机电液一体化在汽车上的应用

1、机电液一体化在汽车上的应用摘要：随着科学的发展，人们生活水平不断的提高，汽车已不再是一种奢侈品，它正在以飞快的速度步入千家万户，随之而来的汽车新技术革命愈演愈烈。本文简介了机电液一体化技术及在汽车上的应用。从电控发动机，助力转向，电子稳定系统，自动变速器入手鲜明地展现了现代新技术（机电液一体化技术）给汽车带来的巨大变化以及给人们生活带来的便利。关键词：机电液一体化技术；电控发动机；电子稳定系统；自动变速器机电液一体化技术是机械技术、液压技术和微电子技术的有机结合，它是在融合了机械、液压、计算机、传感器、自动控制等多门科学技术的基础上发展起来的一门新兴科学。用电子技术实现关键参数的实时监控在关键

2、部位设置传感器对汽车上的发动机燃油、冷却、润滑、充电系统及行走、振动，转向系统等的温度、压力、流量诸参数进行实时监控；借助看门狗电路和电脑监控分析进行异常报警，利用微电脑控制器对整机上的开关、继电器、电磁阀进行检测、诊断并分析出故障代码，维修人员利用监控器读取故障码，便于快速排除故障。机电液一体化技术主要包括：（1）整机的电子控制。随着电子控制技术的飞速发展，特别是大规模集成电路的出现和应用，以微机器为核心的各种控制系统已经非常普遍，使整机的结构更简单，操纵更方便，可靠性更高。如仿型控制，操纵控制，电液控制，无限遥控，智能控制等。（2）发动机的电子控制。发动机是工程机械的动力源，随着更高要求的

3、环保标准如欧标准、欧标准的出台，环保型的电喷发动机得到了广泛的应用。另外，电喷发动机还节约了能源，更好地实现了对发动机的柔性控制。具体包括发动机的油门控制，发动机的功率匹配控制，发动机工况和电控泵的监测与控制，燃油喷射控制，冷却系统和润滑系统的监测与保护等。（3）行走系统的电子控制。大大提高了工程机械行走的灵活性，如自动调速，恒速控制，全轮独立自动转向，直线行驶控制，原地转向控制，功率分配控制等。（4）工作装置的电子控制。如摊铺机的自动找平控制和螺旋分料控制，拌合站的自动称量控制，压路机自动调频和调幅控制，旋挖钻机的自动回位和桅杆调平控制，水平定向钻的自动装卸钻杆控制等。一、机电液一体化技术在

4、汽车发动机上的应用汽车发动机的运行工况是多变的，只有电子控制的灵活性和电脑强有力的综合处理功能，才能使汽车发动机在各种运行工况下都实现全面优化运行，从而提高发动机的性能。1.提高发动机的动力性 在汽油发动机上，电控燃油喷射系统取代了传统的化油器式燃料供给系统，减小了进气系统中的进气阻力，部分发动机上还采用了进气控制系统等，提高了充气效率，另外，电控系统可保证进入发动机汽缸的空气得到充分利用，从而提高发动机的动力性。2.提高发动机的燃油经济性 在各种运行工况和运行环境下，电控系统均能精确控制发动机工作所需的混合气浓度，使燃烧更完全、燃油利用更充分，从而提高发动机的燃油经济性。3.改善发动机的加速

5、或减速性能 在加速或减速的过渡工况下，电子控制单元的高速处理功能使控制系统能够迅速响应，使汽车加速或减速反应更灵敏。4.改善发动机的起动性能 在发动机起动和暖机过程中，控制系统能根据发动机的温度变化，对进气量和供油量进行精确控制，从而保证发动机顺利起动和平稳经过暖机过程，可明显改善发动机的低温起动性能和热机运转性能。5.降低排放污染 电控系统对发动机在各种运行工况和运行环境下的优化控制，提高了燃油质量，同时各种排放控制系统在汽车上的应用，也都使发动机的排放污染大大降低。6.故障发生率大大降低 电控系统对发动机各种运行工况的优化控制和电控系统的不断完善，使发动机的故障发生率大大降低。自我诊断与报

