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技术在煤矿生产中的应用 摘要: 本文对机电一体化技术进行了概述, 简要介绍了机电一体化技术的发展历程和趋势, 论述了机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义, 重点介绍了机电一体化技术在煤矿生产中的应用。关键词:煤矿 机电一体化 意义 应用1 机电一体化技术的概述“ 机电一体化”(Mechatronics)是集机械、电子、计算机和信息技术等多种技术有机结合的一门交叉综合技术。机电一体化是在机械的主功能、动力功能和控制功能上引进计算机和电子技术,将机械装置和电子设备以及软件等紧密结合起来,相互渗透,相互融合而形成的一门新兴的综合技术。它的本质不仅是单纯地利用电子技术来简化或替代机械,更重要的是将机械系统、微电子和计算机技术、信息技术组成了最佳系统。机电一体化技术具有下述优势:提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。机电一体化产品均具有自动监视、报警、诊断等功能,大大简化了操作步骤并且简单、方便;适用面广、生产能力强、工作质量高。机电一体化产品的各种自动功能适用于不同的场合和领域,应变能力强,很大程度提高了控制和检测的灵敏度和精度;具有复合功能、调整和维护方便。机电一体化产品具有复合技术和复合功能,它的它的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施,使工作恢复正常。2 机电一体化技术的发展历程和趋势总体说来,机电一体化技术经历了四个发展阶段:准备阶段,计算机的出现标准着机电一体化技术的产生。上个世纪六十年代,日本首先提出这个名词,但是限于当时的技术水平,该技术无法得到广泛的推广和应用;起步阶段,信息技术,微电子技术的发展成熟和第四代电子产品的商品化是机电一体化这一设想变成了现实,在这一时期,机电一体化的影响不断扩大,并取得了较大发展;发展时期,进入八十年代,机电一体化技术已为全世界学者所嘱目,机电一体化技术和产品已像雨后春笋般出现;蓬勃发展时期,九十年代至今,各种新技术出现并取得突破性的发展,日新月异的变化使机电一体化技术和产品扩展到人们生活的各个领域。我国制造的机电一体化产品都具有智能化、程序化、信息化的特点,以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点,机电一体化产品的广泛应用减轻了劳动强度,提高了生产力水平,创造了巨大的经济和社会效益。然而,我国的机电一体化技术与发达国家相比差距还很大,其未来的发展趋势是:开发有自主知识产权的核心技术,研究具有自主知识产权的核心装置;增加产品的通信功能,以适应综合自动化的需要;开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等;机器人仍然是机电一体化技术今后研究的重点之一。3 机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义3.1 提高劳动效率机电一体化产品的应用使过去落后的生产方式得到极大的改变,大量新型自动化电子设备的使用彻底转变了煤矿的作业模式,明显降低了工人的劳动强度,大幅提升了劳动生产率,极大地提高了劳动效率。3.2 提高了劳动安全保障传统的煤矿工作环境非常恶劣,在潮湿、充满煤尘的环境中长时间、高负荷地工作严重影响到矿工的身体健康和生活质量,某些情况下还会危及到他们的人身安全。采用机电一体化设备进行煤炭的采掘、运输、提升等,不仅可以使矿工从繁重的体力劳动中解脱出来,而且还能降低发生事故和危险的几率,防止工伤和职业病的发生,保证了矿工的生命安全。3.3 增加了经济效益和矿工的劳动收入煤矿机电一体化技术的运用使得煤炭的产量大幅提高,增加了企业的经济效益,同样使矿工的劳动收入有所提高,改善矿工的生活质量。煤矿企业的快速发展带动了其它相关行业的快速发展,对地方经济的快速发展起到积极的推动作用。4 机电一体化技术在煤矿中的应用4.1 机电一体化技术在采煤机中的应用机电一体化技术在采煤机的一个典型应用就是电牵引采煤机。它具有许多液压牵引采煤机不具备的优势和特点:良好的牵引特性。在采煤机前进时它可以提供牵引力,在采煤机下滑时它还可以进行发电制动;可用于大倾角煤层。牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器,可用在40°50°倾角的煤层,而不需要其它防滑装置;运行可靠,使用寿命长。