1、 学生毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目机电一体化技术在汽车中的应用一、选题的背景和意义： 机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。如今机电一体化技术已经遍及人们的日常生活以及国民经济的各个方面，成为一个新兴的行业，而各国也纷纷将机电一体化的研究和发展作为一项重要内容列入经济发展计划
2、中。汽车行业是我国的经济支柱产业，但我国汽车行业较国外汽车行业竞争力较低，没有独立的研发平台，在零部件方面的开发、电子化方面比较低。通过这篇论文希望可以巩固自己的装也知识并且希望接触一些新的知识。二、课题研究的主要内容：1 主要了解机电一体化技术的发展历程以及未来趋势2 了解分析机电一体化技术在汽车中的应用现状。3 展望机电一体化技术在在汽车应用中发展前景。三、主要研究（设计）方法论述：1主要通过查阅资料来完善论文的完整度。2上网查找有关资料了解最新相关技术。3请教指导老师，完善论文。4以文字论述方式为主完成本论文的写作。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期） 工 作 内 容2009.8.
3、12009.8.2 选题、熟悉课题、收集查找资料。2009.8.32009.8.5 完成开题报告，提交指导老师。2009.8.62009.8.23 书写论文内容。2009.8.242009.8.25 完成初稿，交指导老师审阅。2009.8.252009.8.27 完善初稿。2009.8.282009.8.30 完成论文并定稿，答辩。五、指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日六、系部意见：系主任签名： 年 月 日机电一体化技术在汽车中的应用目录第一章汽车机电一体化发展综述 111 汽车机电一体化概念的确立 11.2 汽车机电一体化的发展历史 .11.2.1 汽车电子化引人期(本世纪 60 年代
4、) 11.2.2 汽车机电一体化成长期(70 年代) .21.2.3 汽车机电一体化发展期(本世纪 70 年代末以来) 213 电子化在汽车信息系统中的应用 21.3.1 信息系统 .21.3.2 人机接口(man-machine Interface) .31.3.3 要素技术 .3第二章汽车机电一体化的发展特点 42.1 发动机控制“无微不至” .423 全球市场“无孔不入” 5第三章. 当代汽车工业“机电一体化”趋势 .6第四章汽车用传感器 741 曲轴位置与转速传感器 842 压力传感器 843 空气流量传感器 844 氧传感器 945 节气门位置传感器 946 爆震传感器 947 温度
5、传感器 9第五章. 我国汽车产品机电一体化现状 .1051 汽车产品机电一体化之重要性 1052 汽车产品机电一体化发展重点及现状 1153 汽车产品机电一体化的制约因素 115.3.1 对汽车产品机电一体化不够重视 .115.3.2“机”与“电”的衔接、结合困难 115.3.3 汽车电子技术人才缺乏 .115.3.4 资金、费用问题 .115.3.5 缺少必需的汽车技术法规 .12第六章汽车产品机电一体化之对策以及发展措施 1261 应对对策 1262 发展措施 12第七章结论 14答谢辞 15参考文献 15机电一体化技术在汽车中的应用摘要：汽车产业的机电一体化，是指汽车产品及其制造系统的机
6、电一体化。机电一体化的汽车，在操作性、可靠性、安全性、维护性、和舒适性等方面都能大幅度提高。在汽车生产系统中，机电一体化主要运用在汽车零部件加工、汽车整车装配以及汽车生产企业的管理之中。采用现代机电一体化生产系统，汽车生产的质量和产量得到大幅度提高，同时更加适应小批量、多品种的汽车生产的要求。本文主要通过介绍机电一体化技术的发展趋势、世界机电一体化的特点、通过实例介绍机电一体化技术如何在汽车中得到体现并分析我国汽车产品机电一体化的特点与不足，提出解决方法。关键词：机电一体化；汽车；检测；发展；Mechatronics application in automobileAbstract：Auto
