刘桃
(连云港中等专业学校，江苏 连云港 222002)
机电一体化是指机械工程与自动化的一种技术，该技术能够将机械与微电子技术紧密结合，使得机械设计变得更加智能化与人性化。将该技术应用于发动机的中心控制、智能检测及自动驾驶等方面，能够提高汽车的整体性能。该技术已成为各国汽车企业发展的核心技术，因此有必要对其应用状况及问题对策展开研究。
由德国和美国等发达国家率先使用了电子技术对汽车燃油喷射装置及电路装车进行了改造，但由于造价成本较高，未能够实现大规模的使用，但这也预示了在未来汽车设计之中应用电子技术是可行的。20世纪70年代末期，随着信息技术及机械技术的发展，在汽车设计中应用机电一体化技术被推向了一个高潮[1]。
我国在20世纪80年代便设立了机电一体化领导小组，考虑到国际对相关技术发展动向所带来的影响后，便开始在各大院校引入该专业。但就目前的发展形势来看，我国与发达国家间还存在较明显的差距，由于起步较晚，部分敏感技术无法拥有主动权；
而基于全球经济一体化的背景，受气候经济的影响，我国又必须在短时间内实现相关技术的突破，才能占据经济与产业发展的主导地位。因此，对机电一体化技术的相关应用问题及对策进行研究，具有现实意义。
2.1 技术设备落后
随着汽车行业市场竞争逐渐激烈，当前我国大部分汽车企业都逐渐重视机电一体化技术在汽车设计中起到的重要作用，但汽车机电一体化设计相关设备造价较高，部分企业由于资金问题无法实现规模化生产，加上部分部件的制造技术仍掌握在发达国家手中，导致发展缓慢，尤其是在新能源汽车的设计方面。
2.2 设计理念滞后
我国汽车设计在机电一体化应用方面，自主创新研发的项目较少，而发达国家所创设的部分项目成为了市场驱动的主流。许多企业在看到商机后，才开始纷纷研究与试验起来，缺乏了创新性。部分设计人员未能充分发挥机电一体化技术的功能，在人性化与智能化设计方面仍有欠缺，而新能源汽车的驾驶安全问题，也是需要关注的焦点之一。
2.3 专业人才缺乏
我国虽然在20世纪80年代开始便陆续在对口院校中设置了相关专业，但是机电一体化设计技术的机理复杂，缺少理论与实践能力突出的“双师型”人才，这也导致了企业在这方面的人力资源缺口较大[2]。
3.1 实现汽车设计电子化
机电一体化技术可以实现汽车的电子化，在设计时可以将其应用在汽车的电源系统中。在过去设计汽车的发动机时多采用直流型发电机，而当前利用机电一体化技术，可以使用交流型与硅二极管型组合的方式，以进一步提高发动机的充电效率，提升汽车在行驶过程中的稳定性。不仅如此，机电一体化技术还可以应用在调整电压环节中。在过去设计汽车电压调整环节时大多采用机械式电压调整器，而通过机电一体化技术的改革，在设计时可采用固体电路调整器，利用功率晶体管代替原有的机械式凸轮，提高了发动机点火装置配电器的稳定性，也提升了汽车整体的安全程度[3]。
3.2 发动机微机控制系统
将机电一体化技术应用于发动机的微机控制系统设计中，能够降低汽车能源的损耗，有利于实现环保低碳的理念。微机控制系统的设计核心为使用通用的微处理器或者为汽车发动机专门设计的大规模集成电路。在实际驾驶的过程中，可以通过各类传感器所输送的模拟电压信号，从而控制发动机的输出轴，最终输入的脉冲信号均会被传送至发动机控制单元中，从而实现对燃料的控制。在设计时，需要根据各模块所输送的基础信息对空气燃料比、点火时间及排气再循环率进行最佳状态的计算，计算结果可作为控制燃料喷射阀及点火装置的驱动信号输出，这样就能够保证汽车在驾驶过程中维持最佳的空气质量与燃料质量比[4]。不仅如此，当空气质量与燃料质量比失衡时，则会出现汽车难以启动等现象，因此将其维持在最佳状态下，不仅能够减少燃料的消耗，还对发动机的启动、预热及加速等状态有较大的影响，可以维持汽车各运动环节的正常负荷。
3.3 汽车雷达自动防撞系统
汽车雷达自动防撞系统的主要功能是安全防护，在实际驾驶或者倒车的过程中，汽车周围会出现较多的障碍物，而这对驾驶人员的技术产生了极大的考验。为了提高汽车的智能性与安全性，设计人员可以将机电一体化技术应用于汽车的激光雷达自动防撞系统和激光-单片机组合汽车防撞系统中，使驾驶人员在驾驶的过程中能够在汽车画面或提示中有效得到周围障碍物的反馈信息。如果汽车前后方存在障碍物，且与汽车的距离达到临界范围，则可通过自动报警功能，提示驾驶人员，防止交通事故的发生。该系统主要集合了计算机技术、激光雷达测距技术、环境监测技术及物联网系统，不仅能够清晰识别汽车周围的环境状态，还可以感受到实际车速，便于驾驶人员掌控车速。