与液压牵引不同是电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外,其它元件没有磨损,因此运行可靠,使用寿命长,维修量小;反应灵敏,动态特性好;结构简单、效率高。电牵引采煤机机械传动结构轻便简单,只做一次转换电能转换为机械能,转换效率可高达99%,而液压采煤机的电能转换机械能的转换效率只有65%70%左右。4.2 机电一体化技术在提升机中的应用目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备是矿井提升机,为全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机,在结构上将滚筒和驱动合二为一,大大简化了机械结构,充分体现了机械电力电子计算机自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠,采用总线方式,使电器安装大大简化,此外,硬件配置简单,互相兼容。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机,其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统,其性能先进、操作简便、准确可靠。4.3 机电一体化技术在带式输送机中的应用带式输送机是我国煤矿井下输送系统的主要运输设备,具有长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点。因此,近几年来带式输送机已成为机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置。它是一种专门为煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台CST驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术,我国带式输送机一般为3点驱动,对输送机的单机长度和运量存在一定的限制。而且,输送机的监控设备的功能、可靠性、灵敏度和寿命都与发达国家相比存在显着的差距。4.4 其他煤矿机电一体化设备液压支架则向电液控制方向发展,将计算机技术与液压控制有机结合,实现定压双向邻架或成组自动移架,避免对顶板和支架产生冲击载荷。煤矿供电要求是供电要可靠,质量要高,能满足大功率设备。因此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小,使用寿命长的真空开关。目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”,具备网络功能,可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。机电一体化技术是企业信息化的重要支撑技术,目前已经成为矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计1概念设计是产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案设计则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产品成本有决定性的影响2近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制了能对单一功能求解的试验系统口。5但对多学科领域集成的机电一体化系统概念设计阶段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解的研究却很少见到报道本文着重探讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解策略和实现方法1功能原理解的接口特征模型机电一体化系统由许多子系统或元件构成，把能够实现单一功能(功能单元)的子系统或元件称为机电系统中的机电单元各机电单元之间必须能够顺利进行物质、能量和信息的传递与交换，为此，各单元相接处必须具备一定的联系条件，即接口，大部分机电一体化产品的总功能是通过多个相异和(或)相同分功能或子功能的协同作用来实现的，称之为系统功能与各机电单元功能原理求解相比，机电系统功能原理求解除了需要研究每个机电接口特征单元原理解的独立的功能可行性之外，还需要研究各个单元原理解作为整体的有机组成部分相联接时，接口的适配性为解决该问题，本文提出了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型机电一体化系统功能原理解的接口特