7、mobile industry of the electromechanical integration, refers to the automotive products and manufacturing system of electromechanical integration. The car in mechatronics, practical, reliability, safety, comfort, and maintenance etc. Can be greatly improved. In automobile production system, mainly u
8、sed in automobile mechatronics auto parts processing, assembling and auto production enterprise management. Adopt modern electromechanical system, auto production quality and yield was increased greatly, and small batch, the more varieties of auto production requirements. By introducing the developm
9、ent trend of the electromechanical integration technology, the electromechanical integration characteristics, through introducing mechatronics technology in the car, how were reflected in Chinas automobile products, and analyzes the characteristics and electromechanical integration, proposes the sol
10、ution method.Key words：Machine-electric integralization; car; detection; development引言汽车机电一体化是指汽车技术与现代电子技术相结合,形成各种集成功能的部件(有人称之为“魔包”),它以半导体技术、集成电路技术、微机技术等为基础工具,以实现汽车洁净、节能和安全、舒适为主要目标,以电子控制系统与汽车各总成系统相结合为主要形式,使汽车的结构、性能、功能等都得到全面发展与提高。在世界汽车最近 40 年的发展过程中,汽车机电一体化技术得到了迅猛发展,已经成为汽车技术发展的主要方向之一。实践证明,汽车机电一体化技术所形成
11、的各种系统是现代汽车提高燃油经济性、降低排放污染性、改善操纵稳定性、增进行驶安全性、增强乘座舒适性的主要手段。 随着微电子技术和传感器技术的应用，机电一体化使汽车焕然一新。据专家预测，未来十年内机电一体化发展最为迅速的部门之一将是汽车工业。世界各汽车制造厂家均将汽车的机电一体化技术视为竞争的焦点。在汽车生产系统中，机电一体化主要运用在汽车零件加工、汽车整车装配以及汽车生产企业的管理之中。在现代汽车工业中，大量应用计算机进行生产控制、管理与经营;使用数控机床和柔性生产系统进行零件加工;使用机器人从事喷漆、焊接、组装、搬运等工作。汽车车身通常有3000 一 4000 个焊点，其中 90%以上的焊点
12、可由工业机器人完成。数控自动化生产能节约原材料、减轻工人的劳动强度，并使劳动生产率提高 300 倍左右。采用现代机电一体化生产系统，使得汽车生产的质量和产量大幅度提高，同时可以通过改变程序使整个生产系统适应不同型号汽车的制造，缩短新产品设计与生产周期，使其适应小批量、多品种的现代汽车生产方式。汽车生产用模具的水平，直接关系到汽车的质量与市场状况，因为，在汽车整车中，有大部分机械零部件系由模具与相应冲压自动化线配合完成，模具质量直接影响这些汽车零件的质量。此外，现代汽车市场复杂，车型繁多且多变，因此开发相应模具成为各汽车厂首要任务。在模具生产中，机电一体化技术又成为设计系统与制造系统的关键。为适
