時間：2023-10-12 09:39:06
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關(guān)鍵詞：電子機械技術(shù)；特征；應用；發(fā)展趨勢；分析
中圖分類號：TH16文獻標識碼：A文章編號：1674-957X（2021）02-0201-02
0引言
機械電子技術(shù)是機械領域的一種新技術(shù)，主要是將電子技術(shù)和機械生產(chǎn)結(jié)合起來，以提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，減少成本投入，提高企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。當前人們對機械電子的應用引起了廣泛的重視和關(guān)注，我國也將其作為一項重要的發(fā)展內(nèi)容。當前，機械電子技術(shù)還在不斷的發(fā)展中，通過研發(fā)新技術(shù)，開發(fā)出機械電子新的生產(chǎn)潛能。
1電子機械技術(shù)概述
電子機械技術(shù)是新興技術(shù)，是為滿足社會發(fā)展需求所產(chǎn)生的，當前我國眾多高校紛紛設立了電子機械專業(yè)，和普通機械相比較而言，電子機械具備了更加明顯的優(yōu)勢。電子機械技術(shù)的應用，能夠極大的提升電子設備的電氣系統(tǒng)性能，將電子機械技術(shù)和機械設備相融合，能夠賦予電子設備更加完善的性能，進而更好的滿足新時期各個領域發(fā)展需求。
1.1電子機械技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)階段，我國對于電子機械技術(shù)的研究，主要包括下述方面：首先是電子機械設備如何應對惡劣環(huán)境，尤其是在面對強烈震動、撞擊的情況下，如何才能夠保證電子機械設備的安全可靠運行。在惡劣環(huán)境下，如何才能夠有效控制電子機械設備溫度，保證設備及元件溫度處于限定范圍內(nèi)。如何避免電子機械設備應用中所造成的環(huán)境污染問題。如何提升電子機械設備的防潮、防腐蝕性能等等。其次是機械結(jié)構(gòu)參數(shù)對于電子機械設備性能所造成的影響問題，例如天線伺服驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)諧構(gòu)振頻率對于控制系統(tǒng)寬帶所造成的限制；電子機械設備在摩擦、變形時候?qū)τ诳刂葡到y(tǒng)性能所造成的影響；天線結(jié)構(gòu)變形、反射面誤差對于天線效率所造成的影響。只有明確上述問題對于電子機械設備造成影響的原因及規(guī)律，并有針對性的設計結(jié)構(gòu)參數(shù)，才能夠更好的發(fā)揮出電子機械設備的價值作用。最后是電子機械組裝技術(shù)和電子精密機械設計方面的問題，如何正確的組裝連接大量的電子元器件并形成高效運轉(zhuǎn)的電子機械設備，必須要充分考慮到每一個電子元器件彼此之間的相互影響，外部環(huán)境對于電子元器件所帶來的影響，以便于更好的保證電子機械設備的安全性、可靠性，同時應確保便于維修和操作。電子機械設備功能的實現(xiàn)，往往離不開雷達天線等精密機械的支撐，其具備較高的精密程度，對于技術(shù)人員專業(yè)水平有著較高的要求，對電子機械設備展開精密化設計，旨在提升電子機械設備的性能，以便于更好的滿足新時期在各個領域中的使用需求，推動電子機械技術(shù)發(fā)展與社會進步。
1.2電子機械技術(shù)的特征
市場經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，機械制造業(yè)競爭越來越激烈，機械制造企業(yè)是否具備較高的核心競爭力，成為是否實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，電子機械技術(shù)的發(fā)展與應用，為機械制造業(yè)發(fā)展帶來了巨大的機遇。電子機械技術(shù)的特征，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先是具有明顯的電子信息技術(shù)特征，信息時代的到來，電子信息技術(shù)應運而生，并在電子機械結(jié)構(gòu)設計中實現(xiàn)了廣泛有效的應用?，F(xiàn)如今，電子機械設計并不僅僅是簡單的機械工程，而是要依靠電子信息技術(shù)來展開全面、完善的機械設計，以便于更好習的滿足新時期的發(fā)展需求，推動社會發(fā)展。其次是具備靈活性的特征，和傳統(tǒng)機械技術(shù)相比較而言，應用電子機械技術(shù)所設計制造的產(chǎn)品，具備更高的靈活性，實用性，并且產(chǎn)品的應用更加的簡單方便，為機械制造業(yè)發(fā)展提供了巨大的便利?；诖?，要高度重視對電子機械技術(shù)的應用，創(chuàng)新設計產(chǎn)品，充分滿足各個領域的個性化需求。最后是能夠極大的提升工作效率及質(zhì)量，電子機械技術(shù)的應用，和傳統(tǒng)人力操作相比較而言，不僅不會受到人員主觀因素的影響，同時還能夠按照設計要求高效完成預定生產(chǎn)制造內(nèi)容，整個過程具備較高的效率，同時其工作質(zhì)量也得到了充分的保障。
2機械電子技術(shù)的應用分析
2.1質(zhì)量檢測
現(xiàn)階段，隨著科技的快速發(fā)展，信息呈現(xiàn)出快速流動趨勢，并且產(chǎn)生了諸多新型材料，其性能更高，并逐漸替代了傳統(tǒng)的工業(yè)材料，因而引發(fā)了社會各界的高度關(guān)注。新時期，依靠以往傳統(tǒng)的人工模式已經(jīng)逐漸無法滿足機械產(chǎn)品質(zhì)量檢測工作需求，而借助電子機械技術(shù)所生產(chǎn)制造的產(chǎn)品，其質(zhì)量要高的多，并且利用高精度設備展開機械產(chǎn)品質(zhì)量檢測工作，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問題并將其解決，滿足應用需求。
2.2農(nóng)業(yè)應用
信息時代的到來，進一步助推了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，促進了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟增長。但是，當前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展中也存在著諸多的問題，例如：現(xiàn)代化生產(chǎn)效率低、品質(zhì)低等，這給農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展造成了嚴重的阻礙。在這種情況下，要充分發(fā)揮出電子機械技術(shù)的優(yōu)勢，加強電子機械技術(shù)和農(nóng)業(yè)機械設備的融合發(fā)展，完善農(nóng)業(yè)機械功能，提升農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)效率，促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展步伐。不僅如此，電子機械技術(shù)、信息技術(shù)的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)機械設備的自動化控制，提升其智能化水平，滿足新時期農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求。
