1、機(jī)電液一體化在汽車上的應(yīng)用摘要：隨著科學(xué)的發(fā)展，人們生活水平不斷的提高，汽車已不再是一種奢侈品，它正在以飛快的速度步入千家萬戶，隨之而來的汽車新技術(shù)革命愈演愈烈。本文簡介了機(jī)電液一體化技術(shù)及在汽車上的應(yīng)用。從電控發(fā)動機(jī)，助力轉(zhuǎn)向，電子穩(wěn)定系統(tǒng)，自動變速器入手鮮明地展現(xiàn)了現(xiàn)代新技術(shù)（機(jī)電液一體化技術(shù)）給汽車帶來的巨大變化以及給人們生活帶來的便利。關(guān)鍵詞：機(jī)電液一體化技術(shù)；電控發(fā)動機(jī)；電子穩(wěn)定系統(tǒng)；自動變速器機(jī)電液一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)、液壓技術(shù)和微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它是在融合了機(jī)械、液壓、計(jì)算機(jī)、傳感器、自動控制等多門科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興科學(xué)。用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控在關(guān)鍵

2、部位設(shè)置傳感器對汽車上的發(fā)動機(jī)燃油、冷卻、潤滑、充電系統(tǒng)及行走、振動，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等的溫度、壓力、流量諸參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；借助看門狗電路和電腦監(jiān)控分析進(jìn)行異常報(bào)警，利用微電腦控制器對整機(jī)上的開關(guān)、繼電器、電磁閥進(jìn)行檢測、診斷并分析出故障代碼，維修人員利用監(jiān)控器讀取故障碼，便于快速排除故障。機(jī)電液一體化技術(shù)主要包括：（1）整機(jī)的電子控制。隨著電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和應(yīng)用，以微機(jī)器為核心的各種控制系統(tǒng)已經(jīng)非常普遍，使整機(jī)的結(jié)構(gòu)更簡單，操縱更方便，可靠性更高。如仿型控制，操縱控制，電液控制，無限遙控，智能控制等。（2）發(fā)動機(jī)的電子控制。發(fā)動機(jī)是工程機(jī)械的動力源，隨著更高要求的

3、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)如歐標(biāo)準(zhǔn)、歐標(biāo)準(zhǔn)的出臺，環(huán)保型的電噴發(fā)動機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。另外，電噴發(fā)動機(jī)還節(jié)約了能源，更好地實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動機(jī)的柔性控制。具體包括發(fā)動機(jī)的油門控制，發(fā)動機(jī)的功率匹配控制，發(fā)動機(jī)工況和電控泵的監(jiān)測與控制，燃油噴射控制，冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的監(jiān)測與保護(hù)等。（3）行走系統(tǒng)的電子控制。大大提高了工程機(jī)械行走的靈活性，如自動調(diào)速，恒速控制，全輪獨(dú)立自動轉(zhuǎn)向，直線行駛控制，原地轉(zhuǎn)向控制，功率分配控制等。（4）工作裝置的電子控制。如攤鋪機(jī)的自動找平控制和螺旋分料控制，拌合站的自動稱量控制，壓路機(jī)自動調(diào)頻和調(diào)幅控制，旋挖鉆機(jī)的自動回位和桅桿調(diào)平控制，水平定向鉆的自動裝卸鉆桿控制等。一、機(jī)電液一體化技術(shù)在

4、汽車發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用汽車發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況是多變的，只有電子控制的靈活性和電腦強(qiáng)有力的綜合處理功能，才能使汽車發(fā)動機(jī)在各種運(yùn)行工況下都實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化運(yùn)行，從而提高發(fā)動機(jī)的性能。1.提高發(fā)動機(jī)的動力性 在汽油發(fā)動機(jī)上，電控燃油噴射系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的化油器式燃料供給系統(tǒng)，減小了進(jìn)氣系統(tǒng)中的進(jìn)氣阻力，部分發(fā)動機(jī)上還采用了進(jìn)氣控制系統(tǒng)等，提高了充氣效率，另外，電控系統(tǒng)可保證進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸的空氣得到充分利用，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性。2.提高發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性 在各種運(yùn)行工況和運(yùn)行環(huán)境下，電控系統(tǒng)均能精確控制發(fā)動機(jī)工作所需的混合氣濃度，使燃燒更完全、燃油利用更充分，從而提高發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。3.改善發(fā)動機(jī)的加速

