机电一体化技术在汽车驱动系统设计中的应用分析

刘波

北方工业学校 辽宁省盘锦市 124021

这是一个科技变革的时代。第四次工业革命的浪潮即将到来，未来的十几年里，人工智能技术将会有更近一步的扩展，也势必带来一场技术革新。这无疑会对汽车行业带来巨大影响。“科学技术是第一生产力”，技术的变革往往推动着整个时代的进步。数字化管理、云计算、大数据，每一个时代热词都无疑彰显着未来的科技方向。这几十年来，计算机的迅猛发展已经成为我们生活中不可缺少的一部分，今天的智能化生活是十几年前的人们所不敢想象的，而未来几十年里，也将会有更多的技术革新，甚至是我们以前无法想象的场景都将会出现。

机电一体化是计算机与机电的“友好”融合，它们的结合催生了机电一体化技术，这对于整个机械行业而言，具有里程碑式的意义。它在很大程度上促进了机械行业的智能化，既提高了机械行业效率又提升了机械产品质量。对汽车领域而言，机电一体化技术是汽车在新时代发展的重要技术，是促进汽车行业发展的关键性技术之一。

1 机电一体化的含义及其发展历程

机电一体化技术的一个重要基础就是机电工程系统，人们常常也会称机电一体化为机械电子工程，它将机械工程与自动化、计算机技术巧妙地融合在一起，使得机械产品更加智能化，其最高境界即是达到人机合一。

机电一体化一词最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上。随着科学技术的快速发展，机电一体化逐渐渗透到机械行业的方方面面，被人们普遍接受和运用。后来计算机技术的迅猛发展使得全世界范围内发展了巨大变革。互联网时代到来了，地球不再是一个庞然大物，如今它已经有了一个新的代名词，那就是地球村。计算机技术极大地促进了机电一体化技术的进步与发展，尤其是近十几年，它涉及的范围、包含的内容可以说是非常的全面了。

当今时代的机电一体化对比最初的简单定义，拓宽了很多。机电一体化成为众多技术的综合，它将信息技术、传感器技术、机械技术、自动控制技术等多方面技术有机地结合在一起，运用到我们的现实生活中，才有了现在这么多智能化、自动化设备。机电一体化产品有着鲜明的特点，首先其功能多种多样、较为齐全，包括自动报警、自动监控等等，对比早期机械产品有了明显的进步；其次，机电一体化产品的生产效率更高、质量更好，科技的进步使得机械产品的生产速度迅速提高，人工智能代替了以前低效率、出错率较高的人力生产，加工更加精密，设备质量也更好；此外，机电一体化产品的安全性也提高了很多，如今大多数自动化生产设备，毋庸置疑，可以说都是机电一体化产品。

2 机电一体化技术在汽车设计中的应用

机电一体化技术在汽车制造行业的应用已经有了几十年的历史。它的发展历程大致可以分为三个阶段：第一个阶段是在十九世纪六十年代到七十年代，这一阶段的一个显著特征是电子技术在汽车制造中的应用，电子控制喷射燃油就是这个阶段的重大成果；第二个阶段是十九世纪七十年代到九十年代，这20年间，机电一体化在汽车设计中的应用主要是与大规模集成电路有关；第三个阶段就是从九十年代到现在，这一阶段的机电一体化技术有了更大的进步和发展，其所包含的内容也越来越丰富，其显著特征就是利用网络技术与信息技术，使得汽车制造更加智能化、更能够满足人们日益增长的需求、更能满足市场的实际需要。从机电一体化技术这三个阶段的特征也可以看到技术对于改革与发展的重要性。汽车的发展离不开机电一体化技术的日臻成熟，也离不开其他科学技术的支持。由此也可以预见，人工智能技术将会给机电一体化技术发展带来极大影响，很有可能会给汽车行业带来一个全新的前景。