2.3電子產(chǎn)品應用
在機械生產(chǎn)的過程中，為了便于操作，同時也縮小設備體積，減輕其重量，需要利用電子部件替換部分零件，使得機械設備更加靈活高效的進行生產(chǎn)操作?，F(xiàn)階段，電子機械技術(shù)在電子產(chǎn)品生產(chǎn)中有著非常廣泛的應用，取得了良好的應用效果，尤其是以納米技術(shù)為代表的電子機械技術(shù)，能夠精確掌控機械設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并結(jié)合實際情況展開優(yōu)化改造。不僅如此，快速成型技術(shù)作為電子機械技術(shù)的重要組成部分，在電子產(chǎn)品領域的應用也極為廣泛，極大的提升了加工技術(shù)的可靠性、靈活性，同時也達到了良好的成型效果，產(chǎn)品質(zhì)量得到了充分的保障。再例如：3D打印技術(shù)，通過3D打印的方式來構(gòu)造電子產(chǎn)品，極大的提升了電子產(chǎn)品的性能，生產(chǎn)效率及質(zhì)量顯著提升。
3電子機械技術(shù)的發(fā)展趨勢探討
3.1實用性
電子機械技術(shù)發(fā)展中，應緊隨時展潮流，確保滿足社會發(fā)展需求，避免盲目性。要做好對市場的調(diào)查工作，以市場需求為基礎創(chuàng)新電子機械技術(shù)，擴大電子機械技術(shù)的應用范圍，并獲得良好的效益。不僅如此，要明確電子機械技術(shù)的發(fā)展方向，樹立超前發(fā)展意識，在保證電子機械技術(shù)具備較高實用性的同時，更好的滿足市場發(fā)展需求。
3.2綠色化
綠色、生態(tài)、環(huán)保背景下，電子機械技術(shù)的綠色化發(fā)展成為必然趨勢。電子機械技術(shù)發(fā)展過程中，要遵循綠色、節(jié)能、環(huán)保的理念，在減輕環(huán)境污染，避免資源浪費的同時，獲得良好的應用效益。要積極的創(chuàng)新應用節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)對資源的循環(huán)再利用，減少資源消耗，降低成本，保證電子機械技術(shù)的綠色、可持續(xù)發(fā)展。
3.3微型化
在先進技術(shù)的帶動下，電子機械技術(shù)功能將會更加完善，電子機械設備體積將會更小，同時也能夠充分滿足各項功能需求。特別是在信息領域、醫(yī)學領域以及軍事領域當中，要重視對微型自動化產(chǎn)品的研發(fā)，加強技術(shù)攻關(guān)工作，進一步縮小產(chǎn)品的體積，更好的服務于電子機械制造領域。
3.4數(shù)字化
微控制器的發(fā)展，為電子機械產(chǎn)品的數(shù)字化發(fā)展提供了重要的機遇，計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，則為電子機械技術(shù)的數(shù)字化設計與制造鋪平了道路。數(shù)字化是電子機械技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展的必然方向，能夠極大的提升其可靠性，并且更加便于維護和操作，同時能夠?qū)崿F(xiàn)故障自我診斷和修復的目的。
3.5集成化
集成化涵蓋滲透了多種技術(shù)，是各項技術(shù)融合下的產(chǎn)物，包含著多道工序，包括：加工、檢測、管理等等。具備集成化特征的電子機械技術(shù)，能夠提升系統(tǒng)的柔性，進而自動高效完成對多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。將系統(tǒng)功能借助軟件和硬件有機聯(lián)系，能夠有效提升電子機械技術(shù)及設備的功能和性能，滿足應用需求。
3.6模塊化
企業(yè)快速發(fā)展的背景下，電子機械技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)商家數(shù)量越來越多，產(chǎn)品數(shù)量也不斷增加，在這種情況下，加快研發(fā)電子機械技術(shù)產(chǎn)品單元模塊成為一項關(guān)鍵性工作，但是該項工作的開展面臨著一系列的難題，例如：實現(xiàn)動力、環(huán)境、標準機械接口功能等，這能夠為新產(chǎn)品的研發(fā)提供重要的技術(shù)支撐。舉個例子來說：研發(fā)集減速和變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元，能夠為電機一體控制單元的研制起到重要借鑒。
3.7網(wǎng)絡化
互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利，隨著網(wǎng)絡的普及，遠程控制技術(shù)、遠程監(jiān)測技術(shù)應運而生并廣泛普及。遠程控制技術(shù)的實現(xiàn)，依靠的是電子機械技術(shù)產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)與應用，促進了電器網(wǎng)絡化發(fā)展，將家用電器利用網(wǎng)絡進行連接，構(gòu)建計算機集成家用電器系統(tǒng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)實時化監(jiān)測與控制，促進電子機械技術(shù)及產(chǎn)品的網(wǎng)絡化發(fā)展。
3.8人性化
電子機械技術(shù)及產(chǎn)品無論如何發(fā)展，其應用對象終究是人，因此在接下來的時間里，電子機械技術(shù)的人性化發(fā)展成為必然。在完善電子機械技術(shù)及產(chǎn)品的性能的同時，賦予其人的智能、人的情感以及人的思維，實現(xiàn)人機一體化發(fā)展。
1 電子機械概述
電子機械主要是以研究電子信息設備與電子系統(tǒng)的機械與結(jié)構(gòu)的設計與制造為核心的，努力提高設備或系統(tǒng)在不同的復雜環(huán)境中的電性能。我國工業(yè)與電子裝備發(fā)展過程已經(jīng)超過40年，在電子設備的設計和制造商處于世界前列，但是也必須認識到先進的電子機械，不僅取決于電子設備的可靠性，也與結(jié)構(gòu)與工藝密不可分。電氣設計、結(jié)構(gòu)設計及制造工藝在電子裝備中有融為一體的發(fā)展態(tài)勢，當今的電子機械工程就是應這種趨勢而產(chǎn)生的新興學科，國內(nèi)很多高校也設立了電子機械專業(yè)。電子機械同以往的普通機械相比，有其自身的特性：從目的上來說，電子機械旨在于提高電子設備的電氣性能系統(tǒng)；從實現(xiàn)手段上來說，電子機械主要通過在機械中加入電子信息技術(shù)等來實現(xiàn)電子設備的性能；從機電一體化的載體方面來說，電子機械是電子系統(tǒng)，常規(guī)機械是機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；從電子系統(tǒng)對機械的重要性來說，機電一體化對電子設備至關(guān)重要。
2 電子機械故障診斷技術(shù)分析
所謂電子機械設備故障，就是指機械系統(tǒng)已偏離其設備狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。如某些零件或部件損壞，致使工作能力喪失；發(fā)動機功率降低；傳動系統(tǒng)失去平衡和噪聲增大；工作機構(gòu)的工作能力下降；燃料和油的消耗增加等，當其超出了規(guī)定的指標時，均屬于機械故障。電子機械故障診斷技術(shù)主要有以下幾種：
