時間:2023-03-16 17:14:09
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二、汽車電子技術的應用現狀
汽車電子技術已經廣泛的應用到了汽車的各個系統,從汽車的動力性系統、操縱性系統、經濟排放性系統、汽車的舒適性系統到汽車的安全性系統,越來越多的實現了電子技術的應用,下面著重從安全性和動力性系統兩個方面介紹汽車電子技術的應用現狀。
(一)電子技術在汽車安全性方面的應用
1、汽車安全氣囊系統
當汽車發生危險碰撞時,通常是汽車與車外物體碰撞進行一次碰撞,然后由于慣性力的作用,車內人員與車體進行二次碰撞。安全氣囊屬于汽車電子控制系統,是在第一次汽車發生猛烈撞擊時,通過信號傳感器,將撞擊信號傳遞給安全氣囊電子控制裝置,控制裝置打開點火器,使氣囊產生大量的氮氣,阻隔車內人員與車體的第二次撞擊,起到緩沖撞擊力的作用,保護了車內人員的安全。屬于在事故發生時,避免或減少人員傷亡的一種被動安全防御性電子控制設備。
2、(ABS)汽車防抱死制動系統
通過裝置感應避免車輛因道路、操作原因出現交通事故的裝置是主動安全控制設備,汽車防抱死制動系統就是通過調節汽車車輪在行駛過程中的制動力,保證汽車與在制動時不會發生轉向力喪失、車輪抱死等現象,在橫縱向控制車輪和地面的附著系數。該裝置提高了汽車啟動和行駛過程中的穩定性和制動性。在主動安全防御上有著重要的作用。
(二)電子技術在汽車動力性方面的應用
1、電子控制點火系統
電子控制火系統,是通過電子裝置收集發動機的轉動速度、進氣溫度及車內水溫分析確定最佳點火時間,而且為了保證點火時間計算的準確性,還要通過汽車內設置的爆震傳感器收集的信號來更正時間,以保證燃油的利用率且達到了環保的效果。
2、電子控制發動機燃油噴射系統
電子控制發動機燃油噴射系統不同于傳統的機械控制和機電混合控制點火裝置,它是通過電子系統根據汽車的發動轉速和汽車氣壓進氣量自動計算汽車的用油量,并通過傳感裝置修正計算量后最終確定實際噴油量。通過電子控制不僅能計算噴油量還能根據發動機的工作情況自動轉換噴油的方式,適應發動機的工作要求。這使汽車在行駛過程中大大的較少了燃油率,并時時讓發動機處于最佳工作狀態。
三、汽車電子技術的未來發展要求
(一)環保技術
汽車的增加無疑給環境的生態發展帶來了挑戰。因此通過汽車電子技術在汽車動力控制系統的應用提高降低能效是未來的發展的新要求。均質充量壓燃燒和氣缸壓力傳感等系統的開發成為汽車制造商的一個新的發展方向,它能控制燃油的使用率做到節能減排的效果。同時電動環保汽車的使用也是未來發展的重要內容。
(二)安全技術
近年來隨著汽車的增多交通事故頻發,這引起了人們對汽車安全性的高度關注。在現有的汽車安全控制裝置中,不論是主動防御裝置還是安全氣囊等被動防御裝置都在保護車內人員安全上起到了較好的作用。在未來的發展中,我們還應充分開發光學、傳感器、雷達報警裝置等電子技術,讓其在行車過程中提供最佳行駛速度和緊急事故智能控制系統,保證駕駛者的安全。
(三)娛樂與智能通訊
車載電子產品已經將娛樂通訊等技術帶入汽車內,給車內人員提供便捷、舒適的行車環境。隨著人們對網絡的依賴程度增加,高效、快捷的網絡數據更新是未來發展比不可少的,特別是價格開發上要注重各種價位汽車的適用性。同時車載電視、多媒體影音播放器、GPS定位系統,也應從多方面出發,更加完善的服務汽車使用者。
打開IE瀏覽器,在百度()搜索引擎里點擊“高級”,在“文件格式”里選擇PDF,關鍵字里輸入需要查詢的內容,點擊“百度一下”即可開始搜索。
如果要做學術論文,推薦到“中國知網”()查詢,里面有很多免費的資料。進去搜索時,選擇相應的搜索庫(見圖1),然后輸入關鍵字,再點擊“檢索全文”。在搜索列表里,通過點擊題目進入文章即可下載。
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論文常用格式轉換
常用的論文格式是DOC,而網上的資料主要是PDF。DOC文件是Microsoft公司開發的Office軟件中的一種文件格式。它的優點在于應用廣泛,滲透到社會的各個領域,它的編輯軟件是Word。而PDF的全名是PORTABLEDOCUMENT FORMAT(便攜式文檔格式),是ADOBE公司開發的一種格式,它的優點在于它的跨平臺性、不錯的壓縮能力、良好的安全性。如何將它們有效整合,實現PDF與DOC格式之間的轉換呢?
word轉換為PDF
用Word寫好論文后,如果要發表在網上,或者轉到知網上去賣錢,將自己的資料給別人參考,也讓別人提供一點費用,就需要將論文轉成PDF格式。
方法一:文檔“打印”法
操作方法:打開Word文檔。鼠標單擊左上角的“OFFICE按鈕/打開”,在“打開”設置框中選擇要轉換的Word文檔,單擊“打開”按鈕。選擇打印機,單擊“OFFICE按鈕/打印/打印”,在“打印”設置框內,將“打印機”設置欄內“名稱”選擇為“ADOBE PDF”(見圖2),單擊“確定”按鈕。
在出現的“另存PDF文件為”設置框內,將“文件名”改為“規范要求”。單擊“保存”,接著會出現“正在創建ADOBE PDF”提示欄,顯示文件的轉換進度。當轉換完畢后,屏幕右下角會有提示,并自動啟動ACROBAT軟件顯示轉換后的文件效果。
方法二:調用PDFMAKER法
操作方法:鼠標單擊“ACROBAT/創建PDF”,在出現的“另存ADOBE PDF文件為”設置欄內設置與上步相同,只是多了一些人性化的設置,比如增加了“功能完善的PDF”和“簡單快捷的PDF”的選擇,還可以對PDF的轉換選項進行設置。轉換為PDF時點擊“保存”即可,本方法的執行速度沒有方法一快,因為它還要調動底層的DISTILLER程序。
PDF轉換為Word
網上下載了很多PDF,但如何將這些PDF直接轉為Word為我所用?這就需要進行轉換。
方法一:AOROBAT的“另存為”功能,
以剛轉換完的“規范要求PDF”為例,鼠標單擊“文,件/另存為”,在“另存為”設置框“文件名”設置欄內輸入“規范要求DOC”,選擇路徑后單擊“保存”按鈕。“導出”功能也可達到同樣效果。用另存為轉換的好處是方便快捷,但轉換的效果一般。
方法二:調用PDF2Word