征模型接口特征模型定义了机电一体化系统功能原理解在功能、效应、作用原理等不同层面上的接口约束，主要用于从原理解知识库中搜索可行解，是进行系统级功能原理求解的核心知识2功能原理的求解策略21功能原理求解典型进程机电一体化系统功能原理求解的核心问题是检验系统中各单元功能解与其相关联的其他单元功能解的接口的适配性机电系统功能求解过程可以分为2个分过程：具体化、结构化分过程，解决机电单元功能解的可行性问题，即通过功能一效应一作用原理映射过程生成作用原理解(即实现给定功能的物理结构)；综合化、集成化和系统化分过程，解决机电单元功能解集成时的接口适配性问题22功能原理求解与接口匹配策略机电一体化系统功能原理求解的前提和基础是机电单元功能原理的独立求解，按相关性次序，分层次地进行相关部分单元功能解的接口适配性检验，及时淘汰在前一层次已经不适配的系统解，以减少下一层次的接口适配性检验工作设计学分析表明，机电一体化系统的总功能一般都由目的功能(通常为运动执行功能)、驱动功能、传动功能、传感检测功能、控制功能和辅助功能单元组成嘲，如图2所示其中，目的功能的解是机电一体化系统功能原理解的核心因此，由初选的一个目的功能解出发，先配之以可行的驱动功能解，接着考察在运动执行功能解与驱动功能解之间选配传动功能解的必要性，并在通常必要的情况下寻找其输入接口与驱动功能解适配、输出接口与运动执行功能解适配的传动功能解在此基础上，再依次选配合适的传感检测功能解、控制功能解和辅助功能解这是一种效率较高，也比较可行的匹配策略23功能原理解接口特征匹配的实现方法机电单元功能求解过程是从功能至效应，最终至原理解的具体化和结构化过程在系统级功能原理求解过程中，所谓单元功能解的接口特征实际上包含有功能接口特征、效应接口特征和原理接口特征(见图1)这三者之间不是并列的关系，后者是前者的具体化和结构化，是前者的物化和实现，因而在内涵上存在着嵌套的关系原理解接口特征在内涵上的分层嵌套性质体现了接口信息从粗略到详细的层层相扣的特点，提供了按功能接口、效应接口和原理解接口分层先后进行适配性检验的可能功能接口特征和效应接口特征所包含的信息量相对较少，不必再对其划分层次但作用原理接口特征包含的信息量很大，有必要再对其细分层次从图1可以看出，作用原理接口特征包括输入输出物料接口、输入输出能量接口、输入输出信息接口、作用环境接口7个分特征，它们大致可以被划分为作用对象层次和关联对象层次作用对象是指直接参与功能实现，构成功能的输入和输出的对象作用对象还可以细分为主要作用对象和非主要作用对象2个层次，主要作用对象就是通过运动执行功能实现转换的对象关联对象是指不直接参与功能实现，而是通过作用对象间接与原理解发生关系的对象，这里主要指作用环境基于以上对作用原理接口特征的层次划分，作用原理接口特征层面上的逐层次匹配策略为：先进行主要作用对象接口特征匹配，再进行非主要作用对象接口特征匹配，最后进行关联对象接口特征匹配由于关联对象接口特征所包含的接口信息比较简单，故只讨论作用对象接口特征匹配的有关问题作用对象接口特征包括能量接口特征、物料接口特征、信息接口特征3类能量接口特征可以被划分为3个层次：效应层描述与效应直接相关的接口特征；作用原理层对效应层物理量或者对象加以更加详细描述的其他接口特征；物理实现层描述该原理解的结构、形状、尺寸等物理层面的具体接口特征同样，物料接口特征、信息接口特征也可以划分为效应层、作用原理层、物理实现层3个层次基于以上对作用对象接口特征的层次划分，作用对象接口特征匹配策略为：效应层接口特征匹配一作用原理层接口特征匹配一物理实现层接口特征匹配3 应用实例基于以上思想，笔者开发了一个支持电脑刺绣机等机电产品功能求解的计算机辅助原理方案设计原型系统限于篇幅，本文主要介绍电脑刺绣机绣框传动机构的功能原理求解过程31系统工艺原理刺绣工艺原理如下：绣针在织物之上时，绣框沿z、y两个方向移动到规定的位置，当绣针自上而下落到织物表面时，停止绣框移动，刺料机构便完成一针线迹的动作线迹的长度和方向由绣框在z、y两个方向的移动距离决定，线迹的集合构成了绣品32运动执行单元功能原理求解从电脑刺绣机要实现的功能、系统输入输出接口、作用环境等信息出发，首先与知识库中的原理解进行功能接口和效应接口的匹配，以解决单元功能解的可行性问题功能接口匹配主要是指功能动词的匹配效应接口的匹配包括效应推理和效应特征匹配2个步骤：效应推理是对输入输出对象的几何、物理、化学等特征进行分析、比较，以查找出有可能被用于实现该产品功能的效应特征此例中，可以推理到的效应特征是空间相对运动效应效应特征匹配是指把效应推理得到的效应特征与知识库中原理解的效应接口特征进行匹配，以确定该解是否满足功能可行性然后检验原理解的作用原理接口特征与产品功能特征之间的适配性本例中，刺绣工艺的动作正是通过绣框在z、y两个方向的直线往复运动与绣针在z方向的连续上下往复直线运动的配合，在刺料机构的作用下形成线迹。