5、或減速性能 在加速或減速的過渡工況下，電子控制單元的高速處理功能使控制系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)，使汽車加速或減速反應(yīng)更靈敏。4.改善發(fā)動機(jī)的起動性能 在發(fā)動機(jī)起動和暖機(jī)過程中，控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機(jī)的溫度變化，對進(jìn)氣量和供油量進(jìn)行精確控制，從而保證發(fā)動機(jī)順利起動和平穩(wěn)經(jīng)過暖機(jī)過程，可明顯改善發(fā)動機(jī)的低溫起動性能和熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能。5.降低排放污染 電控系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)在各種運(yùn)行工況和運(yùn)行環(huán)境下的優(yōu)化控制，提高了燃油質(zhì)量，同時各種排放控制系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，也都使發(fā)動機(jī)的排放污染大大降低。6.故障發(fā)生率大大降低 電控系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)各種運(yùn)行工況的優(yōu)化控制和電控系統(tǒng)的不斷完善，使發(fā)動機(jī)的故障發(fā)生率大大降低。自我診斷與報(bào)

6、警系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了故障診斷的速度和準(zhǔn)確性，縮短了汽車因發(fā)動機(jī)故障而停駛的時間，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。2. 應(yīng)用在汽車發(fā)動機(jī)上的電子控制系統(tǒng) 目前應(yīng)用在汽車發(fā)動機(jī)上常用的電子控制系統(tǒng)主要有:電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)、怠速控制系統(tǒng)、進(jìn)氣控制系統(tǒng)、排放控制系統(tǒng)、增壓控制系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)、警告提示系統(tǒng)、自診斷與報(bào)警系統(tǒng)、失效保護(hù)系統(tǒng)和應(yīng)急備用系統(tǒng)。1電控燃油噴射系統(tǒng) 在電控燃油噴射系統(tǒng)（EFI）中，噴油量的控制是最基本的也是最重要的控制內(nèi)容，電子控制單元（ECU）（簡稱電控單元）主要是根據(jù)進(jìn)氣量確定基本的噴油量，再根據(jù)其他傳感器（如冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等）信號對噴油量進(jìn)

7、行修正，使發(fā)動機(jī)在各種運(yùn)行工況下均能獲得最佳濃度的混合氣，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。除噴油量控制外，電控燃油噴射系統(tǒng)還包括供油正時控制、斷油控制和燃油泵控制。.2電控點(diǎn)火系統(tǒng) 電控點(diǎn)火系統(tǒng)最基本的功能是控制點(diǎn)火提前角。該系統(tǒng)根據(jù)各相關(guān)傳感器信號判斷發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況和運(yùn)行條件，選擇最理想的點(diǎn)火提前角點(diǎn)燃混合氣，改善發(fā)動機(jī)的燃燒過程，以實(shí)現(xiàn)提高發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染的目的。此外，電控點(diǎn)火系統(tǒng)還具有通電時間控制和爆燃控制功能。 3.怠速控制系統(tǒng) ，怠速控制系統(tǒng)是發(fā)動機(jī)輔助控制系統(tǒng)，其功能是在發(fā)動機(jī)怠速工況下，根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、空調(diào)壓縮機(jī)是否工作、變速器是否掛入擋位等狀況

8、，并通過怠速控制閥對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量進(jìn)行控制，使發(fā)動機(jī)隨時以最佳怠速轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。.4.進(jìn)氣控制系統(tǒng)進(jìn)氣控制系統(tǒng)的功能是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行控制，以提高發(fā)動機(jī)的充氣效率，從而改善發(fā)動機(jī)的動力性。 .5.排放控制系統(tǒng) 排放控制系統(tǒng)的功能主要是對發(fā)動機(jī)排放控制裝置的工作實(shí)行電子控制。排放控制的項(xiàng)目主要包括:廢氣再循環(huán)控制，活性炭罐電磁閥控制，氧傳感器和空燃比閉環(huán)控制，二次空氣噴射控制等。6.增壓控制系統(tǒng)增壓控制系統(tǒng)的功能是對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓裝置的工作進(jìn)行控制。在裝有廢氣蝸輪增壓裝置的汽車上，ECU根據(jù)檢測到的進(jìn)氣管壓力，對增壓裝置進(jìn)行控制，從而控制進(jìn)氣增壓的強(qiáng)度。 7.巡航控制系統(tǒng)