13、应模具换型，现代企业大量应用 CAD 系统、CAM 系统及 NC 设备。数控 NC 设备已成为现代机械金属加工的基础。从最低的 NC 机床到 CNC 控制、 DNCYMTL、CAD/CAM 系统、FMS 单元，再到高级的 FA 工厂、CIMS 系统，这一系列的 NC 家族，无不为模具设计与制造提供尽善尽美的服务。所以，无论从汽车产业的模具看，还是从整个模具工业看，机电一体化技术的大量应用势在必行。1第一章 汽车机电一体化发展综述11 汽车机电一体化概念的确立汽车机电一体化自进入本世纪 80 年代以来得到了极大发展，电子化的汽车辅助系统的种类不断增加，而且批量也急速增长。本文对汽车机电一体化的开
14、发历史、现状和将来发展方向作一概要介绍。如果要寻找汽车机电一体化发展的重要原因,则不能不归功于电子技术的进步，此外，环境保护、汽车性能和功能的提高都进一步促进了汽车电子化的发展。由于晶体管(半导体) 、集成电路和微机的发明和投入应用充分提高了汽车电子元件的可靠性和有利于降低成本。汽车电子化迅猛发展的社会因素与汽车排放限制和节约能源密切相关。半导体技术，特别是微机的发展引起了汽车技术的重大变革。迄今汽车技术与电子技术已获得有效的结合，机电一体化(mehatronics)已成为汽车技术发展的方向。可以毫不夸大地说.汽车机电一体化是提高汽车操纵稳定性、安全性、舒适性等汽车技术的动力。电子技术能获得广
15、泛应用的原因.主要是电子控制系统的功能自由度大，精度高，工作稳定。利用这些优点并与汽车各个系统相结合便能研究开发出新一代的产品。汽车电子化发展动向是:不断扩大汽车电子部件的控制功能. 向车身计算机系统发展，不断完善信息显示装置和汽车安全装置。1.2 汽车机电一体化的发展历史汽车机电一体化应用.首先为了适应废气排放法规、能源危机等的外部环境变化，开始应用于发动机控制系统.接着为了改善汽车的行驶性能和乘座舒适性，逐渐扩大到底盘控制系统，并进一步在信息显示装置、导航装置获得了应用。1.2.1 汽车电子化引人期(本世纪 60 年代)60 年代晶体管式点火装置、全晶体管收音机的应用揭开了电子化的序幕。为
16、了提高发动机性能.必须改善点火系的着火性能和可靠性。用晶体管元件代替了点火系的机械触点方式，开发了高能量点火性能良好、寿命长的点火装置。这是采用了性能不断改进的硅晶体管而付之实现的。1967 年德国波许公司开发了进气管压力检测方式的电子控制燃油喷射装置(D-Jetronics)。燃油与点火是重要的控制因素。目前仍在孜孜不断改进控制。作为废气排放的对策和适应发动机输出功率提高的有效竞争手段的电子控制方式被置于重要的地位。在电子控制燃油喷射装置中，燃油供应的机构分别由传感器部分、控制部分、执行元件部分组成，在控制部分中可以进行复杂而快速的计算处理，从而迅速提高了控制自由度。在燃油控制中又增加了修正
17、控制，显著提高了发动机性能和实用性。美国邦第克斯公司开发的真空管式燃油喷射装置比德国波许公司开发的 D-Jetronic 约早 10 年。当时由于电子部件可靠性低，成本高，不可能普及。随着半导体技术的进步，晶体管式电子电路装车实用，2并研制开发各中电子装置。自本世纪 60 年代后半叶到 70 年代初，又相继开发了自动稳速行驶装置、电子控制变速器，但是由于价格高，并采用模拟电路，不能够开发更为复杂的控制系统。所以、这一时期称为汽车电子化的引入期。1.2.2 汽车机电一体化成长期(70 年代)这是续集成电路(IC) 、大规模集成电路(LSI) 之后微机投入应用的时期。由于电子控制技术在解决废气排放
18、中发挥了卓有成效的作用，迎来了汽车电子化的成长期。在汽车工业发达国家.特别在美国、日本等国大城市汽车排放造成的公害严重威胁着人类的生态环境。为此，各大汽车公司都把解决废气排放作为主要的技术课题，对发动机作了改进，并对点火系、燃油系的控制作了进一步开发，特别是催化系统、废气再循环(FGR)都必须依靠电子控制的技术。晶体管点火装置的改进和扩大应用，电子控制燃油喷射装置(EFI)的控制功能扩大，在EFI 中应用了吸人空气量直接检测方式(L-Jetronios) 提高了控制精度，在三效催化器系统中，开发了应用氧传感器的反馈控制闭环系统。电子技术有效用于废气排放的控制，为汽车电子化作为汽车技术的崭新技术
19、领域莫定了牢固的基础。1.2.3 汽车机电一体化发展期(本世纪 70 年代末以来)续汽车废气排放问题出现以后的第一次能源危机，又提出了在解决废气排放问题的前提下，进一步要求降低汽车能耗，提高燃油经济性。汽油价格飞涨要求汽车进一步向节能化方向发展。对此，汽车向小型轻量化发展，采用新型发动机、前驱动方式，成为汽车工业的重大技术变革点。降低废气排放和提高燃油经济性是一个难以统一的命题，为此又把单个的控制系统.如燃油喷射系统、点火控制系统、EGR 的控制系统进行综合控制，在符合废气排放指标的约束条件下获得的最优燃油耗的控制变数进行组合，实行综合控制，而 70 年代中期出现的微机则担当了重要的控制任务。