下載安裝軟件后,單擊程序快捷圖標會出現程序主界面。單擊“FILE/OPEN”命令,在出現的“OPEN PDFFILE”設置框中選擇“規范要求PDF”,“PREFERENCES”設置框單擊“確定”,在“另存為”設置框內“文件名”設置欄內輸入轉換后的文件名。單擊“保存”,在彈出的提示框(見圖3)里點擊“確定”即可完成。這種方法轉換的效果好,但須安裝軟件。
掌握ACROBAT的一些編輯技巧對于制作自己的PDF論文,是很有用的,下面以三個文件為例講一下實際的應用。一個文件是上一步轉換好的“規范要求PDF”(簡稱“文件1”),另兩個文件是網上摘錄的兩篇PDF論文(簡稱“文件2”、“文件3”)。看看我是如何將它們進行整合、替換與修改的。
實例一:把“文件2”插入到“文件1”之后。
操作方法:把鼠標定位在“文件1”最后一頁,單擊“文檔/插入頁面”,在出現的“選擇要插入的文件”設置框內選擇“文件2”。單擊“選擇”,在出現的“插入頁面”設置框內“位置”設置欄下選擇“之后”,選擇“頁面”提示框下“頁面”參數,單擊“確定”。
實例二:把“文件1”中的前兩頁提取出來,然后將“文件3”插入到新文件末尾,最后存成“文件4”。
操作方法:單擊“文檔/提取頁面”,在出現的“提取頁面”設置框內進行設置(“從1到2/6”表示當前文檔共6頁,要提取“第1頁”和“第2頁”),單擊“確定”。此時被提取的內容會存成一個臨時文件,重復上步“插入頁面”方法插入“文件3”。單擊“文件/保存”,存為“文件4”即可。
實例三:在文件1中將插入的文件2部分替換為文件3。
操作方法:單擊“文檔/替換頁面”,在出現的“選擇包含新頁面的文件”設置框內選擇文件3,單擊“選擇”。在出現的“替換頁面”設置框內進行設置(將文件1中第3-6頁內容替換為文件3中的1-4頁內容)。單擊“確定”。之后會出現提示詢問是否替換,單擊“是”。
巧用輔助軟件,“抓”出加密文字
從網上下載的PDF論文有些是設有密碼保護的(鼠標單擊“高級/安全性/口令加密”,然后設置打開口令和更改許可口令即可。)如果沒有更改口令,就只能看看這些資料,而無法對其進行復制或轉存操作。
下面以加密過的“規范要求.PDF”文件為例,介紹如何利用抓圖軟件來把加密的文字內容“抓”出來。
Step1:做好抓圖準備。打開抓圖軟件HYPERSNAP6。用ACROBAT打開“規范要求.PDF”,移動到所需內容那個頁面,并把比例調到100%。
Step2:調高抓圖分辨率。在HYPERSNAP6中,鼠標單擊“選項/默認圖像分辨率”,在出現的“圖像分辨率”設置框內將水平和垂直分辨率均設為“1200DPI”。
Step3:將抓圖存成TIF格式。在ACROBAT中,按住快捷鍵“Ctrl+Shift+R”在所需文字處抓圖,單擊“另存為”圖標,在出現的設置框內,輸入“文件名”為“截圖”,“保存類型”選擇“TIFF”,單擊“保存”。
二、實施教師“三化”工程,打造高素質“雙師”教學團隊
發展高等職業教育的重中之重是教師隊伍建設。要以師德建設為引領,將提升教師素質、優化雙師結構、聘任企業專家作為師資隊伍建設的重點。在不斷提高專任教師教學能力的同時,提升教師的工程實踐能力,拓展國際化視野,讓骨干教師參加企業新技術新工藝培訓,參與專業建設,承擔課程改革建設,指導畢業設計、學生競賽、技術培訓,主持教科研課題。要定期安排骨干教師出國培訓?!耙o學生一碗水,教師自己要有一桶水”,這一桶水必須是活水,流動的水,是知識不斷更新的水。本專業通過提升教師學歷,教師到企業做訪問工程師,與企業技術人員共同進行產品開發和科技攻關,共同申報科研課題,為企業開發產品、解決技術難題等,使教師的工程實踐能力有了一個質的變化。
三、搞好課程改革,推進素質教育
通過市場調研和職業崗位能力需求分析,確定應用電子技術專業畢業生的主要就業崗位和次崗及遷移崗位。[2]按照項目化課程教學理念,以學生崗位能力和職業素質培養為目標,在教學內容、教學方法、評價方法等方面進行改革,與職業崗位能力要求相對接,加強校企合作,與企業共同編寫具有職業特色的項目化教材。多課程重新整合,實施課證融合。將考證內容穿插在實踐教學中,實施理實一體化,既節約了考證時間,又提高了學生學習的效率,進一步完善了“能力核心、項目構架”的課程體系。如將“模擬電路技術”、“數字電路技術”與“電子元器件檢驗”相結合;“電子測量技術”課程的教學與“音視頻設備檢驗員”、“無線電調試中級工”相結合。為了全面評價學生,摒棄一卷制的考核方法,構建多元評價機制,采取項目實施過程考核和課程終結性考核相結合,自評、互評、師評相結合的評價方式。根據課程的培養目標,制定評價標準,使課程尤其是基本技能訓練類課程考核內容與職業崗位的要求相吻合。
四、以提高學生專業應用能力為目的,建設實踐教學環境
以提高學生專業應用能力為目的,結合職業崗位的實際工作過程,重新設計應用電子技術專業綜合實訓課程的教學內容,以實現學生校內學習課程內容與實際工作流程的一致性。[3]實驗、實訓室建設以高技能人才培養為目標,加強實踐教學師資隊伍建設,實施一體化的教學方法,進行模塊化的技能培訓,以提高學生的技能水平,增強其就業競爭力,最大限度地滿足學生求知、求技、求職的需要,滿足社會對高職教育多樣化的需求。與此同時,與行業、企業合作,建校外實訓基地,形成多形式的校外實踐教學基地,切實推動實踐教學改革。充分利用企業先進設備、技術專家和企業文化等資源,在生產現場進行“電子元器件的焊接工藝”、“電子產品品質管理”等專業課程的教學活動。利用現代科技手段,建立校企數字傳輸課堂,將企業生產過程實時傳送到課堂,通過企業工程師直接開展專業教學,真正實現校企聯合教學。全過程注重學生“5S”規范、認真負責、效率觀念、靜電防護等職業素養的培養。
二目前汽車電子通信的技術漏洞
1資料保密度差
汽車電子通信系統在運行過程中,會自動記錄車主的通信信息,包括通話記錄、上網信息,甚至還會記錄車主利用通信系統進行的支付記錄。這些信息記錄一旦出現泄露,在汽車被盜的情況下,很可能造成車主信息的泄露。目前的汽車通信系統中,數據資料的保密度較差,車主的隱私得不到保障。
2網絡平臺管理