6、警系统的应用，提高了故障诊断的速度和准确性，缩短了汽车因发动机故障而停驶的时间，具有良好的社会效益和经济效益。2. 应用在汽车发动机上的电子控制系统 目前应用在汽车发动机上常用的电子控制系统主要有:电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、进气控制系统、排放控制系统、增压控制系统、巡航控制系统、警告提示系统、自诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统。1电控燃油喷射系统 在电控燃油喷射系统（EFI）中，喷油量的控制是最基本的也是最重要的控制内容，电子控制单元（ECU）（简称电控单元）主要是根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号对喷油量进

7、行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。除喷油量控制外，电控燃油喷射系统还包括供油正时控制、断油控制和燃油泵控制。.2电控点火系统 电控点火系统最基本的功能是控制点火提前角。该系统根据各相关传感器信号判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。此外，电控点火系统还具有通电时间控制和爆燃控制功能。 3.怠速控制系统 ，怠速控制系统是发动机辅助控制系统，其功能是在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等状况

8、，并通过怠速控制阀对发动机进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。.4.进气控制系统进气控制系统的功能是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机的动力性。 .5.排放控制系统 排放控制系统的功能主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括:废气再循环控制，活性炭罐电磁阀控制，氧传感器和空燃比闭环控制，二次空气喷射控制等。6.增压控制系统增压控制系统的功能是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气蜗轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增压装置进行控制，从而控制进气增压的强度。 7.巡航控制系统

9、 巡航控制系统的功用是驾驶员设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持在一定的车速进行行驶。.8.警告提示系统 由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示，如氧传感器失效、油箱油温过高等。 9.自诊断与报警系统 在发动机电控系统中，电子控制单元（ECU）都具有自诊断系统，对控制系统各部分的工作情况进行监测。当ECU检测到来自传感器或输送给执行元件的故障信号时，立即点亮仪表盘上的“CHECK ENGING”灯（俗称故障指示灯），以提示驾驶员发动机有故障;同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在

10、储存器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。对车辆进行维修时，维修人员可通过特定的操作程序（有些需借助专用设备）调取故障码。故障排除后，必须通过特定的操作程序清除故障码，以免与新的故障信息混杂，给故障诊断带来困难。 10.失效保护系统 失效保护系统的功能主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。如:冷却液温度传感器电路有故障时，可能会向ECU输入低于-50或高于139的冷却液温度信号，失效保护系统将自动按设定的标准冷却液温度信号（80）工作，否则会引起混合气过浓或过稀，导致发动机不能工作。此外，当对发动机工作影响较大的传感器或电

11、路发生故障时，失效保护系统则会自动控制发动机停止工作。如:ECU收不到点火控制器返回的点火确认信号时，失效保护系统则会立即停止燃油喷射，以防大量燃油进入汽缸而不能点火工作。11.应急备用系统 应急备用系统的功能是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防止车辆停驶在路途中。应急备用系统只能维持发动机运转的基本功能，但不能保证发动机的性能。除上述控制系统外，应用在发动机上的电控系统还有冷却风扇控制、配气正时控制、发电机控制等。应当说明的是，上述各控制系统在不同的汽车发动机上，只是或多或少地被采用。此外，随着汽车技术和电子技术的发展，发

12、动机控制系统的功能必将日益增加。早期的各种车用电控系统均是相互独立的，由于电子技术的发展水平有限，一个电子控制系统只能单独对汽车的某一功能进行控制。采用多个控制系统，就要用多个电子控制单元（ECU），而几个控制系统都需要同一个传感器信号时，还需要设置几个同样的传感器，因此造成控制系统结构的线路复杂，成本较高，维修困难。此外，采用独立控制系统，很难实现全面的综合优化控制，控制效果也较差。现代汽车上广泛应用的是集中控制系统，它是将多种控制功能集中到一个控制单元上，使汽车上的电控系统结构和线路大大简化，成本也随之降低，为电控技术在汽车上的推广提供了有利条件。而通过汽车内部网络的信息通讯，完成系统之间