20、微机引入的最大特点是，电子控制系统能用软件加以描述和实现控制功能。在大规模复杂系统中。如果能用逻辑方法正确加以描述的话，那么就能根据这种逻辑方法进行控制。可是，为了自由运用软件，必须具备相关知识，随着系统规模的不断扩大，复杂软件的编制、检验、维修就成为很困难的间题。另一方面，要让一般技术人员方便地使用电子技术。即使是没有化油器专门知识的技术人员也能自由控制燃油喷射技术.在电子技术与机械技术之间，由于软件技术领域的出现，从而使机械工程人员与电子技术人员互相接近，共同合作。由此，从事于控制系统开发的技术人员的数量显著增加。发动机电子控制揭开了汽车电子化的成长期。从驱动系控制扩大到底盘控制，并进一步
21、向汽车安全系统、车身控制、信息显示系统发展。随着各种电子系统的增加.又出现了电子部件在装车实用时遇到的约束条件。为了便于装车使用。电子部分( 电子电路、传感器、执行元件)向小型化、集成化发展，汽车线束进一步简化改进和降低成本而采用了多通道通信和局域网(LAN:Local Area Network)。1.3 电子化在汽车信息系统中的应用31.3.1 信息系统在利用电子技术控制车辆三大基本功能(行驶、转向、制动)的基础不断加强的同时，通过信息系统向驾驶者提供车辆的周围环境信息和交通信息。以导航装置为先导的信息辅助系统将进入新一代并将不断实用化，其发展顺序包括:车载系统的自律系的完善(如导航装置);
22、通过全球定位系统 GPS(global positioning system)、信标 (Beeon)等公共基础设施的信息交流技术、信息利用技术的发展;车辆与车辆之间的信息交换技术。由于信息传递的电子硬件装置的实用化进展，依赖于信息的应用开发研究，其中应以预测道路交通危险状况和防止事故作为优先研究开发的项目。1.3.2 人机接口(man-machine Interface)如前所述，控制对象大多数属于车辆的三大性能。今后将进一步满足驾驶者要求。增加控制的自由度，使它起到人一机系统中的神经系统的功能。此外，使乘员获悉车辆运行状态的显示技术，能直接以视听感觉使驾驶者获知信息，这便要求人机接口，以便能
23、在任何环境下具有良好的视认性和优异的外形设计感从而确保驾驶者安心感和对道路交通安全感。汽车电子化无疑将进一步发挥其应有的功能。1.3.3 要素技术电子技术对控制信息和显示系统起到了重大的作用，并对其期望值甚高。为了实现这些目标，必须开发通用技术，其中包括以下 4 个方面:(1)为了增加电子机器种类，进一步应用高密度的电路装配技术和小型化技术.在原有容积上将装有几十倍功能的电路;(2)在高密度电路之间，在传感器、执行元件之间利用集成化的多通道通信技术。(3)高性能微机与控制系统技术相结合的 ASIC 技术(ASIC: Application Specific Integrated Circuit
24、，实用专门集成电路 )。(4)将发展用于提高软件开发效率和方法的软件开发支援系统(Software Back-up System)。随着我国汽车工业的发展，汽车电子产品的市场前景广阔。以上回顾了汽车电子化开发应用的历史变革，并对技术现状和将来动向作了概要分析。4第二章 汽车机电一体化的发展特点2.1 发动机控制“无微不至”发动机是汽车的一个十分复杂的被控对象,发动机控制系统是由许多小的子控制系统或小的控制项目组成的。目前,世界汽车发动机控制可以说是“无微不至”,其控制的主要项目见表 1。其中空燃比控制是发动机控制中最重要的项目,其次是点火时刻控制发动机怠速控制和废气再循环(EGR)控制。表 1
25、 当代汽车发动机主要控制项目表控制项目 控制量 操作量 目的 传感器 执行结构空燃比控制 空燃比 燃油喷射量 经济性洁净性空气流量计、氧传感器、水温传感器、节气门开度传感器燃油喷射量燃油泵调节器EGR 控制 EGR 率 EGR 阀门开度 EGR 阀门点火时刻控制 点火时刻 点火线圈的电流经济性洁净性和回避异常燃烧曲轴转角传感器、爆震传感器、水温传感器点火火花塞、点火线圈、分电器怠速控制 怠转速 真空控制电磁阀的电流维持设定的怠转速转速传感器 VCM 阀门、 AAC阀门、FICD 电磁阀燃油泵驱动控制燃料流量 泵马达的电压 减小噪音和电力消耗转速传感器、空气流量计、燃油泵氧传感器加热控制氧传感器