松散汽車電子通信系統實現了駕駛員之間的信息共享,可以使駕駛員實時了解車輛擁堵信息,避開高峰路段和時段,提高出行效率。但是在這個過程中,目前的網絡平臺管理松散,虛假車況、路況信息。由于認證機制缺失,造成路況信息的可信度降低。甚至還存在一定程度的惡意散播虛假信息的行為,這就為車主的出行造成了不便。
3信息無法同步
傳輸信息的同步傳輸是實現信息共享的重要途徑,但是在現階段由于技術上的漏洞,經常出現網絡平臺延遲信息傳輸的情況,導致延誤駕駛的現象,網絡平臺的密鑰管理也不健全,有意或者無意的行為,都會導致信息的混亂和泄露,導致車主無法實時獲取有用的信息,延誤車主出行。
三汽車電子通信的安全技術
1安全協議
由于汽車電子通信系統的開放性,極易遭受其它節點的竊聽與監控。目前的安全協議中,主要有Ariadne、SAODV和SRP。Ariadne主要用于驗證信息的真實性和完整性,這種單項的消息鑒別認證機制,可以有效的確保節點身份認證的可信度,組織虛假信息發起的攻擊行為。SAODV是利數字簽名來進行安全驗證,可以防范鏈路被攻擊和修改。SRP則是利用安全鏈接和共享密鑰來進行消息的鑒別,確認數據傳輸的安全級,認證節點身份,阻止服務攻擊。
2密鑰管理
安全技術加密是確保信息安全的常用手段,也是基本手段之一。電子密鑰是數據加密的技術基礎,但是傳統的密鑰管理主要是密鑰分發和證書認證,但是對于汽車通信系統并不適用。目前最常用的技術是自發式證書、局部分布式認證和完全分布式認證三種方式。自發式證書不需要授權就可以接入節點自行證書,靈活性和安全性都較高,也是使用最廣泛的技術。但是由于缺乏證書撤銷機制,容易造成系統冗余。局部分布式認證可以定期更新證書,保證有效性和安全性,但是其離線公鑰問題還需要技術上更多的支持,應用并不廣泛。完全分布式認證離線反應能力較強,但是其更新較為復雜,影響服務使用。
3入侵檢測安全技術
入侵檢測技術是通過對技術進行實時分析,檢查是否存在違反安全策略的行為,是安全防護的必要補充措施,可以發現系統是否遭受攻擊,以便對系統進行實時保護。由于汽車電子通信僅使用無線技術,因此入侵檢測技術僅能進行本地檢測和局部檢測,而對于短暫性故障與真正的入侵分辨,還存在技術上的不足。
四提高汽車電子通信安全的對策
1完善安全機制
車載安全機制首先要從技術的角度進行完善,加強汽車電子通信系統的管理,不斷升級系統,實現軟件上的革新,彌補信息安全漏洞。政府和企業還要加大在技術創新上的支持,鼓勵專業人才發展,實現各個機制系統之間的協調統一。
2提高保密程度
保密程度關系到車輛行駛效率和安全,要提高保密工作,首先要提高資料的隱秘性,防止車輛信息、駕駛員信息等被惡意攻擊而泄露。對于車輛信息和路況信息,借助于各種網絡手段,實現信息的整合與備份。對于數據加密,要采用最安全的加密手段,不僅要在軟件端加密,還要對數據儲存和收發的硬件加密,防止數據被復制和盜竊。
3加強網絡監管
政府要加強對網絡平臺的監管,確保信息平臺信息的真實性與可靠性。一方面,網絡平臺要利用自身優勢,對路況信息進行整合。另一方面,還要對投放和播報的信息進行甄別,防止惡意信息被投放。此外,還要加強工作人員的管理,提高技術人員的水平,特別是信息的分析和整合能力。
1)實時性??焖俜磻⒉皇菍崟r性的核心內涵,快速性僅是系統實時能力的表現。當系統不能滿足實時性要求時,必須提高系統的運行速度,而運行速度的提高會帶來系統功耗加大、電磁兼容性下降等負面效應。因而在設計具體的控制系統時,在保證能滿足實時性要求的條件下,應使系統的運行速度降到最低,以滿足系統在功耗、可靠性和電磁兼容性等方面獲得最佳的綜合品質。
2)安全性。安全性是指產品防止、減少故障和事故的性能。硬件的耐高低溫、耐電擊、耐火花、阻燃等從原材料制作工藝到檢測包裝儲運,有效的質量控制是關鍵;軟件漏洞的隱患與后果,如功能的缺失、安全威脅與客戶抱怨等,有一種名為“組策略”的手段提供對微處理器進行更改注冊表來實現軟件的安全。對車輛電子控制安全造成的威脅,可分成局部物理、遠程和內部電子3大類。①局部物理性威脅。通過物理性地接入傳動系統CAN網絡并破壞通信,這種入侵式的攻擊極易破壞汽車關鍵功能。其對策是在一個或多個ECU內部的某處存儲著隱秘的私有密鑰,用于受保護的通信通道,提供局部數據的保護服務,汽車算法、多媒體內容和保密資料都需要私鑰存儲進行數據保護,抵擋凌厲的入侵和攻擊。②遠程威脅。黑客通過偵測汽車的遠距離無線接口尋找網絡安全協議、網絡服務和程序中的軟肋,以找到內部各電子系統中的路徑。與數據中心不同,汽車不可能擁有完整的IDS、IPS、防火墻和UTM,防衛機制的客觀缺失需依靠汽車的關鍵系統必須與非關鍵的ECU完全隔離開,以確保駕駛安全。③內部電子威脅。雖然物理網絡隔離是理想的方案,但接觸點和干擾總是難以避免,安全標準有極大差異的系統間通信的干擾會很敏感。業界又出現強烈的設計整合趨勢,使用更強大的多內核微處理器來實現不同系統的控制,從而將許多ECU變為虛擬的ECU,這將增加源于軟件的威脅風險,從而導致操作系統缺陷、對密碼系統的旁路攻擊以及拒絕服務等。因而,關鍵和非關鍵的系統與網絡之間的接口必須在最高管理層面進行論證和窮盡分析,并按ISO15408等評估安保等級(EAL)6+的最高等級安保標準進行驗證,確認缺陷無虞。
3)可靠性??煽啃允侵府a品的平均無故障運行時間(MTBF)。為確??煽啃?,在汽車電子電路上實施冗余設計,元器件應選用汽車級。高可靠性軟件及安全工程實施原則(PHASE)協議支持最大限度地簡化復雜性、軟件組件架構、最低權限原則、安全軟件和系統開發過程。
4)環保性。產品符合國家相關的環保標準和規定,包括產品是否含有毒、有害原材料,芯片是否含鉛、鎘,EMC輻射是否超標,須有嚴格的檢測和認證。必須認識到切實實施ISO/TS16949和ISO14001僅是一項基礎工作。
2我國汽車電子產業概況