13、的各种必要的信息传送与接收，实现高度集中控制及集中故障诊断的“整车控制技术”也是汽车电子控制技术的必然趋势。表1-1列出了世界主要汽车公司电子控制系统的应用情况。二、机电液一体化技术在汽车底盘上的应用除发动机控制外，近几年电子技术在底盘控制系统上的应用也得到飞跃式的发展。新技术的出现和应用主要有以下几个目的:增加各种动力性能（包括牵引性、制动性和操纵和行使稳定性）、增强安全性、改进燃油经济性、提高舒适性、降低排放、保护环境。预计在最近几年里，电子系统的价值成本将会上升到占整车的15%左右。产品开发在底盘控制系统的产品发展过程中，当前的设计趋势是使控制系统一体化，即将多个影响汽车动态性能的子控制

14、系统进行联合、协调、指导、信息共享和性能优化，从而得到“一体式”的汽车控制系统。设计和生产电子底盘控制系统中，具有挑战性的工作主要在于：（a）控制器（包括控制软件和硬件）的设计，（b）机电驱动器的设计，（c）汽车状态参数的估算。尽管如此，在汽车控制系统的开发上，目前具有以下几个很关键的技术条件，有助于电子底盘控制系统产品和市场的进一步发展：传感器：即可靠又便宜的新传感器在市场上的出现和应用；点在技术：微处理器内存和计算速度的迅速提高；液压控制阀：具有生产精度高、反应快、价格低的液压控制阀的能力；故障检测和故障安全：传感器和液压系统的自我故障检测能力，以及故障安全能力的发展和成熟；开发工具：RD

15、S(快速开发系统)和汽车动力学的模拟能力。EPS就是英文Electric Power Steering的缩写,即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。 驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电

16、子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。1、节能环保 由于发动机运转时，液压泵始终处于工作状态，液压转向系统使整个发动机燃油消耗量增加了35，EPS几乎不直接消耗发动机燃油。EPS不存在液压动力转向系统的燃油泄漏问题，EPS通过电子控制，对环境几乎没有污染，更降低了油耗。 2、安装方便 EPS的主要部件可以配集成在一起，易于布置，与液压动力转向系统相比减少了许多元件，没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流

17、量控制阀、储油罐等，元件数目少，装配方便，节约时间。 3、效率高 液压动力转向系统效率一般在60%70%，而EPS的效率较高，可高达90以上。 4、路感好 传统纯液压动力转向系大多采用固定放大倍数，工作驱动力大，但却不能实现汽车在各种车速下驾驶时的轻便性和路感。而EPS系统的滞后特性可以通过EPS控制器的软件加以补偿，使汽车在各种速度下都能得到满意的转向助力。 5、回正性好 EPS系统结构简单，不仅操作简便，还可以通过调整EPS控制器的软件，得到最佳的回正性，从而改善汽车操纵的稳定性和舒适性。总结 本文介绍了机电液一体化技术在汽车中的应用：在发动机上的应用、在底盘上的应用、在汽车稳定系统上的应用、在自动变速器上的应用。还介绍了电液一体化技术在汽车上的应用存在的不足及解决方案。 对于未来，机电液一体化技术的广泛应用已经成为汽车行业的一种趋势。从电控发动机，助力转向，电子稳定系统，自动变速器入手鲜明地展现了现代新技术（机电液一体化技术）给汽车带来的巨大变化以及给人们生活带来的便利。机电液一体化在汽车上的应用将会越来越广泛。参考文献1 薛宏建.汽车故障与检修500例M.第2版.北京.机械工业出版社.200