9、 巡航控制系統(tǒng)的功用是駕駛員設(shè)定巡航控制模式后，ECU根據(jù)汽車運(yùn)行工況和運(yùn)行環(huán)境信息，自動控制發(fā)動機(jī)工作，使汽車自動維持在一定的車速進(jìn)行行駛。.8.警告提示系統(tǒng) 由ECU控制各種指示和報(bào)警裝置，一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能及時發(fā)出信號以警告提示，如氧傳感器失效、油箱油溫過高等。 9.自診斷與報(bào)警系統(tǒng) 在發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)中，電子控制單元（ECU）都具有自診斷系統(tǒng)，對控制系統(tǒng)各部分的工作情況進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)ECU檢測到來自傳感器或輸送給執(zhí)行元件的故障信號時，立即點(diǎn)亮儀表盤上的“CHECK ENGING”燈（俗稱故障指示燈），以提示駕駛員發(fā)動機(jī)有故障;同時，系統(tǒng)將故障信息以設(shè)定的數(shù)碼（故障碼）形式儲存在

10、儲存器中，以便幫助維修人員確定故障類型和范圍。對車輛進(jìn)行維修時，維修人員可通過特定的操作程序（有些需借助專用設(shè)備）調(diào)取故障碼。故障排除后，必須通過特定的操作程序清除故障碼，以免與新的故障信息混雜，給故障診斷帶來困難。 10.失效保護(hù)系統(tǒng) 失效保護(hù)系統(tǒng)的功能主要是當(dāng)傳感器或傳感器線路發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)自動按電腦中預(yù)先設(shè)定的參考信號值工作，以便發(fā)動機(jī)能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如:冷卻液溫度傳感器電路有故障時，可能會向ECU輸入低于-50或高于139的冷卻液溫度信號，失效保護(hù)系統(tǒng)將自動按設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)冷卻液溫度信號（80）工作，否則會引起混合氣過濃或過稀，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不能工作。此外，當(dāng)對發(fā)動機(jī)工作影響較大的傳感器或電

11、路發(fā)生故障時，失效保護(hù)系統(tǒng)則會自動控制發(fā)動機(jī)停止工作。如:ECU收不到點(diǎn)火控制器返回的點(diǎn)火確認(rèn)信號時，失效保護(hù)系統(tǒng)則會立即停止燃油噴射，以防大量燃油進(jìn)入汽缸而不能點(diǎn)火工作。11.應(yīng)急備用系統(tǒng) 應(yīng)急備用系統(tǒng)的功能是當(dāng)控制系統(tǒng)電腦發(fā)生故障時，自動啟用備用系統(tǒng)（備用集成電路），按設(shè)定的信號控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)入強(qiáng)制運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以防止車輛停駛在路途中。應(yīng)急備用系統(tǒng)只能維持發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本功能，但不能保證發(fā)動機(jī)的性能。除上述控制系統(tǒng)外，應(yīng)用在發(fā)動機(jī)上的電控系統(tǒng)還有冷卻風(fēng)扇控制、配氣正時控制、發(fā)電機(jī)控制等。應(yīng)當(dāng)說明的是，上述各控制系統(tǒng)在不同的汽車發(fā)動機(jī)上，只是或多或少地被采用。此外，隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，發(fā)

12、動機(jī)控制系統(tǒng)的功能必將日益增加。早期的各種車用電控系統(tǒng)均是相互獨(dú)立的，由于電子技術(shù)的發(fā)展水平有限，一個電子控制系統(tǒng)只能單獨(dú)對汽車的某一功能進(jìn)行控制。采用多個控制系統(tǒng)，就要用多個電子控制單元（ECU），而幾個控制系統(tǒng)都需要同一個傳感器信號時，還需要設(shè)置幾個同樣的傳感器，因此造成控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的線路復(fù)雜，成本較高，維修困難。此外，采用獨(dú)立控制系統(tǒng)，很難實(shí)現(xiàn)全面的綜合優(yōu)化控制，控制效果也較差。現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用的是集中控制系統(tǒng)，它是將多種控制功能集中到一個控制單元上，使汽車上的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和線路大大簡化，成本也隨之降低，為電控技術(shù)在汽車上的推廣提供了有利條件。而通過汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的信息通訊，完成系統(tǒng)之間