2.1 基于小波分析的故障診斷方法
小波變換是一種新的變換分析方法，它繼承和發(fā)展了短時傅立葉變換局部化的思想，同時又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點，能夠提供一個隨頻率改變的“時間-頻率”窗口，是進行信號時頻分析和處理的理想工具?；谛〔ǚ治鲋苯舆M行故障診斷是屬于故障診斷方法中的信號處理法。這一方法的優(yōu)點是可以回避被診斷對象的數(shù)學模型，這對于那些難以建立解析數(shù)學模型的診斷對象是非常有用的。具體可分為以下4種方法： ①利用小波變換檢測信號突變的故障方法連續(xù)小波變換能夠通過多尺度分析提取信號的奇異點。其基本原理是利用信號在奇異點附近的Lipschitz指數(shù)。Lipschitz指數(shù)時，其連續(xù)小波變換的模極大值隨尺度的增大而增大；當時，則隨尺度的增大而減小。噪聲對應的Lipschitz指數(shù)遠小于0，而信號邊沿對應的Lipschitz指數(shù)大于或等于0。因此，可以利用小波變換區(qū)分噪聲和信號邊沿，有效地檢測出強噪聲背景下的信號邊沿（援變或突變）。因此，利用小波變換可以區(qū)分噪聲和信號邊沿，有效地檢測出強噪聲背景下的信號邊沿奇變。動態(tài)系統(tǒng)的故障通常會導致系統(tǒng)的觀測信號發(fā)生奇異變化，可以直接利用小波變換檢測觀測信號的奇異點，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)故障的檢測。
除此之外，小波變換可以看作一個帶通濾波器，從而可以對信號進行濾波。近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于小波變換的去噪方法。Mallat提出了通過尋找小波變換系數(shù)中的局部極大值點，并據(jù)此重構(gòu)信號，可以很好地逼近未被噪聲污染前的信號。Donoho也提出了一種新的基于閾值處理思想的小波去噪技術(shù)。利用去噪后的信號可以直接對系統(tǒng)進行故障診斷，也可利用此信號進行殘差分析。通過去噪獲得系統(tǒng)輸出信號來進行故障診斷，方法上比較簡單，但對故障的判斷受限于觀測人員自身的經(jīng)驗。
2.2 光學檢測技術(shù)
由于故障診斷資料不足，對故障的認識受到較大限制，給明確診斷帶來困難，有時所懷疑的故障的一般規(guī)律與故障征兆不完全相符，另外排除了一種故障的可能，因此故障診斷的推理過程往往也是模糊的，具有一定程度的不確定性。近年來，光學技術(shù)得到了快速的發(fā)展并被應用到工業(yè)領域，例如在數(shù)控機床中光柵系統(tǒng)的應用。光柵測量是利用光的衍射原理，通過疊放的光柵的相對運動，產(chǎn)生與之同步移動的莫爾條紋信號，然后通過讀數(shù)頭與后續(xù)電路，將導軌、工作臺的位置等信號轉(zhuǎn)變成信號讀出來，其讀數(shù)分辨率可達5nm。當兩塊相同的長光柵跌合，如果柵線的夾角很小時，莫爾條紋的方向與光柵條紋方向近似垂直。光柵盤上黑白刻線的相對移動，會產(chǎn)生光強度周期性變化，此光信號經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換成為周期性的電信號，對電信號進行分析處理，就可獲得光柵相對移動的位移量。
2.3 人工智能診斷
機電設備在運行時均會產(chǎn)生物理變化或者化學性能的轉(zhuǎn)化，這樣勢必會造成設備的外在形態(tài)的改變，如溫度升高、電壓電流以及功率的變化等，檢測人員可以通過對設備的這些參數(shù)變化的分析來了解設備的運行狀況。故障診斷技術(shù)就是依照不同參數(shù)的不同變化規(guī)律，而預判斷設備是否出現(xiàn)故障及出現(xiàn)故障的具置，以便及時采取科學有效的措施，防止出現(xiàn)不必要的損失，提高了設備運行效率和安全性。近年來，人工智能和計算機技術(shù)迅速發(fā)展，在機械診斷中的運用也越來越廣泛。例如，用于大機組和燃氣輪機的診斷專家系統(tǒng)、采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡、自組織映象和徑向基函數(shù)網(wǎng)絡等的智能診斷神經(jīng)網(wǎng)絡等。Zadeh曾將專家系統(tǒng)、模糊集合、神經(jīng)網(wǎng)絡、概率計算和遺傳算法統(tǒng)稱為軟計算。將軟計算中各種方法集成，形成各種類型的混合系統(tǒng)，如用于診斷的模糊專家系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡等，使各種方法互相取長補短，相輔相成，是一種值得關(guān)注的動向。
一、微電子機械技術(shù)發(fā)展的概況
微電子機械技術(shù)具有體積小、可靠性強、重量輕以及工作速度快等特點。微電子機械技術(shù)是根據(jù)集成電路為核心的半導體器件發(fā)展起來的一項新型技術(shù)。微電子機械技術(shù)的發(fā)展推動了電子信息時代的進步以及社會工業(yè)化的革新。微電子機械技術(shù)是微電子技術(shù)和微加工技術(shù)的結(jié)合體。在認識微電子機械技術(shù)的過程中還應當要對微加工技術(shù)和微電子技術(shù)有相應的了解。在微電子機械技術(shù)發(fā)展之前就已經(jīng)有科學家從事了相應的電子元器件制造、設備維護、質(zhì)量控制和半導體芯片等工作。這些工作的進行對探索集成電路為核心的電子技術(shù)發(fā)展中具有促進作用。微型機械系統(tǒng)可以完成其他電子技術(shù)所不能完成的任務。微型技術(shù)與微型機械相互結(jié)合使得種類繁多的微型器件相繼問世。這些器件的批量生產(chǎn)廣泛的運用于生活的各個方面。微電子機械技術(shù)的產(chǎn)生為各行各業(yè)發(fā)展帶來了巨大的前景。微電子機械技術(shù)在電子技術(shù)發(fā)展的領域中具有極強的靈活性。其發(fā)展不僅帶動了科學技術(shù)的進步，還在一定程度上促進了國民經(jīng)濟的增長。微電子機械技術(shù)為技術(shù)和工藝提供了一個全新的發(fā)展空間。
二、微電子機械技術(shù)發(fā)展面臨的問題
1965年GordonE.Moore作為Intel公司創(chuàng)始人之一，他根據(jù)1C芯片發(fā)展的規(guī)律曾預言了摩爾定律。該定律的預言使得半導體技術(shù)發(fā)展成為一種可能。當前，集成電路的主要技術(shù)為8英寸的0.25um,同時12英寸的0.18um技術(shù)發(fā)展也已經(jīng)漸漸成熟，隨著科學技術(shù)的發(fā)展0.15um、0.13um產(chǎn)品己開始投產(chǎn)，正在向0.10pm前進，按照微電子技術(shù)這種發(fā)展速度，微電子技術(shù)發(fā)展的速度比預期的還要快。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，使得微加工技術(shù)發(fā)展的進程加快。微型加工技術(shù)是微電機械技術(shù)發(fā)展的一個關(guān)鍵性技術(shù)。LIGA加工、準LIGA加工和硅加工在隨著微電子技術(shù)的發(fā)展朝著更復雜和更高深度的方向發(fā)展。微加工技術(shù)的發(fā)展使得加工技術(shù)對材料的要求進一步提髙。我國微型加工技術(shù)分別在航空、環(huán)境、生物學等領域中廣泛運用。如今，微電子機械技術(shù)的發(fā)展能力在進步的過程中實現(xiàn)了產(chǎn)品非常小的愿望。