26、的温度加热器的电压 氧传感器的活性化转速传感器、空气流量计、点火开关氧传感器加热器增压控制 进气管内的压力涡轮阀门的电流维持设定的增压压力传感器 涡轮增压装置、涡轮阀门空调切换控制 空调的动作 空调继电器的电流高转速、急加速时空调的切换转速传感器、空调开关空调继电器522 底盘和车身控制“无所不能”在以发动机控制为重点之后,汽车的安全性和舒适性又成为不断的追求,电子技术的发展和应用为此提供了广阔的空间。电子技术在世界汽车底盘控制和车身控制中的应用过程可从表 2 中看出。表 2 世界汽车底盘和车身控制发展简史年代 底盘控制 车身控制5060 年代 二轮防抱死制动系统（福特） ；四轮防抱死制动系统
27、（克莱斯勒）汽车空调（通用） ；自动门锁、组合灯、自动变速器超速档（丰田）19701979 电子防抱死制动系统、车速感应式动力转速系统（丰田） ；二轮车高调整系统（通用、日产）汽车空调(日产) ；前照灯定位器、微机控制汽车空调（丰田） ；安全气囊（通用） ；电波遥控无键式门锁（福特）19801983 二轮防抱死制动系统、四轮防抱死制动系统、车速感应动力转向、电子控制悬架、车速感应式动力转向、四轮车高调系统得到普及无线电话、微机控制行驶装置（日产） ；自动防防眩后视镜、车速感应式刮水器、个人无线隧道式加热开关、中央控制门锁（丰田） ；接触式传感器问世19841987 防滑控制（沃尔沃） ；电子控
28、制空气悬架、主动悬架、电动动力转向、扰流器控制、四驱驱动控制、转向控制（丰田）导航系统（日产） ；微机控制转向系统、光盘、电传终端计算、无线电卡式指令、新兴仪表板、机械传感式安全气囊（丰田） ；轮胎气压报警（通用） ；自动对讲机（三菱）19881990 新型悬架、电子控制油压驱动散热器风扇（丰田） ；主动空气动力学系统（三菱）自动发光式模拟仪表（丰田）1991 年以来 三菱及丰田新型防抱死制动系统 高性能行路导驶系统23 全球市场“无孔不入”随着汽车安全技术、动力技术、节能技术和环保技术的广泛应用和发展,近年来汽车电子产品及系统的应用以每年至少 5%的速度增长。1996 年,仅日本汽6车生产商
29、就从世界电子市场上购买了总价值达 250 亿美元的电子零部件。日本专家估计:到 2000 年,日本普通汽车的电子系统的价值将占汽车总平均价格的 25%以上;德国生产的豪华车(如宝马 7 系列车)的电子产品价值将占汽车总价值的 40%以上;北美部分汽车电子产品或系统的普及也将迅速提高。作为世界汽车零部件市场中增长最快的汽车机电一体化产品,其市场的增长潜力将非常可观(见表 3)。专家们一致认为,近期或下个世纪初汽车电子产品的发展趋势将是机电一体化及其市场的发展。推动汽车电子产品机电一体化发展的动力仍将主要是汽车安全、节能和环保的需要。这是由于机械装置与技术在汽车安全、节能和环保领域的应用已相当成熟
30、,有的已达到了其物理极限,有的要进一步发展存在投入或成本等方面的局限,而电子产品的质量轻、占用空间小、处理速度快、传感精确、信息容量大,在上述领域有着十分广阔的发展与应用前景。正是因为这一点,世界汽车企业才纷纷加大投入,世界知名的电子企业也角逐其间, 推动了汽车电子产品与系统的发展。据日本汽车工业专家分析,今后的十几年,汽车机电一体化将主要集中在如下几个领域:汽车用局域网系统(LANs) 和处理器(CPUs);发动机控制;机-电接口 ;ABS 和行驶控制 ;电子控制传动系统;抬头显示系统 (HUDs);声音识别技术; 行车导驶系统及多媒体技术;撞击传感技术。具体表现在以下五个方面：1车载局域网
31、将逐步替代单独控制器;车载计算机的处理能力将显著提高 :8位处理器仍将在汽车上广泛应用,同时 16 位处理器在汽车发动机和传动系的控制方面将扮演重要角色,而 32 位处理器将用于汽车的导驶系统和信息系统,64 位甚至 128 位处理器也将在未来的 5 年里出现在汽车上。2处理器的功能进一步一体化,如 ABS 与行驶控制、发动机和传动系控制、导驶系统与其它信息系统的一体化趋势将加快。3在未来的 5 年内,电子控制传动系统甚至在最普通的汽车上都可装备;到2010 年,持续可变的传动系统将被用于各种发动机功率的汽车上。4多媒体显示系统将为汽车驾驶者提供比现在多得多的有关信息,包括图像信息;目前仍处在