市場化的經濟體制帶來了高效的資源配置,我國汽車電子產業在這10年間有了飛速的發展。在汽車產業高速發展的直接推動下,2012年我國汽車電子市場規模已逾2500億元,連續7年增長率超過30%。其原因除市場需求迅猛發展外,還有國家政策帶動、國際產業轉移和地區競爭的促進。但由于基礎研發工作薄弱,掌握的自主知識產權匱乏,產品在技術上還依附于國外,核心技術仍受制于人,至今沒有世界知名的汽車電子產品品牌和供應商。石油資源日趨緊缺,人們對環境保護的意識在不斷增強。國際上對汽車排放出臺了一系列嚴格的標準,加上人們對汽車的安全性、舒適性和使用壽命的要求越來越高,汽車電子也越來越復雜,進入汽車電子零部件行業的門檻就越來越高。我國汽車電子產業雖實現了持續快速發展,產業的技術水平、規模、機構都得到了大幅度的提升,但這產業鏈中的成就僅局限于加工制造。硬件方面,元器件集成芯片幾乎全從國外公司購買;軟件方面,從開發工具到核心軟件全由國外公司提供;生產方面,從貼片到出廠,從生產檢測設備到技術規范、標準,也依循國外企業?,F狀是久負盛名的跨國芯片巨頭能針對特定的應用提供專用芯片及解決方案,使汽車電子產品開發周期縮短,質量有保障,成本較低。這樣更使我國目前幾乎所有汽車電子單元全是由芯片廠商提供設計,而我們只是二次開發。微電子行業基礎核心技術的薄弱是決定我國汽車電子產業在總體上受制于國際跨國公司的根本原因,必須徹底改變。
3汽車電子技術發展趨勢
1)總線化和中央電子控制單元向汽車電子的整體化、系統化邁出了革新的一步。各電子控制單元通過總線進行通信,傳輸當前狀態的信息,接受中央控制單元的指令并執行特定的功能,使車輛行駛功能控制達到最佳水平??偩€化還使汽車制造核心技術由硬件逐漸向軟件過渡,由諳熟全程制造技術和掌握汽車各系統、各零部件原理功能的龍頭企業執掌制定切實可用通信協議的主動權。這就導致技術實力弱勢的中小企業只得依附強勢的大公司,促使行業兼并。
2)模塊化。電子技術和多領域高新技術進行系統集成化汽車零部件產品的構成,便于國際化采購和整車廠組裝。模塊化就是根據需求定制,完成所需的功能,以標準模塊的規格作大集成化的封裝,提高功效和可靠性,也簡化配套和整車制造工藝,有利于產品質量得到有效控制。結果將會使現在處于領先地位的行業寡頭逐漸成為系統集成商,電子零部件企業承擔的產品工作量越來越大,汽車零部件產業在汽車工業中的作用和地位更顯重要。
3)智能化。微控制器大量進入汽車電子各系統,帶來控制技術智能水平提高,性能更優越,控制成本更低。
4)規范化和高配普及化。新的汽車電子技術不斷涌現、不斷進步,但有些電子控制技術在汽車上實施還需歷經一段時間,才能在標準配置上被確認。例如,輪胎智能壓力監測系統(TPMS)與ABS、安全氣囊并稱為汽車3大安全系統。但目前,僅在奧迪A8、寶馬7系/5系、奔馳S/E系列等高端車型中作為標準配置。在高度重視汽車安全性的當下,輪胎壓力監測系統必然很快會成為所有汽車的標準配置。就如同ABS從出現到普及一樣,需要一個過程。
5)重視傳感器的研發。汽車電子技術的應用中無處不在的傳感器,在控制技術環節里作用至關重要,應受到充分的重視。我國在傳感器技術的演進發展和實踐中雖已有一定基礎性的成果,但因投入的研發資源遠遠不足,也顯得十分薄弱。必須與汽車電子的研發齊頭并進才能相得益彰。期望在“十二五”計劃期間,我國傳感器技術及產業迎頭趕上。
6)“云控制”技術。計算機技術和信息融合技術已經發展到了云時代?!霸瓶刂啤奔夹g由以往的局部信息處理到信息共享到現代的信息融合,已經完全突破了汽車“傳感器-避開障礙-目標-方向盤”的傳統固有模式,使實現“目標-方向盤”的自動駕駛成為可能?!霸岂{駛”將大大提高識別道路行駛目標的效能,同時降低燃油耗費,將使駕駛由低事故向高可靠轉變。
2輻射效應和損傷機理研究
微電子器件中的數字和模擬集成電路的輻射效應一般分為總劑量效應(TID)、單粒子效應(SEE)和劑量率(DoesRate)效應??倓┝啃从谟搔霉庾印①|子和中子照射所引發的氧化層電荷陷阱或位移破壞,包括漏電流增加、MOSFET閾值漂移,以及雙極晶體管的增益衰減。SEE是由輻射環境中的高能粒子(質子、中子、α粒子和其他重離子)轟擊微電子電路的敏感區引發的。在p-n結兩端產生電荷的單粒子效應,可引發軟誤差、電路閉鎖或元件燒毀。SEE中的單粒子翻轉(SEU)會導致電路節點的邏輯狀態發生翻轉。劑量率效應是由甚高速率的γ或X射線,在極短時間內作用于電路,并在整個電路內產生光電流引發的,可導致閉鎖、燒毀和軌電壓坍塌等破壞[1]。輻射效應和損傷機理研究是抗輻射加固技術的基礎,航空航天應用的SiGe,InP,集成光電子等高速高性能新型器件的輻射效應和損傷機理是研究重點。研究新型器件的輻射效應和損傷機理的重要作用是:1)對新的微電子技術和光電子技術進行分析評價,推動其應用到航空航天等任務中;2)研究輻射環境應用技術的指導方法學;3)研究抗輻射保證問題,以增加系統可靠性,減少成本,簡化供應渠道。研究的目的是保證帶寬/速度不斷提升的微電子和光(如光纖數據鏈接)電子電路在輻射環境中可靠地工作。圖1所示為輻射效應和損傷機理的重點研究對象。研究領域可分為:1)新微電子器件輻射效應和損傷機理;2)先進微電子技術輻射評估;3)航空航天抗輻射保障;4)光電子器件的輻射效應和損傷機理;5)輻射測試、放射量測定及相關問題;6)飛行工程和異常數據分析;7)提供及時的前期工程支持;8)航空輻射效應評估;9)輻射數據維護和傳送。
3抗輻射加固設計技術
3.1抗輻射加固系統設計方法
開展抗輻射加固設計需要一個完整的設計和驗證體系,包括技術支持開發、建立空間環境模型及環境監視系統、具備系統設計概念和在軌實驗的數據庫等。圖2所示為空間抗輻射加固設計的驗證體系。本文討論的設計技術范圍主要是關于系統、結構、電路、器件級的設計技術。可以通過圖2所示設計體系進行抗輻射加固設計:1)采用多級別冗余的方法減輕輻射破壞,這些級別分為元件級、板級、系統級和飛行器級。2)采用冗余或加倍結構元件(如三模塊冗余)的邏輯電路設計方法,即投票電路根據最少兩位的投票確定輸出邏輯。3)采用電路設計和版圖設計以減輕電離輻射破壞的方法。即采用隔離、補償或校正、去耦等電路技術,以及摻雜阱和隔離槽芯片布局設計;4)加入誤差檢測和校正電路,或者自修復和自重構功能;5)器件間距和去耦。這些加固設計器件可以采用專用工藝,也可采用標準工藝制造。
3.2加固模擬/混合信號IP技術