采用微電子機械技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品較其他方式產(chǎn)生的產(chǎn)品具有一定的優(yōu)越性。但是，在我國微電子機械技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，微電子機械技術(shù)在發(fā)展的過程中同樣存在一定的問題。其呈現(xiàn)的問題主要有以下幾點：首先，由于微電子機械技術(shù)并不是傳統(tǒng)的機械，其無論是在概念上還是在尺度上遠遠超出了傳統(tǒng)機械運用。導致其在設計和制造方面存在一定的問題。其次；微型機械技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品具有微小化的特征，使得在生產(chǎn)中存在較大的難度，導致微電子機械技術(shù)的產(chǎn)品需要經(jīng)過專業(yè)化的處理才能夠被理解和運用。最后，微電子機械技術(shù)的發(fā)展是在微型電子的發(fā)展基礎上發(fā)展起來的。因此，微電子機械技術(shù)的發(fā)展始終以微電子技術(shù)的發(fā)展為前提。
三、微電子機械技術(shù)在我國發(fā)展的現(xiàn)狀和對策
我國在微電子技術(shù)發(fā)展方面較其他國家落后。但是，在我國微電子機械技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，太細的微電子機械并不影響我國電子機械的發(fā)展。當前，我國半導體工藝加工水平已經(jīng)完全滿足微電子機械技術(shù)發(fā)展的要求。同時，根據(jù)原有硅基壓力傳感器和相應的石英加速器，使得我國在微電子機械技術(shù)發(fā)展的過程中，把握微電子技術(shù)發(fā)展的方向，結(jié)合國外發(fā)展的經(jīng)驗，將我國微電子機械技術(shù)發(fā)展的更為先進。當前，我國科學技術(shù)與國外相比存在一定的差距。差距的產(chǎn)生不僅僅是科學技術(shù)水平的原因，還存在一定的原因就是國家應當加大相應的資金投入，鼓勵我國微電子機械技術(shù)的發(fā)展。微電機械技術(shù)的發(fā)展對我國科學技術(shù)的發(fā)展具有重要的促進作用。為能夠保證其他科學技術(shù)能夠獲得更好的發(fā)展，微電子機械技術(shù)的發(fā)展必不可少。唯有加大資金的投入，培養(yǎng)更多更優(yōu)秀的人才，促進微電機械技術(shù)的發(fā)展，才能夠更好的促進我國各方面的發(fā)展。
四、結(jié)束語
微電機械技術(shù)的發(fā)展給我們的生活帶來了翻天覆地變化。無論是從科研成果方面還是科技創(chuàng)造方面都已經(jīng)取得了較為滿意的成績。
在電子機械設備故障診斷過程中，診斷對象的故障過程是復雜多變的，在故障發(fā)展過程中，由于引起故障的因素在性質(zhì)、特點及作用方式上是不同的，機械功能狀況和所受損害的具體情況也不同，使得故障征兆和演變具有不同形式，診斷中往往難以迅速準確地認識故障的性質(zhì)，導致誤診。
1 電子機械概述
電子機械主要是以研究電子信息設備與電子系統(tǒng)的機械與結(jié)構(gòu)的設計與制造為核心的，努力提高設備或系統(tǒng)在不同的復雜環(huán)境中的電性能。我國工業(yè)與電子裝備發(fā)展過程已經(jīng)超過40年，在電子設備的設計和制造商處于世界前列，但是也必須認識到先進的電子機械，不僅取決于電子設備的可靠性，也與結(jié)構(gòu)與工藝密不可分。電氣設計、結(jié)構(gòu)設計及制造工藝在電子裝備中有融為一體的發(fā)展態(tài)勢，當今的電子機械工程就是應這種趨勢而產(chǎn)生的新興學科，國內(nèi)很多高校也設立了電子機械專業(yè)。電子機械同以往的普通機械相比，有其自身的特性：從目的上來說，電子機械旨在于提高電子設備的電氣性能系統(tǒng)；從實現(xiàn)手段上來說，電子機械主要通過在機械中加入電子信息技術(shù)等來實現(xiàn)電子設備的性能；從機電一體化的載體方面來說，電子機械是電子系統(tǒng)，常規(guī)機械是機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；從電子系統(tǒng)對機械的重要性來說，機電一體化對電子設備至關(guān)重要。
2 電子機械故障診斷技術(shù)分析
所謂電子機械設備故障，就是指機械系統(tǒng)已偏離其設備狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。如某些零件或部件損壞，致使工作能力喪失；發(fā)動機功率降低；傳動系統(tǒng)失去平衡和噪聲增大；工作機構(gòu)的工作能力下降；燃料和油的消耗增加等，當其超出了規(guī)定的指標時，均屬于機械故障。電子機械故障診斷技術(shù)主要有以下幾種：
2.1 基于小波分析的故障診斷方法
小波變換是一種新的變換分析方法，它繼承和發(fā)展了短時傅立葉變換局部化的思想，同時又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點，能夠提供一個隨頻率改變的“時間-頻率”窗口，是進行信號時頻分析和處理的理想工具。基于小波分析直接進行故障診斷是屬于故障診斷方法中的信號處理法。這一方法的優(yōu)點是可以回避被診斷對象的數(shù)學模型，這對于那些難以建立解析數(shù)學模型的診斷對象是非常有用的。具體可分為以下4種方法： ①利用小波變換檢測信號突變的故障方法連續(xù)小波變換能夠通過多尺度分析提取信號的奇異點。其基本原理是利用信號在奇異點附近的Lipschitz指數(shù)。Lipschitz指數(shù)時，其連續(xù)小波變換的模極大值隨尺度的增大而增大；當時，則隨尺度的增大而減小。噪聲對應的Lipschitz指數(shù)遠小于0，而信號邊沿對應的Lipschitz指數(shù)大于或等于0。因此，可以利用小波變換區(qū)分噪聲和信號邊沿，有效地檢測出強噪聲背景下的信號邊沿（援變或突變）。因此，利用小波變換可以區(qū)分噪聲和信號邊沿，有效地檢測出強噪聲背景下的信號邊沿奇變。動態(tài)系統(tǒng)的故障通常會導致系統(tǒng)的觀測信號發(fā)生奇異變化，可以直接利用小波變換檢測觀測信號的奇異點，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)故障的檢測。
除此之外，小波變換可以看作一個帶通濾波器，從而可以對信號進行濾波。近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于小波變換的去噪方法。Mallat提出了通過尋找小波變換系數(shù)中的局部極大值點，并據(jù)此重構(gòu)信號，可以很好地逼近未被噪聲污染前的信號。Donoho也提出了一種新的基于閾值處理思想的小波去噪技術(shù)。利用去噪后的信號可以直接對系統(tǒng)進行故障診斷，也可利用此信號進行殘差分析。通過去噪獲得系統(tǒng)輸出信號來進行故障診斷，方法上比較簡單，但對故障的判斷受限于觀測人員自身的經(jīng)驗。
2.2 光學檢測技術(shù)