32、探索阶段的声音识别技术可望在 5 年内有重大突破,并应用到汽车领域;比 CD-ROM 存储量大 67 倍的 DVD-ROM 将大量用于汽车的导驶系统和多媒体系统。5汽车电子系统的成本将进一步大幅下降。表 3 2000 年汽车电子装置在世界主要市场的占有率预测( 与 1991 年对比)美国 西欧 日本电子装置1991 年 2000 年 1991 年 2000 年 1991 年 2000 年发动机控制 40 30 35 50 25 20传动系统控制 10 20 40 45 50 35悬架控制 15 60 25四轮转向控制 20 22 0 60 80 18全天候控制 25 34 50 30 5 36
33、电控中央门锁 20 25 58 48 22 17防抱死制动系统 28 25 50 45 12 30数字式显示仪 42 22 30 48 28 307随车诊断装置 30 30 58 45 12 25导航装置 55 35 35 35 10 30汽车电话 50 40 10第三章 当代汽车工业“机电一体化”趋势近年来，汽车工业大量采用先进的“机电一体化”技术，一些过去由机械部件完成的功能被电子元件所取代，使汽车在性能、功能、效率、节能等方面都向更高水平发展。现代汽车工业中电子技术的应用十分广泛，70 年代已实现充电电机电压调整器和点火装置的集成电路化，以后又发展了电子控制的燃料喷射装置。80 年代，由
34、于微型计算机的应用，出现了发动机电子控制系统，随之又涌现了为解决节能、排气、安全间题而开发的电子控制汽化器、防滑和集中报警装置，为便于操纵行驶而开发的自动变速装置，为乘坐舒适而开发的空气净化及调节、自动照明控制系统等等。近来，随着专用集成电路的发展，各种电子系统已在汽车上陆续装备起来，如电子点火装置适应现代汽车高转速、高压缩比和多缸的发展趋势，可实现高能量点火。_又如在排气控制方面引入电子技术改善发动机的燃烧方式，使排气成份中 CO 气体含量大为减少。另外，在汽车制造工艺中也广泛采用了微电子技术。如车身冲压、装焊、涂漆均已采用机器人。发动机零件的锻造，机械加工等采用数控机床。在设计、生产管理方
35、面采用自动化电脑辅助设计、电脑辅助生产等。尤其是在加工和装配机械的故障诊断、工序的自动检测、焊接的监控等方面应用了微机控制和管理。“机电一体化”技术的导入，给现代汽车工业带来了长足的进步。首先，汽车的整体性能得到提高，汽车电子产品对提高原来机械式部件的性能发挥了明显的作用，使人们看到采用电子化产品实现了以前用机械部件难以实现的火花能量、耐久性等性能方面的质的提高。其次是节约能源和保护环境，其中典型的事例是以电子控制的燃料喷射装置取代了老式的气化器做燃料供给，通过精密的控制，净化了排放气体，且实现了降低油耗。再是乘坐的舒适性，即创造一个汽车司乘人员能舒适乘坐的环境，如汽车空调，它能自动调节温度，
36、湿度，气流等。还有就是顺应潮流，追求豪华时髦，例如追求当代流行的计量仪表的数字显示，增添娱乐及通讯装置，其中包括汽车音响系统，车载电话，导航装置等。当今电子技术日新月异的发展，大大促进了汽车产业“机电一体化”的进程。使汽车工业如虎添翼，达到了相当高的水平。从近年来世界汽车展上展出的新车来看，有电子控制悬架装置、电子调节车身高度装置、卫星导航装置、雷达自动控制车距装置、电子控制四轮转向装置、车内数据处理传真系统等。最近更向汽车信息和通讯方面发展。8第四章 汽车用传感器传感器是机电一体化汽车的感触器官,是感知信号部件,是感测物理或机械参数绝对值或其变化的装置。传感器的技术是汽车机电一体化最重要的一
37、环，现代汽车发动机已经实现用微机系统控制。传感器是现代汽车电子控制系统中非常重要的组成部分。电子控制系统在汽车上的应用使得现代汽车焕然一新。发动机电子控制系统主要由电子控制单元(ECU)、各种传感器及执行器组成。其中 ECU 由微机和辅助电路组成,是整个控制系统的核心,用以接受传感器的信息,并储存、计算、处理信息,输出执行命令以控制执行器;传感器是一种转换器,用以感知发动机的外部条件和自身性能的变化,并及时将感知的信息传递给 ECU;执行器则根据 ECU 发出的指令来完成对发动机的控制。在整个电控系统中传感器起着至关重要的作用,它是发动机的感觉器官,传感器一旦发生故障将导致整个发动机无法正常工