33驱动单元功能原理求解在最终确定驱动功能原理解前，必须首先根据产品设计的实际要求对可行的运动执行功能原理解的输入能量接口特征加以修改和充实本例中，刺料工艺所需的机构运动执行功能解(绣框在z、y两个方向的直线往复运动与绣针在z方向的连续上下往复直线运动相配合，在刺料机构的作用下形成线迹)与其驱动功能解(主轴电机、z及y向移框步进电机)不完全匹配，因此，有必要进行传动功能求解34传动单元功能原理求解针对电脑刺绣机运动执行功能解与其驱动功能解不完全匹配的情况，求得传动功能原理解为：移框机构采用同步齿形带实现步进电机轴转动到绣框zy方向独立往复直线运动的转换z、y方向的绣框传动方式完全相同且相互独立在已知刺绣机系统各单元功能原理解的基础上，可明确整个系统的工作过程如下：控制计算机启动主轴运转，由刺料机构带动针杆及旋梭运动，计算机从刺绣数据文件中顺序读取每一针的z、y相对位移坐标，根据坐标数据驱动绣框移动，计算机通过读取针杆位置传感器的信号使绣框移动与刺料机构的运动相配合配策略，能较好地解决由单元级功能求解向系统级功能求解转变中所面临的解的可行性判断和接口相容性判断问题，有助于设计师在原理方案设计阶段快速搜索到多解，为机电产品的创新设计提供依据1 机电一体化概述机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。初级的机电一体化产品是指采用微电子技术代替和完善机械产品中的一部分，以提高产品的性能；而高级的机电一体化产品是利用机电一体化技术使机械产品实现自动化、数字化和智能化，并使产品性能实现质的飞跃。因此，机电一体化是在机械产品中的机构主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术和计算机技术，并将机损装置和电子设备以及计算机软件等有机结合起来构成的系统总称。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。近年来，随着微电子技术和计算机应用技术的快速发展，机电一体化技术领域在不断地扩大和完善。目前机电一体化的研究和开发主要包括计算机数控系统、机器人、计算机辅助设计辅助制造系统、柔性制造系统和计算机集成制造系统等。机电一体化产品和系统的特点是产品和系统功能的实现是机构中所有部分功能共同作用的结果，这与传统机电设备中机械与电子系统相对独立，可以分别工作具有本质的区别。2 机电一体化设计的关键技术机电一体化产品是由多种技术以及相关的组成部分构成的综合体，而机电一体化技术是由多种技术相互交叉、相互渗透形成的一门综合性边缘技术，它所涉及的技术领域非常广泛。概括起来，机电一体化设计的关键技术包括下述6 个方面。2.1 精密机械技术机械技术是机电一体化技术的基础，因为机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来得以实现。在机械传动和控制与电子技术相互结合的过程中，对机械技术提出了更高的要求，如传动的精密性和精确度的要求与传统机械技术相比有了很大的提高。在机械系统技术中，新材料、新工艺、新原理以及新结构等方面在不断地发展和完善，以满足机电一体化产品对缩小体积、减轻重量、提高刚度以及改善工作性能等方面的要求。2.2 信息处理技术信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程中各种参数和状态以及自动控制有关的信息的交换、存取、运算、判断和决策分析等。在机电一体化产品中，实现信息处理技术的主要工具是计算机。计算机技术包括硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等。在机电一体化产品中，计算机信息处理装置是产品的核心，它控制和指挥整个机电一体化产品的运行，因此，计算机应用及其信息处理技术是机电一体化技术中最关键的技术，它包括目前广泛研究并得到实际应用的人工智能技术、专家系统技术以及神经网络技术等。2.3 检测与传感器技术在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及与工作过程有关的相应信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。机电一体化产品要求传感器能快速和准确地获取信息并且不受外部工作条件和环境的影响，同时检测装置能不失真地对信息信号进行放大和输送及转换。