由于故障診斷資料不足，對故障的認識受到較大限制，給明確診斷帶來困難，有時所懷疑的故障的一般規(guī)律與故障征兆不完全相符，另外排除了一種故障的可能，因此故障診斷的推理過程往往也是模糊的，具有一定程度的不確定性。近年來，光學技術(shù)得到了快速的發(fā)展并被應用到工業(yè)領域，例如在數(shù)控機床中光柵系統(tǒng)的應用。光柵測量是利用光的衍射原理，通過疊放的光柵的相對運動，產(chǎn)生與之同步移動的莫爾條紋信號，然后通過讀數(shù)頭與后續(xù)電路，將導軌、工作臺的位置等信號轉(zhuǎn)變成信號讀出來，其讀數(shù)分辨率可達5nm。當兩塊相同的長光柵跌合，如果柵線的夾角很小時，莫爾條紋的方向與光柵條紋方向近似垂直。光柵盤上黑白刻線的相對移動，會產(chǎn)生光強度周期性變化，此光信號經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換成為周期性的電信號，對電信號進行分析處理，就可獲得光柵相對移動的位移量。
2.3 人工智能診斷
機電設備在運行時均會產(chǎn)生物理變化或者化學性能的轉(zhuǎn)化，這樣勢必會造成設備的外在形態(tài)的改變，如溫度升高、電壓電流以及功率的變化等，檢測人員可以通過對設備的這些參數(shù)變化的分析來了解設備的運行狀況。故障診斷技術(shù)就是依照不同參數(shù)的不同變化規(guī)律，而預判斷設備是否出現(xiàn)故障及出現(xiàn)故障的具置，以便及時采取科學有效的措施，防止出現(xiàn)不必要的損失，提高了設備運行效率和安全性。近年來，人工智能和計算機技術(shù)迅速發(fā)展，在機械診斷中的運用也越來越廣泛。例如，用于大機組和燃氣輪機的診斷專家系統(tǒng)、采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡、自組織映象和徑向基函數(shù)網(wǎng)絡等的智能診斷神經(jīng)網(wǎng)絡等。Zadeh曾將專家系統(tǒng)、模糊集合、神經(jīng)網(wǎng)絡、概率計算和遺傳算法統(tǒng)稱為軟計算。將軟計算中各種方法集成，形成各種類型的混合系統(tǒng)，如用于診斷的模糊專家系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡等，使各種方法互相取長補短，相輔相成，是一種值得關(guān)注的動向。
隨著科技的發(fā)展，電子機械技術(shù)呈現(xiàn)出以下的發(fā)展趨勢：
1寬頻帶、多波段、離功率
當前和將來對電子設備的其它要求是：（1)寬頻帶，如要求射電望遠鏡的工作頻率從200MHz到8.8GHz，甚至更寬；(2)多波段，如要求同一天線可工作在幾個波段；（3)高功率，如衛(wèi)星上的設備，則希望在體積不變的情況下，發(fā)射功率盡可能的大。這三個要求給電子設備的設計與制造帶來了新的問題和更大的難度。辟如，場耦合關(guān)系更加復雜，加工精度要求更高，需要進行新材料、新結(jié)構(gòu)與新理論的探索和研究。
2離密度、小型化
電子設備正向著體積更小、密度更大、功耗更低的方向發(fā)展，如電子設備組裝的密度越來越大，而且由二維組裝向三維組裝的方向發(fā)展。與此相應地，設備的體積卻越來越小。
3智能化
即要求機電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機床上增加人機對話功能,設置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進步與發(fā)展，為電子機械技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。
4快速響應與準確定位
對設備的機動性與反應速度的要求也越來越高，而且在要求快速跟蹤的同時，還應能夠精確定位。例如，某艦載雷達天線座與穩(wěn)定平臺，要求其具有極高的快速性、低速平穩(wěn)性以及定位精確性。
5數(shù)字化
微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求電子機械技術(shù)產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。
6集成化
集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)。然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來,使其性能最優(yōu)、功能最強67網(wǎng)絡化
由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是電子機械技術(shù)產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)，使家用電器網(wǎng)絡化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種髙技術(shù)帶來的好處。因此機電一體化產(chǎn)品夫疑應朝網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
8人性化
電子機械技術(shù)產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給電子機械技術(shù)產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，電子機械技術(shù)產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機器人的最髙境界就是人機一體化。
電子機械技術(shù)的創(chuàng)新，對于現(xiàn)代機械設備的科學應用與管理都是具有重要作用的，同時機械設備應用技術(shù)的科學創(chuàng)新也是有一定促進作用的。電子機械技術(shù)與機械設備應用技術(shù)是相互影響、相互促進的關(guān)系，兩者之間的科學創(chuàng)新是建立在現(xiàn)代科學技術(shù)應用的基礎上，并結(jié)合和借鑒世界先機的技術(shù)理論，才能有效保證兩者的共同科學創(chuàng)新發(fā)展。
電子機械制動技術(shù)的應用能在滿足節(jié)能環(huán)保要求的同時，打造更加安全的汽車發(fā)展平臺，配合信息技術(shù)、自動化技術(shù)以及智能技術(shù)等核心技術(shù)方案，為汽車行業(yè)多元發(fā)展提供保障。
1汽車電子機械制動系統(tǒng)的市場價值
一方面，汽車電子機械制動系統(tǒng)的應用大大提升了汽車行業(yè)節(jié)能水平，充分秉持環(huán)保要求，在提高控制精準性的同時也為系統(tǒng)響應效率的全面優(yōu)化提供了保障。也正是基于汽車電子機械制動系統(tǒng)突出的應用優(yōu)勢，能為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保效益和經(jīng)濟效益的共贏目標。
另一方面，汽車電子機械制動系統(tǒng)的研發(fā)和應用真正意義上推進了綠色環(huán)保行業(yè)發(fā)展進程，整合生產(chǎn)發(fā)展模式，維持綜合應用性能，創(chuàng)設了更加合理且規(guī)范的汽車發(fā)展體系，促進綜合管理模式的全面進步。
綜上所述，汽車電子機械制動系統(tǒng)具有重要的市場價值，是實現(xiàn)多元效益和諧統(tǒng)一的核心技術(shù)體系。
2汽車電子機械制動概述
汽車電子機械制動系統(tǒng)的應用能有效提高自動化控制水平，配合主動巡航控制模塊等，減少制動器響應時間，有效提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了發(fā)揮電子機械制動的應用優(yōu)勢，要明確其基本結(jié)構(gòu)和工作原理，維持整體系統(tǒng)運行的科學性。
2.1基礎結(jié)構(gòu)