在设计时，应将激光雷达测距模块安置在汽车的前部格栅中心点。当遇到障碍物后，该模块可以通过光学电线发出激光束，判别障碍物具体的距离及方位信息；
同时，可以判断物体是否处于运动状态，并精准计算出运动物体与车辆的相对速度和间距，避免发生接触，一旦发生危险，系统将及时发出警报，提高了车辆运动过程中的安全可靠性。
3.4 防抱死制动系统(ABS)
防抱死制动系统(ABS)主要应用于汽车的制动环节，使用自动化技术控制制动器的制动力，使得车轮不被抱死，处于边滚边滑的状态，实现车轮与地面的最大附着力，保证汽车与车内人员的安全。该技术诞生于20世纪70年代后机电一体化技术飞速崛起时期，其灵感来源于数字式电子技术及大规模集成电路。20世纪80年代以来，发达国家将ABS的研发重点投掷在了高性价比的方向，减少投入成本，提高普通汽车的安全性能，因此对于ABS结构的简化与优化，也成为当前主要的设计研究方向。机电一体化技术能使经济型的轻型货车及客货两用汽车在后轮及四座中设置ABS，这对于其应用普及范围来讲，是较大的飞跃。但使用机电一体化技术进行ABS的设计，也存在一定的缺点，其整体系统还是无法突破物理规律的束缚，在某些特定状态之下无法提供最短的制动距离，而这也是未来汽车设计需要解决的问题之一。
3.5 自动变速系统
将机电一体化技术应用于汽车自动变速系统的设计中，能够有效降低汽车变声器的功率损耗，并进一步提高传递功率，使得在换档及变速方面有所提升，从而形成最佳的汽车行驶速比，达到省力、节能及安全的目的。汽车自动变速系统与ABS的结合设计，能够充分应用机电一体化技术的光学技术优势，从而提高汽车的柔性动能，可应用于当前较为先进的无人驾驶技术之中，形成良好的闭环伺服系统。在实际作业的过程中，传感器会将发动机作业过程中的相关设备检测信息输入到电子控制设备之中；
设备根据指令，结合程序开关进行档位及速度的变换控制。汽车自动变速系统利用液压变量完成档位的调控，其还具备了减速及失效监测的功能。
4.1 智能化及柔性化设计
基于机电一体化技术所存在的诸多优势，在未来的汽车设计之中，向着智能化发展是主流的应用方向，其具体表现为能够实现汽车控制的全息化，加大对模糊技术及信息技术的结合，尤其是在汽车操作软件的开发及芯片植入技术上会有极大的革新，以满足现代人对于汽车的多功能需求。柔性化主要体现在控制及执行系统具备较高的冗余度，这样就能使得汽车具有较高的柔性度。当发生突发状况时，每个模块可以被分解为自律分配模块，既能够实现整体系统的联动与整合，子系统又能独立工作。这样便于针对不同状况进行反应，而当某一系统发生故障时，由于子系统相对独立，还可以方便工作人员的维修。
4.2 仿真生物化设计应用
在未来，机电一体化技术及相关装置对仿真生物学的依赖性较大，尤其是在以信息技术和神经网络所构成的系统基础上，仿真生物学能够进一步改变当前汽车驾驶与操作的性质。通过仿真生物技术对机电一体化在汽车设计之中的使用进行优化，以控制系统为中心，从而支配汽车的各种运作方式，与人类决策思想保持一致，能够进一步提高汽车的安全性，同时还有利于实现产品的微型化发展。
4.3 提升设计师专业水平
资料显示，我国在机电一体化方面的高素质复合型技术人才缺口较大，因此为进一步提高机电一体化技术在汽车设计中应用的实效性，应进一步提升设计师的专业水平，并大力推广有关方面的教育体系建设，从而实现我国汽车行业的高质量发展。首先，设计人员应加大在岗在位的学习力度。机电一体化技术与设备更新换代较快，汽车行业波动也较大，设计人员要具备一定的设计敏感度与市场敏感度，保持与时俱进的精神，从而推动我国汽车设计技术的不断发展，争取与发达国家水平平齐。其次，在各大院校及产教融合项目中，应广泛开展电子基础知识教育，为未来社会主义现代化建设做好打算，提高专业人员的电子技术知识掌握水平[5]。
综上所述，在汽车设计中应用机电一体化技术已成为汽车行业的主流，其不仅能够提高汽车的整体性能，还对环境保护起到了重要的作用，对于新能源汽车的发展十分关键。由于我国在机电一体化技术的研究与应用起步较晚，发展初期受技术及设备的限制，导致部分作业应用的基础还不够牢靠，因此政府与企业要加大对此项技术的重视，注重人才培养，从而推动我国汽车行业的发展。
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