38、作。因此,现代汽车的使用、维修和检测工作者必须了解并掌握各种车用发动机传感器的功能、原理及其特点。下面介绍几种典型的发动机传感器。41 曲轴位置与转速传感器曲轴位置与转速传感器的功能是为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号,同时提供发动机转速信号。曲轴位置与转速传感器的种类有磁电型、磁阻型、霍尔效应型和光电型等。现以磁电型曲轴位置与转速传感器为例加以说明。该传感器一般安装在曲轴端部的飞轮上或分电器内。其原理:齿轮上等间距凸起部分的圆盘在旋转过程中引起感应线圈产生与转角位置和转速相关的脉冲电压信号,该信号经整形后变为时序脉冲信号,通过 ECU 处理后确定曲轴转角位置及其转速。42 压力传感器通过压力
39、传感器检测气缸负压即可了解汽车发动机的负荷状态,发动机根据压力传感器获取的信息进行电子点火器控制。发动机压力传感器的主要功能:检测气缸负压,从而控制点火和燃油喷射;检测大气压 ,从而控制爬坡时的空燃比; 检测气缸内压;检测废气再循环(EGR)流量; 检测发动机油压。发动机压力传感器主要有压阻式和静电电容式两种。现以压阻应变式进气压力传感器为例加以说明。该传感器安装在发动机进气管内,感知进气流量所形成的真空压力,并转换成电信号输入 ECU,ECU 计算后发出指令控制喷油量和喷油时刻。它实际上是一个由硅杯组成的半导体应变元件,硅杯的一端通大气,另一端连接发动机的进气管。硅杯的主要部位是一个很薄的硅
40、片,其外围较厚,中间最薄,硅片的上下面各有一层二氧化硅膜。在膜层的四周有 4 个应变电阻,四角有 4 个金属片与应变电阻相连。在硅片的底部粘贴了一层硼硅酸玻璃片,使硅膜中部形成真空腔以感应压力。在使用时,用橡胶或塑料管将发动机进气管的真空负压连接到真空腔即可。传感器的 4 个电阻连接成桥式电路,不变形时将桥式电路调到平衡状态。当硅杯中膜片受真空负压影响弯曲时,电阻值发生变化,使电桥失去平衡,输出端形成电势差提供给放大器,经放大后传递给 ECU。由于此电势差同进气真空度成9正比,故可作为发动机的负荷信号。43 空气流量传感器进气量是燃油喷射量计算的基本参数之一。空气流量传感器的功能:感知空气流量
41、的大小并转换成电信号传输给 ECU。空气流量传感器的种类有测量片式、卡门旋涡式和热线式 3 种。现以测量片式空气流量传感器为例加以说明。该传感器安装在节气门之前。工作原理:工作时,吸入的空气流体 Q 的动力作用到测量片上,使测量片旋转一定的角度 ,直到与复位弹簧平衡, 与 Q 成对数关系。与测量片同轴的电位器由位于气道中的测量片带动,并以阻值变化的形式反映测量片的旋转角度,电位器将阻值的变化转换成反映进气量的电压信号,并传输给ECU。44 氧传感器氧传感器的功能是检测发动机废气中氧的含量,并向 ECU 输送可燃混合气的浓度信息。常用的氧传感器有二氧化锆(ZrO2) 和二氧化钛(TiO2)两种。
42、现以ZrO2 氧传感器为例加以说明。该传感器一般安装在排气管处,主要由 ZrO2 管、镀铂的内外电极和多孔的氧化铝陶瓷组成。其工作原理:如果氧传感器内外侧(指废气和空气) 的氧含量不相等,氧离子就通过 ZrO2 管向氧含量低的一侧扩散,由于在铂电极之间有电荷 O2-定向移动,因而在两电极之间产生电动势,形成一个微电池。从氧传感器的理论输出特性曲线可看出:氧传感器在理论空燃比附近的输出电压发生骤变,当空燃比变高,废气中的氧浓度增加时,氧传感器的输出电压减小; 当空燃比变低,废气中的氧浓度降低时,氧传感器的输出电压增大。 ECU 识别这一突变信号,对喷油量进行修正,从而相应地调节空燃比,使其在理想
43、空燃比附近变动。45 节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门上,它将发动机节气门的开度信号转变成电信号并传递给 ECU,用以感知发动机的负荷大小和加减速工况。节气门位置传感器的种类很多,现以可变电阻式节气门位置传感器为例加以说明。该传感器是一种典型的节气门传感器,主要由一个线形变位器(开度信号触点)和一个怠速开关(怠速触点 )组成。电阻变位器用陶瓷薄膜电阻制成,滑动触点用复位弹簧控制,与节气门同轴转动。其工作原理:利用开度信号触点在电阻体上滑动 ,根据变化的电阻值,测得与节气门开度成正比的线性输出电压 VTA 信号。根据输出电压值,ECU 可知节气门的开度和开度变化率,从而精确判断发动机