在汽車電子機械制動工作過程中，制動踏板和制動器是最關(guān)鍵的兩個基礎結(jié)構(gòu)單元，維持兩者的非機械連接性，才能滿足制動的實際應用要求。與此同時，汽車電子機械制動結(jié)構(gòu)會借助電子控制的方式完成程序數(shù)據(jù)控制處理，用戶在實際操作過程中，需要向電子機械制動系統(tǒng)單元輸送對應的信息數(shù)據(jù)，配合傳感器完成指令的匯總，從而維持汽車完成安全運行。相較于傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)中利用制動器進行真空助力處理，新型的EMB制動系統(tǒng)能配合踏板感覺模擬器和EMB系統(tǒng)完成制動控制。另外，汽車電子機械制動系統(tǒng)中，還需要配合電子元件實現(xiàn)信號和指令的處理，相較于傳統(tǒng)的液壓元件，其大大提升了安全的效率和應用的效果，并且減少元件空間占比，在滿足多元組裝和整合的基礎上，形成更加和諧且應用效率高的運行整體，為系統(tǒng)綜合功能和特性優(yōu)化奠定堅實基礎。第一，制動踏板模擬設備。是電子機械制動系統(tǒng)的核心元件，最基本的作用就是能配合駕駛操作，駕駛員在向踏板施加作用力后，汽車就會利用移動的方式將傳感器獲得的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而完成信號傳輸?shù)紼CU系統(tǒng)的目的，在系統(tǒng)接收到相關(guān)指令后，就能結(jié)合指令的具體內(nèi)容完成響應。
第二，電子控制器設備。其中包括冗余ECU、CPU、輸出電路、輸入電路等，在實際應用過程中，要利用信號轉(zhuǎn)化的方式，將傳感器電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，從而形成對應的響應處理工序，提高應用效果。與此同時，數(shù)字信號會匯總在CPU中，完成匹配的判定和響應處理，確保電信號分析和計算工序的合理性。值得一提的是，要結(jié)合工況完成計算標準的處理和分析，有效了解計算數(shù)值后評估統(tǒng)計制動力參數(shù)。與此同時，電子控制器設備還能借助輸出電路將電子制動器形成的信號直接傳送到控制臺。
第三，傳感器，分為踏板傳感器、制動傳感器以及輪速傳感器，要結(jié)合不同的形態(tài)應用對應傳感器進行信號的傳輸和匯總，有效建立多元的信號傳播模式，最大程度上提高指令接收和應用控制的綜合水平。
第四，電能制動設備，主要分為盤式電能制動單元和鼓式電能處理單元，在實際應用中，主要是借助運動轉(zhuǎn)化的處理方式，將電機運行中形成的力矩參數(shù)直接轉(zhuǎn)化到制動盤位置，提升汽車制動的實施性水平。需要注意的是，汽車輪轂結(jié)構(gòu)的空間有限，應用電能制動傳感器能在維持綜合性能的基礎上，依據(jù)科學化的尺寸設計節(jié)省空間，滿足應用處理的基本需求，打造更加合理有效的制動處理結(jié)構(gòu)。
2.2工作原理
駕駛員利用踩踏制動踏板的方式，就能將對應的制動信號直接結(jié)束輸入通道傳輸?shù)诫娮訖C械制動系統(tǒng)中，在ECU獲取對應信號后，結(jié)合駕駛員的用力參數(shù)和情況，提供對應的制動響應，并且配合CAN總線分布處理模式，有效維持不同電子機械制動器信號的處理模式，滿足控制制動力的目標。值得一提的是，借助電子機械制動系統(tǒng)不僅僅能對傳感器信號予以采集處理，還能配合實際應用環(huán)境完成數(shù)據(jù)的修改和整理，進一步完善制動流程，提升制動力控制的科學性和規(guī)范性，最大程度上減少不良問題造成的隱患。例如，在汽車電子機械制動過程中，若是主控制系統(tǒng)異常運行，冗余ECU就會發(fā)揮其備用資源處理的優(yōu)勢，更好地維持啟動、制動以及行駛的安全性。
與此同時，利用計算機技術(shù)將電子機械制動系統(tǒng)和交通管理系統(tǒng)連接，就能更好地發(fā)揮附加功能模塊的作用，配合駐車制動等基礎單元提高綜合安全監(jiān)管的效果，利用自動化控制功能模塊提高汽車運行的整體質(zhì)量，減少能耗和不安全因素。
3汽車電子機械制動關(guān)鍵技術(shù)
在汽車電子機械制動技術(shù)應用工序中，不同的技術(shù)模塊發(fā)揮其不同的作用和功能，汽車電子機械制動關(guān)鍵技術(shù)的應用，不僅能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少制動距離，還能優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)控水平，打造更加和諧安全的駕駛環(huán)境，共同維持汽車電子機械制動應用的平衡。
3.1容錯需求處理技術(shù)
伴隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，電線電子元件能更好地取代液壓元件，并且完成后備執(zhí)行技術(shù)，能在優(yōu)化容錯效果的同時，整合資源模式，搭建更加匹配的技術(shù)控制結(jié)構(gòu)。與此同時，借助電子機械制動關(guān)鍵技術(shù)還能建立容錯系統(tǒng)，提高整體結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。
一方面，電子控制元件利用容錯需求處理技術(shù)能快速進行后備裝置的啟動，維持其運行狀態(tài)，及時避免電子控制元件運行異常產(chǎn)生的問題。
另一方面，容錯需求處理技術(shù)還能制定更加科學合理的容錯范圍，技術(shù)操作人員在引用電子機械制動系統(tǒng)的過程中，配合容錯處理技術(shù)模塊，將重要的信息予以備份處理，借助傳感器信息控制確保信息和數(shù)據(jù)應用的規(guī)范性，也能最大程度上提高指令的合理性。
因為電子機械制動系統(tǒng)支持容錯處理功能，所以，在應用技術(shù)模式的過程中，要配合通信協(xié)議進一步促進技術(shù)的升級和開發(fā)應用。
3.2干擾信號處理技術(shù)
在汽車行駛過程中，干擾信號源較多，為了避免干擾信號對汽車運行安全產(chǎn)生影響，要結(jié)合汽車電子機械制動系統(tǒng)的應用規(guī)范，對不同干擾特性予以分析，利用對稱型控制系統(tǒng)和非對稱型控制系統(tǒng)建立匹配的應用模式。
其一，對稱型控制系統(tǒng)，能應用在具有相同性質(zhì)CPU制動信號和計算程序制動信號的采集處理工作中，保證信號應用控制的最優(yōu)化，并且減少信號冗余和信號干擾產(chǎn)生的不良作用。
其二，非對稱控制系統(tǒng)，主要是結(jié)合部件化設計分析，對不同性質(zhì)的CPU進行制動信號的采集和分類，完成匹配處理模式。
其三，在電子機械制動技術(shù)不斷發(fā)展的基礎上，技術(shù)人員要想提升軟件和硬件的應用水平，就要結(jié)合汽車配置標準和具體要求，落實更加合理的制動處理模式。在抗干擾技術(shù)體系應用的同時，將導航技術(shù)、轉(zhuǎn)向技術(shù)和制動處理技術(shù)融合在一起，配合算法建立部件管理模式，滿足數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)控制應用標準的基礎上，為制動系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性提供保障。
3.3執(zhí)行器能量控制技術(shù)
