阶段是二十世纪六十到七十年代期间，机电一体化技术在汽车中的应用主要体现在对汽车机械装置的改善中，电控燃油喷射、电动助力转向等技术开始得到应用；第二阶段是八十到九十年代期间，随着集成电路的广泛应用，其在汽车中也得到了一定的应用，解决了机械装置难以实现的汽车控制难题，大大提高了汽车行驶的安全性；第三阶段是二十世纪末至今，随着信息技术特别是网络技术的不断发展，机电一体化技术在汽车中的应用更为成熟广泛，推动汽车不断向自动化、智能化方向发展。

3.1 发动机控制系统

发动机控制系统的核心是发动机控制单元ECU，其普遍配置于各类汽车的发动机之中，通过压力传感器、速度传感器以及温度传感器等，对发动机的状态进行实时监测，并对发动机的状态及时进行调整，确保发动机始终运行于最佳状态下。发动机控制系统形成了自闭环的控制系统，其通过对空气燃料比、点火时间以及排气等的实时监测，对空气燃料比进行调节，并将结果反馈至ECU，从而保证最优的空气燃料比，大大提高了发动机的节能性与稳定性。当空气燃料比过高时，燃料较少不利于点火，而当空气燃料比较低时，氧气不足将导致燃料的燃烧不充分，一方面造成了燃料的浪费，另一方面产生了大量的一氧化碳、碳化氢等有毒气体，对环境造成了严重的污染。过高过低的空气燃料比都对发电机的寿命有着不利的影响，因此发动机控制系统的应用通过最优空气燃料比的控制，能够保证发动机始终运行于最佳状态下，不仅提高了发动机的燃烧效率，更有效延长了发动机的使用寿命。

3.2 电子制动系统

汽车的电子制动系统主要包括BBW系统、ABS系统以及ASR系统三大部分。

BBW系统的应用改变了传统制动系统的机械构造，刹车脚踏板到刹车片间传递的不再是液压信号，而是通过电信号进行传播，不仅有效缩短了机械装置的制动反映时间，更大大提高了制动系统的可靠性。BBW系统主要由电子踏板模块、ECM控制模块以及制动模块三部分组成，当驾驶者踩下刹车板时，电子踏板模块将其转换为电信号，并将信号传递至ECM控制模块，ECM控制模块通过分析判断后向制动模块发出信号，控制启动制动电机，通过制动器活塞将制动片按压到制动盘上进行制动；相反地，当驾驶者松开刹车板时，电子踏板模块也将其转换为电信号并传递至ECM控制模块，控制模块判断驾驶员松开脚踏板后向制动模块发出信号，控制制动电机反转释放制动活塞压力，此时制动片将脱离制动盘，汽车恢复行驶状态。

随着汽车行驶速度的不断提升，对制动能力的要求越来越高，为了实现更短的制动距离，单纯的后轮制动已经无法满足汽车的制动需求，制动装置也开始在前轮得到配置。当汽车发生急刹车时，前轮增重后轮减重以及后轮抱死的现象对制动过程中车辆的方向控制十分不利，容易发生失控事故，因此ABS系统应用而生，其在BBW系统的基础上，进一步提高了汽车的制动能力。ABS系统在汽车制动时，通过传感器对各制动轮的运动状态进行检测，并通过运动状态计算得到各制动轮的最佳制动力矩，从而有效避免了轮上抱死现象，大大提高了汽车制动过程中的控制性与稳定性，减少了汽车的制动距离，有效增强了汽车制动过程中的安全性。ABS系统的控制框图如图1所示。

在ABS系统的基础上，ASR系统又被人们提出，有效解决了汽车行驶及制动过程中出现的驱动轮打滑现象。在雨雪天气后，路面的摩擦力大大减小，汽车加速或制动时经常发生打滑现象，当汽车采用后轮驱动时，驱动轮打滑将导致车辆甩尾，而当汽车采用前轮驱动时，驱动轮打滑将导致车辆的失控。在汽车制动或转弯过程中，驱动轮的打滑现象将导致车身向一侧偏移，容易导致事故的发生。ASR系统通过对驱动轮转速的实时监测，一旦发生某一驱动轮转速异常增大时，即认为该驱动轮发生了打滑现象，此时自动控制降低发动机的转速，对打滑的驱动轮进行制动，保持与路面状况相适应的最佳动力輸出，能够有效避免打滑造成的安全事故。

3.3 倒车雷达及倒车影像

机电一体化技术的应用除了带来安全性上的提高外，还大大改善了驾驶者的驾驶体验。由于视野盲区的限制，驾驶者在倒车时无法准确及时地感知车辆后部信息，往往需要有人下车指引，倒车雷达与倒车影像的应用使得驾驶者的倒车操作变得更为便捷。

倒车雷达主要有超声波传感器、控制器及蜂鸣器三部分组成。超声波传感器主要分布于汽车车尾的保险杠上，在汽车倒车时向外发出超声波，并接收外部物体的反射回波，并将相关信息传递至控制器；控制器通过对信息的处理判断车辆与障碍物的距离，并根据距離的远近控制蜂鸣器按照特定的频率发出警报，为驾驶者提供相应的距离信息。

与倒车雷达相比，倒车影像所提供的倒车信息更为直观形象。当驾驶者进行倒车时，车尾处的倒车摄像头自动打开，对车后方的路面信息进行拍摄，并将视频信号实时传输至车辆的显示屏上，驾驶者通过显示屏即可准确把握车辆后方的路面信息，从而使得倒车操作更为便捷。

4 汽车行业中机电一体化技术的发展趋势

随着信息化时代的到来，机电一体化技术在各行各业中得到了越来越多的应用，发挥了越来越重要的作用，从汽车行业来看，机电一体化技术的应用主要呈现出标准化、智能化、网络化的发展趋势。

标准化。机电一体化的汽车产品种类繁多，不同产品的机械接口、电气接口各不相同，这就导致汽车在配置机电一体化产品时需要进行复杂的适配操作以保证产品能够正常运行，因此数据的标准化、接口的标准化正逐步成为机电一体化技术的发展趋势。

智能化。随着机器学习、人工智能的迅速发展，智能化已成为机电一体化的重要发展方向，并在汽车中取得了广泛的应用。自动泊车技术、自动导航技术已经得到了较为广泛的应用，甚至无人驾驶技术也将逐步走向应用。

网络化。信息化时代下万物互联将成为不可逆转的大趋势，汽车作为人们日常生活中的重要交通工具，也是信息网络中的重要一环，通过网络化驾驶者可以实现汽车的远程控制与监视，并利用大数据进一步提高汽车行驶的安全性。

5 结束语

本文主要以发动机控制系统、电子制动系统以及倒车雷达、倒车影像系统为例，简要分析了机电一体化技术在汽车中的应用，相信随着信息技术的不断发展，机电一体化技术必将在汽车行业中得到越来越广泛的应用。

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