2.4 自动控制技术机电一体化产品中的自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、校正、补偿等。机电一体化产品中自动控制功能的不断扩大，使产品的精度和效率都在迅速提高。通过自动控制，机电一体化产品在工作过程中能及时发现故障，并自动实施切换，减少了停机时间，使设备的有效利用率提高。由于计算机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与计算机控制技术结合在一起，它已成为机电一体化技术中十分重要的关键技术。该技术的难点在于现代控制理论的工程化和实用化，控制过程中边界条件的确定，优化控制模型的建立以及抗干扰等。2.5 伺服驱动技术伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题，它涉及设备执行操作的技术，对所加工产品的质量具有直接的影响。机电一体化产品中的执行元件有电动、气动和液压等类型，其中多采用电动式执行元件，驱动装置主要是各种电动机的驱动电源电路，目前多为电力电子器件及集成化的功能电路构成。执行元件一方面通过接口电路与计算机相联，接受控制系统的指令，另一方面通过机械接口与机械传动和执行机构相联，以实现规定的动作。因此，伺服驱动技术直接影响着机电一体化产品的功能执行和操作，对产品的动态性能、稳定性能、操作精度和控制质量等具有决定性的影响。2.6 系统总体技术系统总体技术是从整体目标出发，用系统的观点和方法，将机电一体化产品的总体功能分解成若干功能单元，找出能够完成各个功能的可能技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价，综合优选出适宜的功能技术方案。系统总体技术的主要目的是在机电一体化产品各组成部分的技术成熟、组件的性能和可靠性良好的基础上，通过协调各组件的相互关系和所用技术的一致性来保证产品实现经济、可靠、高效率和操作方便等。系统总体技术是最能体现机电一体化设计特点的技术，也是保证其产品工作性能和技术指标得以实现的关键技术。3 汽车机电一体化技术的发展状况社会的需求、技术的进步以及法规的推动，使汽车采用了机电一体化技术，并快速发展。在法规方面，如最早的安全法规，以及随后的噪声、尾气排放和燃油的经济性等法规的推出，强制地推动了电子技术在汽车上的广泛应用，使许多机械控制系统被电子控制系统所代替，并形成了汽车机电一体化发展的3 个阶段。 （1）第1 阶段：20 世纪60 年代中期到20 世纪70 年代末期。从20 世纪60 年代中期到20 世纪70 年代末期，主要是应用电子装置改善部分机械性能，如电子控制燃油喷射和硅整流发电机等。（2）第2 阶段：20 世纪70 年代末期到20 世纪90 年代中期。从20 世纪70 年代末期到20 世纪90 年代中期，在汽车的设计制造中，体现出机电一体化的思想和技术。大规模集成电路得到广泛应用，并解决了机械部件无法解决的复杂自动控制问题，增加了可靠性。（3）第3 阶段：20 世纪90 年代中期到现在。从20 世纪90 年代中期到现在，随着微电子技术的快速发展，及与汽车工业的紧密相连，汽车机电一体化技术已发展成熟，强调了整体的机电一体化协调匹配设计思想，开始广泛应用计算机网络技术和信息技术，使汽车更加自动化、智能化。随着微电子技术和传感器技术的应用，汽车的机电一体化使汽车焕然一新。当今对汽车的控制已由发动机扩大到全车，例如实现自动变速换挡、防滑制动、雷达防碰撞、自动调整车高、全自动空调、自动故障诊断及自动驾驶等。汽车的机电一体化的中心内容是以微机为中心的自动控制改善汽车的性能、增加汽车的功能，实现汽车降低油耗、减少排气污染、提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作方便和舒适性。汽车行驶控制的重点是：1）汽车发动机的正时点火、燃油喷射、空燃比和废气再循环的控制，使燃烧充分、减少污染、节省能源；2）汽车行驶中的自动变速和排气净化控制，以使其行驶状态达到最佳化；3）汽车的防滑制动、防碰撞，以提高行驶的安全性；4）汽车的自动空调、自动调整车高控制，以提高其舒适件。4 机电一体化技术在汽车中的应用汽车的电子化首先从电源系统开始。原来的发动机都是直流发电机，后来被交流发电机和硅二极管的组合所取代，使充电效率和可靠性大幅度地提高。此后，电压的调整也由固体电路的调整器代替了机械式电压调整器，进而在发动机点火装置的配电器上也由原来的机械式的凸轮开关变为功率晶体管。4.1 发动机微机控制系统图1 为用于降低燃料费用的发动机微机控制系统的原理简图。