對于汽車電子機械制動系統(tǒng)而言，要想發(fā)揮其實際作用和應用優(yōu)勢，更好地提升汽車運行的穩(wěn)定性，就要匹配充足的電能結(jié)構(gòu)，維持電能供給的合理性和及時性。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)可知，傳統(tǒng)12V汽車電器系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足實際應用要求，傳統(tǒng)控制體系逐漸向著42V高性能電壓系統(tǒng)方向發(fā)展是必然趨勢。
一方面，執(zhí)行器能量控制技術(shù)能有效減少高電壓造成的安全性能不良問題，打造更加合理且科學的應用平臺，合理調(diào)控能量模塊，確保資源利用率符合實際運行要求。另一方面，技術(shù)人員在進行電子機械制動關(guān)鍵技術(shù)應用升級的同時，還能對執(zhí)行器能量控制模式進行標準的優(yōu)化，匹配完整的應用標準，才能在約束機制統(tǒng)籌管理的同時，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。
除此之外，制動執(zhí)行器設備的標準也是控制技術(shù)應用的關(guān)鍵，技術(shù)人員要結(jié)合標準和優(yōu)化要求選擇性價比、尺寸等均滿足實際標準要求的半導體，結(jié)合制動執(zhí)行設備的應用環(huán)境，要求其具有耐高溫特性，從而優(yōu)化能量控制技術(shù)應用的效果。
從汽車誕生時起,車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來,隨著高速公路的迅速發(fā)展、車輛技術(shù)的進步、汽車行駛速度的普遍提髙和車流密度的曰益增大,這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。20世紀80年代ABS的出現(xiàn),到了90年代制動系統(tǒng)開始有了循跡控制和側(cè)傾穩(wěn)定性控制等功能。目前關(guān)于汽車制動的研究主要集中在制動控制方面,包括制動控制的理論和方法，以及采用新的技術(shù)。
隨著電子科技和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了更加高效、節(jié)能的線控技術(shù)（X-by-wire)。電子機械制動系統(tǒng)（Electro-MechanicalBraking,EMB),也就是結(jié)合線控技術(shù)和汽車制動系統(tǒng)而成的線控制動系統(tǒng)(Brake-By-Wire,BBW),改變傳統(tǒng)液壓或氣壓制動執(zhí)行元件為電驅(qū)動元件。電子機械制動系統(tǒng)是一種全新的制動理念,由于電驅(qū)動系統(tǒng)的可控性好、響應速度快的特點,電子機械制動系統(tǒng)極大的提高了汽車的制動安全性能,顯現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。
2汽車電子機械制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前電子機械制動技術(shù)已成為國外企業(yè)和研究機構(gòu)的研究熱點。
從20世紀90年代起，一些著名的汽車電子零部件廠商陸續(xù)開始了與電子機械式制動系統(tǒng)（EMB)相關(guān)的研究。ContinentalTeves公司已經(jīng)有了比較成型的試驗品,推出了幾代電子機械式制動執(zhí)行器，如圖1所示。Bosch、Siemens也都取得了各自的研究成果,并申請了一系列專利-TRW也在進行電子機械制動系統(tǒng)（線控制動系統(tǒng)）的研究。目前EMB仍在試驗階段中,并無批量裝車產(chǎn)品進人市場,而國內(nèi)在這方面的研究才剛剛起步。
3.電子機械制動系統(tǒng)的性能特點
與傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)相比,電子機械制動系統(tǒng)有許多優(yōu)點:
1)縮短制動距離,優(yōu)化穩(wěn)定性；由于制動執(zhí)行器和制動踏板之間沒有了液壓和機械連接,取而代之的是數(shù)據(jù)線,無疑這將大大的減少制動器起作用的時間,進而有效地縮短制動距離；
2)無需制動液,有利于環(huán)保，不僅安裝更加簡單、快速，也有助于提髙系統(tǒng)的再利用性,同時也減少了系統(tǒng)的重量；
3)沒有了常規(guī)制動系統(tǒng)的真空增壓器，減少了所需的空間,使機罩下的布局更加靈活,零件減少,安裝簡易；
4)制動踏板可調(diào),使舒適性和安全性更好、在ABS模式下踏板無回彈振動,幾乎無噪音；
5)可實現(xiàn)所有制動和穩(wěn)定功能，如：ABS、EBD、TCS、ESP、BA、ACC等；
6)可方便地與未來的交通管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、可方便地集成附加功能,如電子駐車制動；
7)-些髙級的車輛控制系統(tǒng),如主動巡航控制系統(tǒng)可以很簡單地通過數(shù)據(jù)總線與制動系統(tǒng)相連,而其它一些簡單的功能只需額外的軟件或傳感器連到制動系統(tǒng)即可。
EMB系統(tǒng)目前還有一些問題,如由于汽車外部環(huán)境的變化和磨損,引起的制動執(zhí)行器效率變化不定,這就給控制帶來了困難等。
4電子機械式制動系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)
4.1EMB系統(tǒng)的工作原理
與傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)相比,在電子機械制動系統(tǒng)中，電源代替了液壓源,機電作動器代替了液壓作動裝置。在EMB系統(tǒng)中,常規(guī)制動系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)（主缸、真空增壓裝置、液壓管路等)都被如圖2所示的電子機械系統(tǒng)所代替,而液壓盤和鼓式制動器的調(diào)節(jié)器被電機驅(qū)動裝置（制動執(zhí)行器)所代替,制動力由電機產(chǎn)生，大小受電子控制器的控制。EMB系統(tǒng)的中央電子控制單元根據(jù)電子踏板模塊傳感器的位移和速度信號，并且結(jié)合車速等其它傳感器信號，向車輪制動模塊的電機發(fā)出信號控制其電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，進而產(chǎn)生需要的制動力，以達到制動的目的。由于沒有備用的機械或液壓系統(tǒng),EMB系統(tǒng)的可靠性變得非常重要,要求系統(tǒng)有備用的電源（在主電源失效時工作）和冗余的通訊鏈路(也就是連接制動踏板的三重冗余鏈路）。
圖2電子機械制動系統(tǒng)示意圖EMB系統(tǒng)的控制器采用高可靠度的總線協(xié)議，控制系統(tǒng)冗余設計。為了減小空間，可以把電子元件安裝在EMB
汽車電子機械制動系統(tǒng)主要由車輪制動模塊、中央電子控制單元和電子踏板模塊、電源、線束等組成。圖3為電子機械制動系統(tǒng)控制框圖⑷。
1)車輪制動模塊
車輪制動模塊是整個制動系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，也是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，由制動執(zhí)行器、制動執(zhí)行器ECU等組成。制動模塊采用電力制動、電子控制,有兩個輸人:即控制電信號輸入和供能電流輸入,制動執(zhí)行器ECU接受控制信號，根據(jù)它控制制動執(zhí)行器電機的輸出力矩和旋轉(zhuǎn)方向，以產(chǎn)生和改變制動力。制動執(zhí)行器有兩種設計方案:一是集成了力或力矩調(diào)節(jié)器內(nèi)。