最近的發展趨勢表明,為了提高衛星的智能水平和降低成本,推動了模擬和混合信號IP需求不斷增加[2]??馆椛浼庸棠MIP的數量也不斷增加。其混合信號IP也是相似的,在高、低壓中均有應用,只是需在不同的代工廠加工。比利時IMEC,ICsense等公司在設計抗輻射加固方案中提供了大量的模擬IP內容。模擬IP包括抗輻射加固的PLL和A/D轉換器模塊,正逐步向軟件控制型混合信號SoCASIC方向發展。該抗輻射加固庫基于XFab公司180nm工藝,與臺積電180nm設計加固IP庫參數相當。TID加固水平可以達到1kGy,并且對單粒子閉鎖和漏電流增加都可以進行有效加固。
3.3SiGe加固設計技術
SiGeHBT晶體管在空間應用并作模擬器件時,對總劑量輻射效應具有較為充分和固有的魯棒性,具備大部分空間應用(如衛星)所要求的總劑量和位移效應的耐受能力[3]。目前,SiGeBiCMOS設計加固的熱點主要集中在數字邏輯電路上。SEE/SEU會對SiGeHBT數字邏輯電路造成較大破壞。因此,這方面的抗加設計技術發展較快。對先進SiGeBiCMOS工藝的邏輯電路進行SEE/SEU加固時,在器件級,可采用特殊的C-B-ESiGeHBT器件、反模級聯結構器件、適當的版圖結構設計等來進行SEE/SEU加固。在電路級,可使用雙交替、柵反饋和三模冗余等方法進行加固設計。三模冗余法除了在電路級上應用外,還可作為一種系統級加固方法使用。各種抗輻射設計獲得的加固效果各不相同。例如,移相器使用器件級和電路級并用的加固設計方案,經過LET值為75MeV•cm2/mg的重粒子試驗和標準位誤差試驗后,結果顯示,該移相器整體抗SEU能力得到有效提高,對SEU具有明顯的免疫力。
4抗輻射加固工藝技術
目前,加固專用工藝線仍然是戰略級加固的強有力工具,將來會越來越多地與加固設計結合使用。因為抗輻射加固工藝技術具有非常高的專業化屬性和高復雜性,因此只有少數幾個廠家能夠掌握該項技術。例如,單粒子加固的SOI工藝和SOS工藝,總劑量加固的小幾何尺寸CMOS工藝,IBM的45nmSOI工藝,Honeywe1l的50nm工藝,以及BAE外延CMOS工藝等。主要的抗輻射加固產品供應商之一Atmel于2006年左右達到0.18μm技術節點,上一期的工藝節點為3μm。Atmel的RTCMOS,RTPCMOS,RHCMOS抗輻射加固專用工藝不需改變設計和版圖,只用工藝加固即可制造出滿足抗輻射要求的軍用集成電路。0.18μm是Atmel當前主要的抗輻射加固工藝,目前正在開發0.15μm技術,下一步將發展90nm和65nm工藝。Atmel采用0.18μm專用工藝制造的IC有加固ASIC、加固通信IC、加固FPGA、加固存儲器、加固處理器等,如圖3所示。
5重點發展技術態勢
5.1美國的抗輻射加固技術
5.1.1加固設計重點技術
美國商務部2009年國防工業評估報告《美國集成電路設計和制造能力》,詳細地研究了美國抗輻射加固設計和制造能力[4]。擁有抗輻射加固制造能力的美國廠商同時擁有抗單粒子效應、輻射容錯、抗輻射加固和中子加固的設計能力。其中,擁有抗單粒子效應能力的18家、輻射容錯14家、輻射加固10家,中子加固9家。IDM公司是抗輻射加固設計的主力軍,2006年就已達到從10μm到65nm的15個技術節點的產品設計能力。15家公司具備10μm~1μm的設計能力,22家公司具備1μm~250nm的設計能力,24家公司具備250nm~65nm設計能力,7家公司的技術節點在65nm以下,如圖5所示。純設計公司的抗輻射加固設計能力較弱。美國IDM在設計抗輻射產品時所用的材料包括體硅、SOI,SiGe等Si標準材料,和藍寶石上硅、SiC,GaN,GaAs,InP,銻化物、非結晶硅等非標準材料兩大類。標準材料中使用體硅的有23家,使用SOI的有13家,使用SiGe的有10家。使用非標準材料的公司數量在明顯下降。非標材料中,GaN是熱點,有7家公司(4個小規模公司和3個中等規模公司)在開發。SiC則最弱,只有兩家中小公司在研發。沒有大制造公司從事非標材料的開發。
5.1.2重點工藝和制造能力
美國有51家公司從事輻射容錯、輻射加固、中子加固、單粒子瞬態加固IC產品研制。其中抗單粒子效應16家,輻射容錯15家,抗輻射加固12家,中子加固8家。制造公司加固IC工藝節點從10μm到32nm。使用的材料有標準Si材料和非標準兩大類。前一類有體硅、SOI和SiGe,非標準材料則包括藍寶石上硅,SiC,GaN,GaAs,InP,銻化物和非晶硅(amorphous)。晶圓的尺寸有50,100,150,200,300mm這幾類??馆椛浼庸坍a品制造可分為專用集成電路(ASIC)、柵陣列、存儲器和其他產品。ASIC制造能力最為強大,定制ASIC的廠商達到21家,標準ASIC達到13家,結構化ASIC有12家。柵陣列有:現場可編程陣列(FPGA)、掩膜現場可編程陣列(MPGA)、一次性現場可編程陣列(EPGA),共19家。RF/模擬/混合信號IC制造商達到18家,制造處理器/協處理器有11家。5.1.3RF和混合信號SiGeBiCMOS據美國航空航天局(NASA),SiGe技術發展的下一目標是深空極端環境應用的技術和產品,例如月球表面應用。這主要包括抗多種輻射和輻射免疫能力。例如,器件在+120℃~-180℃溫度范圍內正常工作的能力。具有更多的SiGe模擬/混合信號產品,微波/毫米波混合信號集成電路。系統能夠取消各種屏蔽和專用電纜,以減小重量和體積。德國IHP公司為空間應用提供高性能的250nmSiGeBiCMOS工藝SGB25RH[5],其工作頻率達到20GHz。包括專用抗輻射加固庫輻射試驗、ASIC開發和可用IP。采用SGB13RH加固的130nmSiGeBiCMOS工藝可達到250GHz/300GHz的ft/fmax。采用該技術,可實現SiGeBiCMOS抗輻射加固庫。
5.2混合信號的抗輻射加固設計技術
如果半導體發展趨勢不發生變化,則當IC特征尺寸向90nm及更小尺寸發展時,混合信號加固設計技術的重要性就會增加[6]。設計加固可以使用商用工藝,與特征尺寸落后于商用工藝的專用工藝相比,能夠在更小的芯片面積上提高IC速度和優化IC性能。此外,設計加固能夠幫助設計者擴大減小單粒子效應的可選技術范圍。在20~30年長的時期內,加固設計方法學的未來并不十分清晰。最終數字元件將縮小到分子或原子的尺度。單個的質子、中子或粒子碰撞導致的后果可能不是退化,而是整個晶體管或子電路毀壞。除了引入新的屏蔽和/或封裝技術,一些復雜數字電路還需要具備一些動態的自修復和自重構功能。此外,提高產量和防止工作失效的力量或許會推動商用制造商在解決這些問題方面起到引領的作用。當前,沒有跡象表明模擬和RF電路會最終使用與數字電路相同的元件和工藝。因此,加固混合信號電路設計者需要在模擬和數字兩個完全不同的方向開展工作,即需要同時使用兩種基本不同的IC技術,并應用兩種基本不同的加固設計方法。