3 机电一体化技术在汽车驱动系统设计中的应用

汽车的驱动系统较为复杂，一个好的驱动系统设计对汽车的价格、寿命等等影响很大。汽车驱动系统主要由同步器、万向节、差速器、粘性耦合器这几个模块组成。随着科技的进步，汽车的设计也越来越人性化，机电一体化的观念逐渐融入进了汽车的每一个设计中。比如，在旧式变速器的换挡设计中，要求具备“两脚离合”的方式，升档时要求在挂空挡的位置停留片刻，减档时要求在空挡位置加油门，这样的设计刚开始还能满足人们需求，毕竟刚开始有车。但渐渐地人们就发现了它的弊端：操作太过复杂、过程太过繁琐，不仅给那些反应不太灵敏的驾驶员带来了行车危险和不够便捷的驾驶体验；也使那些想学车的人“望而却步”，被这个复杂的操作给难住；当然，也影响了汽车市场的不断扩大。所以很快，它就被更先进的技术所取代了：同步器就在这样的背景下应运而生。换挡时，只需要通过同步器使齿轮达到一致的转速就可以实现顺利啮合。这种人性化的设计就是机电一体化技术在汽车驱动系统设计中的重要应用。机电一体化，它的最重要的目的就是使设备使用者能够更好地实现与机械设备的有机统一。随着汽车的普及，人们对于驾驶车辆的体验和要求也会越来越高，人机合一就是其最高境界，这也是当今机电一体化技术研究人员所追求的。

当然，机电一体化技术的应用不单单在同步器的设计上，在驱动系统的其他组成部分也有体现。汽车是一个运动中的物体，这种“运动”特性，决定了它的设计将会是复杂多样的，机电一体化技术工作者要充分考虑它在行驶过程中可能遇见的种种问题。在最初的汽车设计中，是没有万向节这样的配置的。汽车行驶时，尤其是在路面崎岖的地方行驶，就会在路面上产生跳动，从而导致负荷变化，或者造成两个总成安装位置出现差异，使变速器的输出轴与驱动桥主减速器的输入轴的夹角和距离发生变化，产生这样的变化极有可能导致车的性能不好，驱动力不够，甚至在行车过程中出现危险。机电一体化工作者以“以变应变”的思想设计出了万向节，解决了这个问题。他们在研究中还发现，汽车拐弯时车轮的轨迹是弧线，这样，要平稳地拐弯就必须使左右两边的车轮保持不一样转速，普通差速器就是在这样的需求下设计出来的。作为汽车驱动系统的重要组成部件，差速器主要应用于于汽车行驶在非直线或非平坦路面时，它的主要功能是将汽车前部的两个驱动轮以不同的速度旋转，以保证车辆在拐弯或者崎岖路面行驶时，轮胎与地面摩擦力为滑动摩擦力，从而提高汽车的安全性能。

驱动系统的另一组成部分是粘性耦合器，它是利用液体的粘性或者油膜的剪切作用来传递动力的。汽车工作时，有时要求需要传递出很大功率的液体粘性传动装置，粘性耦合器就可以满足这样的功能。在粘性耦合器的设计中，液体粘度、厚度，包括平板的移动速度，都是借助现代化的仪器和设备设计出来的，既考虑了车辆在行驶过程中的安全问题，同时也将车辆启动时，驾驶员在车内感受到的颠簸状况、用车感受进行综合考量。当然，绝大部分机械产品的初始模样都是较为粗糙的，经过反复试验才达到更符合人体感受的设计状态。

在机电一体化的应用背景下，汽车的驱动系统设计越来越趋于成熟。科技的进步是机电一体化技术发展的催化剂，如今的驱动系统能耗更低、性能也更加稳定。技术的提高也促进了生产、加工水平的提高，汽车已经从奢侈品行列变为人们生活当中的必需品。倒车雷达、车内GPS导航、车载空调以及自动挡的出现，无不彰显着机电一体化的应用。这些高新技术的广泛应用极大地提升了人们的用车体验，同时也使汽车行业蓬勃发展。近几年来，由于绿色环保意识的提高和科学技术的发展，电动车的研究也越来越多，现实生活中电动车的使用也受到了越来越多人的欢迎。电动自行车、电动汽车，还有更多电动产品，也必将会在未来伴随技术进步、电动产品的不断更新换代和日趋完善，最终呈现在人们眼前、不再遥不可及。

综上所述，随着汽车的不断普及、人民对美好生活需要不断提高，汽车的设计势必会越来越严谨。尽管目前汽车设计技术已经越来越成熟，但仍有很大发展空间。未来的汽车，肯定会更加智能化、人性化、自动化；未来的出行，不仅会更加便利、更加高效，同时会更加节能、更加环保。机电一体化技术的产生离不开其他科学技术的进步与发展。新技术的产生就是机电一体化技术发展的新的动力源泉。未来的汽车制造肯定会更加先进，未来的驱动系统也会随着机电一体化技术的进步变得更加稳定，安全性更高，耗能更低。