4.2EMB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
傳感器;二是沒有集成力或力矩傳感器。第一種方案，由于有了力或力矩傳感器,可省去對制動力或制動力矩這一重要參數(shù)的計算,使系統(tǒng)變得更準確、可靠。但力或力矩傳感器價格昂貴,而且集成困難。第二種方案,需要根據(jù)電流或電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角來估算制動夾緊力。但由于外界環(huán)境的變化帶來的溫度的變化及磨損的影響，不可能只根據(jù)電流或電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角來計算夾緊力,須將兩者結(jié)合起來，才能收到好的效果。
2)中央電子控制單元(ECU)
接收制動踏板發(fā)出的信號，控制制動器制動;接收駐車制動信號，控制駐車制動;接收車輪傳感器信號，識別車輪是否抱死、打滑等,控制車輪制動力，實現(xiàn)防抱死制動和驅(qū)動防滑;ECU還將對系統(tǒng)的電源進行管理，分配電流。由于未來車輛中各種控制系統(tǒng)，如衛(wèi)星定位、導航系統(tǒng)，自動變速系丨統(tǒng),轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，懸架系統(tǒng)等的控制系統(tǒng)與制動控制系統(tǒng)髙度集成，所以ECU還得兼顧這些系統(tǒng)的控制。
3)電子踏板模塊
電子機械制動系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)中機械式傳力機構(gòu)和真空助力器,取而代之的是踏板模擬器。圖5為ContinentalTeves公司的電子踏板模塊。電子踏板模塊可以提供與踏板轉(zhuǎn)角成比例的反饋力，它將作用在踏板上的力和速度轉(zhuǎn)化為電信號,送給中央電子控制單元。可編程的中央電子控制單元將控制電流輸人到制動執(zhí)行器模塊，控制其輸出所需的制動力。盡管看起來從踏板轉(zhuǎn)換到制動執(zhí)行器的輸出變得更復雜,但可編程的控制單元使系統(tǒng)設計者能夠?qū)崿F(xiàn)機械系統(tǒng)無法達到的更柔性的傳遞功能。踏板模塊的信號還能夠與發(fā)動機電子控制單元及變速器控制器共享,從而大大改進車輛的性能。踏板模擬器的輸人輸出特性曲線要很好地符合人們的駕駛習慣，并根據(jù)人體工程學設計以提高舒適性和安全性。目前已經(jīng)應用的電子液壓制動系統(tǒng)(EHB)
相對以前的制動系統(tǒng)的最大的改進就是使用了踏板模擬器，有效地提高了制動響應速度。
2)電源
為整個電機機械制動系統(tǒng)提供能源。為保證整個系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)應有備用電源，當主電源系統(tǒng)電力不足或發(fā)生故障時，備用電源起作用。
3)車輪輪速傳感器
為中央電子控制單元提供準確、可靠的每個車輪的輪速信號,判斷在制動過程車輪是否發(fā)生抱死。
4)線束
給系統(tǒng)傳遞能源和電控制信號。
5)駐車制動器
EMB系統(tǒng)在裝配電子駐車制動系統(tǒng),提供駐車制動和解除駐車制動的電信號。
4電子機械制動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
EMB系統(tǒng)由于沒有后備的機械或液壓系統(tǒng)，所以系統(tǒng)的可靠性要求更高，并且系統(tǒng)必須是能容錯的。另外還要求系統(tǒng)至少要有與現(xiàn)有系統(tǒng)一樣的制動性能,系統(tǒng)的使用壽命要長,易于維護、價格便宜，適合批量生產(chǎn)等。因此,EMB系統(tǒng)需要有下列特點:可靠的能源來源、容錯的通信協(xié)議和一些硬件的冗余控制等。下面是一些開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。
1)執(zhí)行器的能量需求。采用全電的制動系統(tǒng)，需要很多的電能，日前的12V車輛電器系統(tǒng)難以支持執(zhí)行電氣制動的髙功率需求。因此,建立42伏電壓系統(tǒng)十分重要，同時需要解決高電壓帶來的安全問題。
2)對容錯的要求。在完全取消了液壓元件的系統(tǒng)中,沒有獨立的后備執(zhí)行系統(tǒng)。雖然許多技術(shù)能提髙容錯系統(tǒng)的安全性，更為根本的辦法還是提供后備系統(tǒng)。當節(jié)點或電子控制單元出現(xiàn)故障時，在不破壞現(xiàn)有系統(tǒng)完整性的情況下，啟用后備裝置。容錯程度應隨應用場合不同而不同，但重要的傳感器和控制器都應該有備份。另外，系統(tǒng)中每一個節(jié)點之間的串行通信必須支持容錯。而容錯就需要開發(fā)相應的通信協(xié)議。因為現(xiàn)在車輛應用的一些普通通信系統(tǒng)，如CAN等都不能滿足容錯的要求，所以需要開發(fā)一種新型的通信協(xié)議。目前世界上對協(xié)議研究的比較多，大體有TTP/C、FlexRay、TTCAN等幾種。
3)制動執(zhí)行器的要求。裝用電機控制的制動執(zhí)行器，要求高性價比的半導體具有較好的高溫性能,以承受在制動執(zhí)行器附近產(chǎn)生的髙溫。另外，需要開發(fā)重量輕、低價位的車輛制動器，而且由于輪轂尺寸的限制,它們的尺寸也需要滿足設計要求。
4)抗干擾處理。車輛在運行過程中會有各種干擾信號，目前常用兩種抗干擾控制系統(tǒng):對稱式和非對稱式控制系統(tǒng)。對稱式抗干擾控制系統(tǒng)是用兩個相同的CPU和同樣的計算程序處理制動信號。非對稱式抗干擾控制系統(tǒng)是用兩個不同的CPU和不一樣的計算程序處理制動信號，兩種方法各有優(yōu)缺點。
另外,電子機械制動控制系統(tǒng)的軟件和硬件如何實現(xiàn)部件化,以適應不同種類車型的需要;如何實現(xiàn)底盤的部件化，是一個重要的難題。只有將制動、轉(zhuǎn)向、懸架、導航等系統(tǒng)綜合考慮進來，從算法上部件化,建立數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，才能以最低的成本獲得最好的控制系統(tǒng)。
4結(jié)語
現(xiàn)代汽車的發(fā)展方向是模塊化、集成化、機電一體化，電子機械制動系統(tǒng)正是這一發(fā)展趨勢的體現(xiàn)，它將取代以液壓或氣壓為主的傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其它汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降,汽車電子機械制動控制系統(tǒng)將與其他汽車電子系統(tǒng),如汽車電子懸架系統(tǒng)、汽車主動式方向穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導航系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統(tǒng)，各種控制單元集中在一個ECU中，并將逐漸代替常規(guī)的控制系統(tǒng)，汽車底盤系統(tǒng)進一步電控化,實現(xiàn)車輛控制的智能化。
張立新