13、的各種必要的信息傳送與接收，實(shí)現(xiàn)高度集中控制及集中故障診斷的“整車控制技術(shù)”也是汽車電子控制技術(shù)的必然趨勢。表1-1列出了世界主要汽車公司電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況。二、機(jī)電液一體化技術(shù)在汽車底盤上的應(yīng)用除發(fā)動機(jī)控制外，近幾年電子技術(shù)在底盤控制系統(tǒng)上的應(yīng)用也得到飛躍式的發(fā)展。新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用主要有以下幾個目的:增加各種動力性能（包括牽引性、制動性和操縱和行使穩(wěn)定性）、增強(qiáng)安全性、改進(jìn)燃油經(jīng)濟(jì)性、提高舒適性、降低排放、保護(hù)環(huán)境。預(yù)計(jì)在最近幾年里，電子系統(tǒng)的價(jià)值成本將會上升到占整車的15%左右。產(chǎn)品開發(fā)在底盤控制系統(tǒng)的產(chǎn)品發(fā)展過程中，當(dāng)前的設(shè)計(jì)趨勢是使控制系統(tǒng)一體化，即將多個影響汽車動態(tài)性能的子控制

14、系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合、協(xié)調(diào)、指導(dǎo)、信息共享和性能優(yōu)化，從而得到“一體式”的汽車控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電子底盤控制系統(tǒng)中，具有挑戰(zhàn)性的工作主要在于：（a）控制器（包括控制軟件和硬件）的設(shè)計(jì)，（b）機(jī)電驅(qū)動器的設(shè)計(jì)，（c）汽車狀態(tài)參數(shù)的估算。盡管如此，在汽車控制系統(tǒng)的開發(fā)上，目前具有以下幾個很關(guān)鍵的技術(shù)條件，有助于電子底盤控制系統(tǒng)產(chǎn)品和市場的進(jìn)一步發(fā)展：傳感器：即可靠又便宜的新傳感器在市場上的出現(xiàn)和應(yīng)用；點(diǎn)在技術(shù)：微處理器內(nèi)存和計(jì)算速度的迅速提高；液壓控制閥：具有生產(chǎn)精度高、反應(yīng)快、價(jià)格低的液壓控制閥的能力；故障檢測和故障安全：傳感器和液壓系統(tǒng)的自我故障檢測能力，以及故障安全能力的發(fā)展和成熟；開發(fā)工具：RD

15、S(快速開發(fā)系統(tǒng))和汽車動力學(xué)的模擬能力。EPS就是英文Electric Power Steering的縮寫,即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電

16、子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)距電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時，電子控制單元不向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，電動機(jī)不工作。1、節(jié)能環(huán)保 由于發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，液壓泵始終處于工作狀態(tài)，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使整個發(fā)動機(jī)燃油消耗量增加了35，EPS幾乎不直接消耗發(fā)動機(jī)燃油。EPS不存在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的燃油泄漏問題，EPS通過電子控制，對環(huán)境幾乎沒有污染，更降低了油耗。 2、安裝方便 EPS的主要部件可以配集成在一起，易于布置，與液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比減少了許多元件，沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流

17、量控制閥、儲油罐等，元件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時間。 3、效率高 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率一般在60%70%，而EPS的效率較高，可高達(dá)90以上。 4、路感好 傳統(tǒng)純液壓動力轉(zhuǎn)向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅(qū)動力大，但卻不能實(shí)現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后特性可以通過EPS控制器的軟件加以補(bǔ)償，使汽車在各種速度下都能得到滿意的轉(zhuǎn)向助力。 5、回正性好 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不僅操作簡便，還可以通過調(diào)整EPS控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車操縱的穩(wěn)定性和舒適性?？偨Y(jié) 本文介紹了機(jī)電液一體化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用：在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用、在底盤上的應(yīng)用、在汽車穩(wěn)定系統(tǒng)上的應(yīng)用、在自動變速器上的應(yīng)用。還介紹了電液一體化技術(shù)在汽車上的應(yīng)用存在的不足及解決方案。 對于未來，機(jī)電液一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為汽車行業(yè)的一種趨勢。從電控發(fā)動機(jī)，助力轉(zhuǎn)向，電子穩(wěn)定系統(tǒng)，自動變速器入手鮮明地展現(xiàn)了現(xiàn)代新技術(shù)（機(jī)電液一體化技術(shù)）給汽車帶來的巨大變化以及給人們生活帶來的便利。機(jī)電液一體化在汽車上的應(yīng)用將會越來越廣泛。參考文獻(xiàn)1 薛宏建.汽車故障與檢修500例M.第2版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.200