1.1電動式電子控制動力轉向系統
是在傳統的機械式轉向系統的基礎上,利用直流電動機作為動力源,根據轉向參數和車速等信號電子控制單元控制電動機轉矩的大小和轉動方向。電動式EPS一般是由機械轉向器、電子控制單元、減速器、電動機、轉矩傳感器以及畜電池電源所構成。電動式EPS按照其轉向助力機構結構與位置的不同,又可分為三種形式:轉向器小齒輪助力式、轉向軸助力式和齒條助力式。
1.2液壓式電子控制動力轉向系統
在傳統的液壓動力轉向系統的基礎上液壓式EPS增加了控制液體流量的車速傳感器、電子控制單元和電磁閥等。液壓式EPS根據檢測到的車速信號電子控制單元控制電磁閥,使轉向動力放大倍率實現連續可調,從而滿足低速、高速時的轉向助力要求。液壓式EPS根據其控制方式的不同又有三種:反作用力控制式、閥靈敏度控制式和流量控制式。
2汽車電子轉向系統的檢測與故障診斷
行駛15萬公里的凌志轎車原地轉向時轉向盤明顯沉重,轉向時助力泵有吱吱的響聲,并轉向裝置偶爾失效,高速轉向時反而過渡靈敏,檢查時發現故障警告燈點亮,變為常規轉向機構,完全處于保險狀態。凌志轎車屬于液壓式電子轉向動力轉向系統,車輛轉向沉重,可能是液力泵不工作,液壓系統密封性變差,有空氣進入。在動力轉向沉重,助力失效時,ECU工作可能停止工作,液壓式電子轉向動力系統的其他組成部門失效可以通過檢測來判斷。
2.1檢修注意事項
(1)應經常檢查轉向系統儲油罐油面以及油質,如需添加更換或排氣應及時進行。(2)行駛過程中盡量避免將方向打到某一側極限,防止動力油泵負荷過大。(3)電控轉向系統發生故障時,通常不要打開ECU及各種電控元件的蓋子或盒子,以免造成ECU被靜電損壞。(4)檢修過程中一般按照可能性由大到小,檢查復雜程度由簡到難的順序進行,先對線路和傳感器等元件進行基本檢查,不要輕易更換ECU或拆卸管路。
2.2電控轉向系統基本檢修
電控轉向系統故障集中在油路系統和電控系統中,對于油路系統的檢修在基本檢查中逐步排查,電控系統的檢修主要針對傳感器、執行器、ECU及線路連接,并應充分利用故障自診斷系統的功能。電控轉向系統裝配完畢后,應進行基本檢查,主要包括針對液壓系統的油量、油壓試驗,系統排氣,轉向油泵皮帶松緊度調整,以及電控部分及相關部件的工作狀態檢查等,以確定系統是否需要進一步檢修,保證轉向系統良好的工作性能。不同車型動力轉向系統的檢查內容和方法基本類似,下面就以凌志LS400電控轉向系統為例講解電控轉向系統的基本檢查程序。
2.2.1初步檢查。
在進行系統檢查之前,首先要根據車輛的具體情況初步的檢查一下輪胎氣壓、前輪定位、懸架與轉向連接桿之間的情況、轉向系統接頭及懸架臂球頭等處是否正常,轉向柱管是否彎曲,轉向盤的自由間隙是否正常等。
2.2.2常規檢查。
(1)檢查傳動帶。對于動力轉向泵傳動帶的檢查主要包括兩項內容:一是傳動帶與帶輪配合位置的檢查,二是傳動帶松緊度的檢查,利用專用工具檢查,在95Nm的作用力矩下,皮帶的撓度為:運轉5min以下時:7.5-9.5mm;運轉5min以上時:9-13mm。(2)檢查儲液罐液面高度。檢查油面高度時,保持車身水平位置,油溫80°C時進行。在發動機維持怠速運轉(約850r/min)的條件下,反復將轉向盤從左側打到右側再返回,使得油溫達到正常要求后,打開儲液箱,檢查液壓油有無泡沫或乳化現象,量油尺液面應在HOT范圍以內。若在檢查系統無泄漏情況下需要補給液壓油,按規定號牌補給;若需更換液壓油,則先頂起轉向橋,從轉向油罐及回油管排出舊液壓油,并將轉向盤反復左、右轉至極限位置,直至舊液壓油排盡后1-2s后加注新液壓油。(3)系統空氣排放。動力轉向系統在更換液壓油后,然后檢查轉向油罐中油位時發現有氣泡冒出時,說明系統內滲入了空氣,必須對系統進行排氣,否則將引起前輪擺動,轉向沉重,轉向噪聲等故障。具體排氣過程如下:升起轉向橋,怠速運轉發動機,反復向左、右轉動轉向盤到極限位置,直至轉向油罐內無氣泡冒出并消除乳化現象,表明已基本排除干凈液力轉向系統中的空氣。(4)檢查油泵壓力。將油壓表的一端接在轉向液壓泵的輸出端,另一端接在轉向助力器的輸入端,維持發動機怠速運轉,油溫達到80°C,檢查閥關閉時的壓力:不小于7845kPa;檢查閥全開時的壓力差(1000r/min和3000r/min時):不大于490kPa;檢查轉向盤在鎖定位置時:不小于7845kPa。(5)檢查轉向盤轉向力矩。使汽車停放在平坦地面上,兩轉向輪在直線行駛位置,發動機怠速運轉,測量轉向盤從中間位置向左、右轉動所需的力矩,標準:不大于5.9Nm。
2.2.3電動轉向系統執行器的檢測。
(1)直流電動機檢測。從轉向器斷開電動機的導線插接器,在兩端子間加上蓄電池電壓時,電動機應用均勻運轉聲,否則應更換。一些價位較低的轎車使用的直流電動機工作噪音較大,只要不影響使用,可以不換。(2)電磁離合器的檢測。斷開轉向器上電磁離合器導線插接器,將蓄電池正極與電磁離合器1號端子連接,負極與6號端子相連,在接通和斷開的瞬間應有吸氣聲,否則必須更換。(3)車速傳感器檢修。頂起汽車,旋轉后輪,用萬用表測量傳感器側線束插接器上的SPD與GND之間的電壓,應在0~5V之間,否則應檢查傳感器及其連接線路。(4)車速傳感器檢修。頂起汽車,旋轉后輪,用萬用表測量傳感器側線束插接器上的SPD與GND之間的電壓,應在0~5V之間,否則應檢查傳感器及其連接線路。
2.2.4EPS警告燈的檢查。
當點火開關處于ON位置時,EPS警告燈應點亮,發動機起動后警告燈熄滅為正常。警告燈不亮時,應檢查燈泡是否損壞,熔絲和導線是否斷路。若發動機起動后,警告燈仍亮,首先應考慮該系統是否處于保險狀態,然后進行自診斷操作。
2汽車電子監測關鍵性技術分析
在智能交通系統中主要汽車電子技術、傳感器及監測系統三各部分作用于汽車電子監測,下面對前兩項關鍵性技術進行簡要分析:
2.1汽車電子技術
隨著社會科學技術水平的提高,真空管、集成電路、晶體管等技術的發展促進了計算機信息技術電子裝置的發展進程并擴大了其應用范圍。電子技術在汽車中的應用也逐漸受到了國內外汽車行業的重視,自動優化控制技術、機電一體耦合技術以及電子技術等綜合交叉使得小系統商品的發展已逐漸專業化和成熟化。
2.2傳感器
傳感器即轉換器,通過以轉換行駛車輛電子設備之外信號的方式能夠有效實現將非電量轉化為電量并進行監測的目的,最終使得電能形態被轉換。由于傳感器具有獲取電子設備外信息的功能并實現對行駛車輛安全性能的監測,其作為汽車電子監測的關鍵性技術使得汽車能夠實現電子化、自動化及高檔化。通過利用傳感器的優勢從設計角度出發,對汽車行駛過程中的參數進行控制監測,能夠有效降低汽車燃耗及安全故障的發生率。同時將傳感器與微電腦信息處理功能相結合使其在汽車電子監測技術中具有關鍵性的作用。傳感器設置的數量一般都會以汽車的整體設計情況、軟硬件的配置以及機械結構的差異為依據,在其尺寸、形成及價格等方面進行調整。傳感器的使用通常會受到較為嚴格的要求,由于汽車在行駛中需要適應各種環境條件,環境溫度的變化、路面狀況及異常氣候等因素都會使汽車受到溫度變化的考驗,因此傳感器的設計必須達到抗震、溫度耐受性、耐水及抗電磁干擾等要求。
3在ITS系統中對汽車電子監測技術的設計
電子數據的采集方案設計作為ITS系統中汽車電子監測技術的設計首先需要考慮的問題,通常會以ITS系統的功能為前提對數據采集的時間間隔進行合理設置,并對相關信號獲取的設備對象信息進行采集,從而保證數據采集方案設計的科學合理性,這一方式即程序輪詢式數據采集。此外,還需采取必要手段對采集的數據信息進行相關處理,從而保證系統能夠及時對數據信息進行處理以及信號來源設備的級別。例如,在設計過程中應優先對汽車的安全系統、剎車系統等進行數據采集。汽車電子監測系統以車載嵌入計算機系統為主要實現方式,對其進行設計時應保證整體系統的可靠性、實時性與靈活性。監測系統主要包括數據采集、處理及信息傳輸與執行三個模塊,并以下圖所示的具體流程進行工作。其中數據采集模塊是通過集合紅外線、傳感器、超聲波、攝像機及激光雷達等技術從而實現對汽車行駛中的路面情況進行監測,同時能夠對有行駛路線發生變化等因素造成的異常及故障問題進行快速反映,并收集汽車全局信號對其各項數據信息進行采集。通過利用傅里葉對采集數據信息進行分析和判斷,使得故障診斷就有合理的參考依據。
二、實訓場地與行業標準對接
教學場所采用一體化教室,在便于開展教學的同時,要注重實訓場地的設置與汽車維修行業生產實景平臺相一致。如在車速表檢測實訓中,采用標準型滾筒式車速表試驗臺,速度測量裝置、速度指示裝置和速度報警裝置的配備應與汽車安全檢測線設備相一致。學生在實訓的過程中,應按照實際檢測操作規程,先對車速表試驗臺和被測車輛進行檢測前的準備工作,再對被測車輛進行檢測,試驗結束后,應對現場進行整理和清潔。實訓場地的建設按照行業標準進行,不僅能夠滿足學生的技能操作實訓,而且可以進行職業技能培訓與鑒定,對技工院校實行雙證書制度提供了硬件支持。
三、學歷證書與資格證書對接
為了適應我國的就業準入制度、職業資格證書制度、勞動預備制度,深入貫徹落實“雙證書”制度是目前技工院校人才培養的主要模式,堅持學歷教育與職業資格取證并重,學生在校期間必須取得相關的職業資格證書,否則不予畢業。對于學習汽車電子技術方向的學生,要求其必須取得汽車維修電工四級職業資格。為了方便學生取證,提高取證率,學校應把取證工作與教學工作有機結合,即把取證培訓的內容作為課堂教學的內容。
四、考核評價與實習就業對接
打破傳統的一張試卷定成績的考核評價方式,探索多元化教學評價體系,將學生的學習能力、團隊協作能力、溝通能力和表達能力納入評價,通過對教學過程的督查、信息采集、評價、反饋等措施,建立自我完善、自我約束的質量監控體系,并將考核成績記入學生檔案。在學生頂崗實習和畢業就業的安排過程中,依據學生綜合素質的考核與評價,優先推薦和安排優秀學生。
一是面向社會上的企事業單位,因此要具有理論與實踐相結合的高素質技術人才;同時又面向各個中、高職院校,因此還應是“雙師型”人才。
2)機械電子工程專業人才培養特點。
職業教育培養人才是提倡理論與實踐相結合,加大技能培訓力度,培養的是社會需要的實用型、應用型、操作技術人才和管理人才。隨著技術的發展,現在的設備都是將機械技術、電氣技術高度集合而成的,因此,企業需要大量的能在現場處理設備故障的,既懂機械、又懂電氣的機械電子工程專業的應用人才。
3)“理實一體化”教學特點研究。
一是將技能訓練、知識傳授和能力培養三者融為一體并且實現了有機組合;二是克服了理論與實踐相脫節的弊端,加強了學生動手能力的培養;三是理實一體化教學方式體現了職業教育“理論必須、夠用為度”的特點,同時符合高校教育高素質高技能人才培養目標。
4)機械電子工程專業“理實一體化”教學的實驗室建設研究。
a.建立機械電子工作專業實驗室信息管理系統。
要想讓實驗室利用率、設備使用率到達最佳,我們就必須對實驗室進行科學的信息化管理。實驗室信息管理系統一般能夠實現網上排課、網上選課,網上布置、批改作業,以及一些相關的資料下載,實驗室上課、教師上課情況。這樣可以更好的制訂實驗室的建設計劃,有利于實驗室的資源共享和綜合利用。
b.合理人事管理制度的建立。
首先,一個合理的人事管理制度可以促進實驗室教師隊伍水平的提高,教師可以將自己的理論知識應用到實踐當中去,同時了解企業的發展動態和需求。教師通過實踐學習技能水平得到了提高,優化了人才結構,加快了一支理論知識強、動手能力過硬的教師隊伍建設。其次,創造能夠使實驗室隊伍安心工作的環境;再次,實驗室建設要和實驗室隊伍建設結合起來,保證實驗室有專家型隊伍從事高水平科研工作。最后,合理地配備實驗室的人員,擁有一個高、中、低檔次分明,知識結構合理,工作職責明確的實驗室隊伍是建設和管理好實驗室的根本保證。
c.根據“理實一體化”教學改革進度逐漸配置實驗室資源。