44、的运行工况,提高控制精度和效果。怠速信号滑动触点是常开触点,只有在节气门全闭时才闭合,产生IDL 信号,主要用于怠速控制、断油控制及点火提前角的修正。46 爆震传感器10为了最大限度地发挥发动机功率而不产生爆燃,点火提前角应控制在爆燃产生的临界值,这一控制通过爆震传感器来实现。爆震传感器的功能:当发动机产生爆燃时,传感器将爆燃引起的震动转变成电信号并传给 ECU。爆震传感器的种类较多,其中应用最多的是加速度型爆震传感器,现以此为例加以说明。加速度型爆震传感器通过测量气缸体表面的震动加速度来检测爆震压力的强弱。它靠螺纹旋入气缸壁,其主要元件是一个压电元件(陶瓷晶体片),螺钉使一个惯性质量块压紧压
45、电元件而产生预紧载荷,其载荷的大小将影响传感器的频率响应及线性度。当气缸内产生爆燃时,其爆燃压力波将通过气缸传递给传感器,传感器上的惯性质量块将进一步压紧压电元件,被压缩的压电元件便产生约 20 mV/g 的电动势并传给 ECU,ECU 则根据此信号发出指令推迟点火提前角,从而消除爆燃。47 温度传感器温度传感器有发动机进气温度传感器和冷却液温度传感器 2 种。进气温度传感器的功能:随时反映发动机的进气温度参数,ECU 根据进气温度的高低对喷油量进行修正,达到最佳燃烧状况。进气温度传感器通常安装在空气流量计或空气滤清器内。冷却液温度传感器的功能:感知冷却液温度并将温度参数传给ECU,ECU 根
46、据冷却液温度来调整供油量。当发动机冷机起动或需暖机时,ECU发出增加供油量的指令使混合气加浓,便于发动机冷起动和迅速暖机。冷却液温度传感器一般安装在冷却液出口处。进气温度传感器和冷却液温度传感器有相似的敏感元件、电阻值、电压降及温度特性。它们的工作面无任何破坏,采样间距最小可达到 5 cm,能够真实反映被检测路面的情况。检测要求和检测的实施高速公路沥青砼面层厚度一般在 1518 cm,分 3 层铺筑,抗滑层厚度在 4 cm左右。依据公路工程质量检验评定标准(JTJ 071-98),检测总厚度和上面层精度为 3 mm,每车道至少每 200 m 测一点。下面以 SIR-10H 雷达为例说明这一问题
47、。选择天线的依据:在既满足探测深度又满足最小分层厚度 (垂直分辨率)的条件下选择中心频率较低的天线。由于抗滑层厚度在 4 cm 左右,检测路段中个别部位会低于 3 cm,所以要选择垂直分辨率较高的 2G 天线。时窗选择的依据:在满足检测深度的条件下,选择较小的时窗。通常取 W=59 ns。GPR 在路面厚度检测中 ,包括在沥青砼路面面层厚度、水泥砼路面面层厚度和复合式路面检测中完全可以取代原有的破坏性的检测方法，且具有更广阔的应用前景。第五章 我国汽车产品机电一体化现状当前机电一体化是高技术产业的一个重要领域，而汽车产品机电一体化是我们汽车行业的一项光荣而艰巨的历史使命。国外汽车机电一体化在过
48、去的十几年中，所以能迅速地得到发展，其原因，一是政府实施了严格的汽车法规(排放、安全法规) ；二是市场的积极反应，也就是机电一体化技术为汽车工业所解决的大量实际而且难度很大的间题，满足了人们对汽车安全性、舒适性及便利性等的要求，反之，又促进了汽车机电一体化工业的发展；三是政府的支持和11企业的大量资金投入；四是电子工业和传感器行业相当发达。中国汽车电子工业一直比较落后，其原因：一是我国制订的汽车排放及安全法规不健全，执行也不严格；二是生产企业大多数为国有企业，资金不足，企业无力投资于汽车电子产业的科研；三是中国汽车市场比较封闭；四是汽车机电一体化工业和传感器行业的基础比较薄弱。51 汽车产品机
49、电一体化之重要性汽车制造水平可以代表一个国家的经济技术水平。如今，汽车产品机电一体化程度的高低，已成为衡量汽车现代化水平的重要标志。我国汽车产品技术水平远比国外先进国家落后，而汽车产品机电一体化由于起步晚，经验少，与国外相比则尤为落后。汽车产品机电一体化可改善汽车的机械性能，提高车辆可靠性、舒适性，同时，还可节油、减少排放污染。电子装置灵敏度极高，运行精确，可将车速、路况、车况等信息传输、贮存、处理、显示，向驾驶人员反馈，使车辆得以控制操纵。汽车产品机电一体化可大大缩短国产汽车与国外产品的差距，为社会提供具有现代化水平的各类汽车产品，改变我国汽车工业的落后局面。52 汽车产品机电一体化发展重点及现状1995 年 10 月机械部举行的“当代国际汽车零部件发展与中国的发展战略技术交流研讨及展示会”专题介绍了中国汽车电子技术的发展规划。国家电子工业部近期出台了“九五”期间汽车电子技术的发展思路与目标。 “九五”期间，我国将以面向应用、统筹规划、突出重点、分步实施为指导思想，以微电