发动机控制单元（ECU：Engine Control Unit）的核心是通用微处理器或者是为汽车发动机专门设计的大规模集成电路（LSI）。从各个传感器得到的模拟电压信号和从发动机输出轴得到的脉冲信号都输入到ECU。模拟信号通过模拟数字（A-D：Analog to Digital）转换器转换为数字信号。以这些信息为基础，在ECU 内对最佳空气燃料比、点火时间、排气再循环率（EGR：Exhaust Gas Recirculating）等进行计算，将计算结果作为控制燃料喷射阀和点火装置等的驱动信号输出，用以控制空气质量和燃料质量之比（即空气燃料比）。当空气燃料比增大时，燃料稀薄，点火困难；反之，当空气燃料比减小时，由于氧气不足，在排放的气体中没有充分燃烧的碳化氢（HC）和一氧化碳（CO）含量增加。因此，将空气燃料比控制在最佳状态对于发动机的启动、预热、加速、减速、制动、空转等各种运动状态及其正常负荷则十分重要。4.2 汽车激光雷达自动防撞微机控制系统激光单片机组合的汽车防按系统，能在正常行驶速度下或慢速倒车时检测和显示前、后方一定距离内有无障碍物，并在必要时报警，从而有效防止交通事故的发生。该系统主要由计算机控制的测量车间距离的激光测距雷达、中央处理器、汽车前后环境状况监测雷达及显示器、发光部、受光部、车速传感器和速度控制器等组成。其控制系统，如图2 所示。激光测距雷达安装在汽车前部格栅中心。光学天线发射的激光束遇到前面的障碍物后，产生向后散射信号，同样被光学天线接收，并调制出距离和方位信息。不断输出的距离和方位信息经中央处理器分析，可以判断前面物体运动与否，计算出它相对本车的速度及车间距离，并判断它是否有可能与本车接触，从而决定本车最安全的行驶速度。当可能有危险发生时，系统触动报警装置，发出报警信号。4.3 电子控制的自动变速器自动变速器是为降低变速器的功率损耗，提高动力传递系统的有效功率，增加变速挡数以适应汽车行驶条件的最佳速比，实现汽车的省能、省力、安全、舒适之目的而出现的。图3 为用电子控制实现变速器自动换挡的程序控制原理框图。发动机的工作状况由各种传感器进行检测，所获得的信息输入到电子控制装置进行处理，并根据换挡信息、程序开关及自动跳合开关的信息，由电子控制装置选择满足行驶条件的最佳档次信息，并被变换为控制电液执行元件的液压变量来控制换档。自动变起器的监潞电路可对系统电子控制装置进行自检及失效监测，即在行驶前对所有电路进行检测。若汽车起动后，报警灯处于熄灭状态，说明其功能正常；反之，系统则存有故障，自动变速器进入非电控程序状态，此时，虽然已失去电子控制的优化功能，但是变速器仍能进行工作。4.4 ABS 系统为了使汽车在行驶过程中以适当的减速度降低车速直行停车，保证行驶的安全性，汽车上均装有行车制动器。起初只在后轮上装有制动器，但随着汽车质量和车速的提高，仅靠后轮制动不足以提高充分的制动力，这样才发展到在前轮上安装制动器。人们通过对制动时轴荷的动态转移、前轮增重和后轮减重的认识，且后轮先抱死更易造成汽车的方向失控，而着手研制能限制汽车后轮制动装置汽车制动防抱死装置（Antilock Braking System，ABS）。其基本功能是可感知制动轮每一瞬时的运动状态， 并根据其运动状态相应地调节制动器动力矩的大小，避免出现轮上的抱死现象。ABS 系统是电子控制技术在汽车上最突出的一项应用，可使汽车5 机电一体化技术发展趋势5.1 光机电一体化方向一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。引进光学技术、利用光学技术的先天优点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。5.2 柔性化方向未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这种系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。5.3 智能化方向今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。5.4 仿生物系统化方向今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有向仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段漫长的道路要走。5.5 微型化方向目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”，机体、执行结构、传感器、CPH 等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。