首先,要有合理的硬件資源做保障,因為理實一體化教學是在一個場所,也就是實驗室即要完成理論教學又要完成實踐教學,這就要求有與專業和規模相適應的硬件教學環境。其次,根據機械電子工程專業特點以及現有實驗室的配備情況選擇一門或幾門具體代表性的課程進行理實一體化教學改革試點,改建工作循序漸進、以點帶面,保證實驗室資源的合理配備。最后,改建或新建的實驗室要避免單一性,即能滿足理實一體化課程的要求又能滿足其他理論課程實驗的要求,使實驗室具有多樣性,避免資源浪費。
d.結合“雙師型”人才培養的教學需要建立實驗室。
一為培養學生不同的師能,根據課程性質將實驗室分為理論師能和實踐師能實驗室兩大類,理論師能實驗室主要以機械零件、原理及制造和液壓等基礎實驗室組成,實驗室的主要項目以演示螺紋聯接受力、齒輪、蝸輪傳動、減速器拆裝、機構運動和機械制造工藝等。實踐師能實驗室主要以單片機、PLC、檢測、電工、數控等實驗室組成,主要完成各門課程的理論教學和實驗教學活動。教師可以通過不同的實驗室來培養學生不同的師能技巧,使其達到一個合格的雙師型人才。二為適應社會,驗室設備的組建要盡量與企業接軌,同時采取以班級為單位建立“理實一體化實驗室”,設計并配置理實一體化實驗項目模塊和多媒體教學設備。上課期間教師通過多媒體設施授課或網絡授課,實現了“講與演示”、“聽與練習”的結合。教師可以隨時將理論教學與實踐操作訓練穿行,實現了將知識與技能緊密聯系,增強了學生的直觀體驗,激發了學生的學習興趣,達到培養雙師型人才目的。
作業效率的定義是工程機械在單位時間內的作業量。提高作業效率往往會降低節能性。因此要比較節能性要在相同的作業效率下比較,這樣的結果才是可信的。由以上分析可知,節能不只是取決于功率傳遞的效率和功率供求兩方的動態匹配,還決定于不同功率流之間的有效配合,作業效率高低也會影響節能效果。
1.2以柴油機為例的工程機械功率流控制現狀
從能量轉換的定義上分析,工程機械的工作過程是不同能量形式相互轉換、傳遞和對外輸出功率的過程。想要分析工程機械的節能效果就要分析其功率流。對于使用柴油機當做動力源的工程機械,輸出的動力最終來自儲存在柴油中的化學能。柴油機將柴油的化學能轉換為機械能,以轉速和轉矩的形式表達出來。這是柴油機的基本能量轉換過程。目前采用的柴油機節能方法是全程調速或電控噴油等控制技術,這些技術能夠有效地改善柴油機工作性能,降低油耗。采用液壓泵吸取柴油機的機械能并將其轉變為液壓能,以流量和壓力的形式表現出來,一般采用恒定功率控制、壓力切斷、正流量控制等控制策略改善泵的工作性能。柴油機是能量的供方,而液壓泵是能量的需方,實際工作中對柴油機和液壓泵使用轉速感應控制或功率極限載荷控制等方法,以改變二者聯合工作時的高能耗現狀。而液壓泵與液壓閥是流量的供求雙方,其中液壓泵供給流量而液壓閥需求流量。具體工作過程是液壓閥吸取液壓泵輸出的液壓能,然后液壓系統的壓力和流量等被調節至合理值進而輸送給相應的執行機構。這個過程中大多使用變化流量控制方法以協調運轉多執行機構,有些情況也會使用LUDV技術從而減少并聯回路中負載變化對流量分配的影響。在這個系統中,液壓閥直接由操作者控制。因此,液壓泵和液壓閥是流量的供方和需方的關系。為了協調這種供需關系,大多使用負流量控制策略或負荷傳感控制策略。液壓閥輸出液壓進而被油缸或發動機吸收,并向外輸出機械能,機械能以力和位移或轉速和轉矩的形式表現。這些機械能中的一部分或全部對外界載荷做功,執行機構對外載荷的有效做功組成了有效功率。這就是柴油機工作過程中的功率流過程分析。由此可見,現在的元件效率控制技術、子系統功率控制技術和部件功率控制技術不能協調整機進行節能分析,只能在自己工作范圍內達到局部最優值。
2工程機械全局節能控制系統
2.1全局節能控制系統
全局節能對于加強機械工作性能,降低能耗具有重要意義。為了建立廣義節能定義下的全局節能控制系統,要將整機和外界負載作為研究對象,并將節能目標設定為傳統節能控制技術、多執行機構的協同控制以及作業效率,達到最優節能效果。為了方便對節能效果進行定量分析,可以定義全局節能指標如下:全局節能指標=對外有效功/(油耗×作業時間)=有效功率/油耗從以上定義式可以看出,全局節能指標指的是單位時間單位油耗的工況下機械對外輸出的有效功。這個定義考慮了傳統節能控制技術、多執行機構的協同控制以及作業效率三個方面的內容,能夠全面地評價工程機械能耗特性。全局節能目標的實現可以劃分為三個小目標,即協同作業目標,作業效率目標以及傳統節能目標。每個小目標還可以再往下細化為系統目標,部件目標和元件目標,對工程機械里面每個部件的協同作業情況,作業效率情況和能耗情況進行實時的控制,從而達到實現全局節能的效果。
2.2全電控系統電子節能控制技術
傳統的節能控制已經能夠達到局部最優,因此要想取得更大的節能成果只能突破傳統節能控制技術,可以從以下三個方面實現:①改變固定參數功率匹配方法,實現不同工況下的動態功率匹配;②使用作業模式識別技術,即在不同作業模式的動態功率分配系統;③以操控人員的操作意圖為出發點,建立不同操作模式的作業效率管理系統。以上目標的實現可以通過全電控節能控制技術和分布式節能控制技術來改善傳統節能控制效果。
2.2.1全電控節能控制技術
全電控節能控制技術的實現使用電控噴油柴油機和電比例液壓泵、電比例控制閥、電比例液壓發動機。在全電控的能量傳遞條件下能夠達到硬件功能的最小化的效果,增加硬件的通用化程度,達到更深入的感知和更全面的智能控制效果。因為電控系統中的控制功能和專用功能是由系統軟件實現的,所以在機械工作過程中根據實時工況和操作意圖在線調節控制參數,實現參數匹配柔性化,以獲取更好的、全面的、廣泛的節能效果。
2.2.2分布式節能控制技術
全電控節能控制技術雖然能夠實現對整機節能的控制,但是控制程序需要處理液壓系統的實時壓力信號,要求控制系統有很高的響應速度,目前技術水平仍然難以滿足對壓力信號實時處理的要求。為加快對機器運轉數據處理速度,可以開發基于總線的液壓泵控制器、液壓閥控制器和發動機控制器,也就是說每個控制器都連接了高速總線,加快處理速度。發動機控制器根據發動機的實時工況數據和用戶操作意圖改變發動機噴油多少,并將處理數據輸送到總線,同時從總線上收取其他控制器的控制命令;液壓泵控制器和液壓閥控制器也執行類似的操作?;诳偩€的分布式控制系統可以有效地增加控制信息的運算和傳送速度,滿足全電控節能控制系統對數據處理速度的要求。