【正文】 章小結(jié) ........................................................................................... 4 第 2 章 電子節(jié)氣門的結(jié)構(gòu)分析及工作原理 .............................................................5 電子節(jié)氣門系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 ...................................................... 5 電子節(jié)氣門體 ............................................................................... 6 加速踏板 ..................................................................................... 8 電控單元 ECU ............................................................................. 9 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的脈沖調(diào)制方式 ................................................................. 10 電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制功能 .............................................................. 10 本章小結(jié) ......................................................................................... 11 第 3 章 電子節(jié)氣門系統(tǒng)非線性分析及數(shù)學(xué)建模 ...................................................12 電子節(jié)氣門系統(tǒng)非線性分析 .............................................................. 12 復(fù)位彈簧的非線性 ...................................................................... 13 傳動(dòng)齒輪齒隙非線性 ................................................................... 13 目 錄 V 節(jié)氣門閥片運(yùn)動(dòng)中的非線性 ......................................................... 15 節(jié)氣門閥片氣流沖擊特性 ............................................................ 15 電子節(jié)氣門系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 .............................................................. 17 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ................................................................... 17 節(jié)氣門的數(shù)學(xué)模型 ...................................................................... 18 節(jié)氣門位置傳感器數(shù)學(xué)模型 ......................................................... 18 電子節(jié)氣門系統(tǒng)的物理參數(shù)標(biāo)定 ....................................................... 19 本章小結(jié) ......................................................................................... 20 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .......................................................................................21 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .................................................................................. 21 硬件電路設(shè)計(jì) .................................................................................. 21 控制單元 ECU 的設(shè)計(jì) ................................................................. 21 電源管理模塊的設(shè)計(jì) ................................................................... 23 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ................................................................... 24 本章小結(jié) ......................................................................................... 27 第 5 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................ 28 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................... 28 軟件的總體功能分析 ................................................................... 28 軟件子程序流程圖 ...................................................................... 29 串行通信系統(tǒng)的開發(fā) ........................................................................ 32 串行通信協(xié)議設(shè)計(jì) ...................................................................... 32 單片機(jī)串行通信子程序流程圖 ..................................................... 33 本章小結(jié) ......................................................................................... 34 結(jié) 論 .................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 36 致 謝 .................................................................................................... 37 附 錄 .................................................................................................... 38 目 錄 VI 系統(tǒng)原理圖 ..............................................................................................................38 第 1章 引 言 1 第 1 章 引 言 電子節(jié)氣門是發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中的重要部件，是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)全電控的基礎(chǔ)，現(xiàn)在已 經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)只是處于引進(jìn)使用階段，沒有深入的系統(tǒng)研究報(bào)道，可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，對(duì)國(guó)外的核心技術(shù)知之甚少。因此，吸收、借鑒國(guó)外先進(jìn)的控制經(jīng)驗(yàn)，深入研究電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作原理以及控制策略意義非常重大。 電子節(jié)氣門產(chǎn)生的背景 隨著汽車保有量的不斷增多，石油能源消耗急劇增加，汽車排放的大量尾氣引起溫室效應(yīng)，空氣污染也越來越多地為全世界所重視，因此美國(guó)、日本、歐洲等相繼制定了嚴(yán)厲的排放法規(guī)，并且交通事故日益增多。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)汽車性能也隨之提出更高的要 求。所以汽車采用電子控制技術(shù)成為必然的趨勢(shì)。近年電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)步，為汽車電子技術(shù)的發(fā)展提供了必要的條件，將電子控制和傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，使得汽車在環(huán)保、節(jié)能、安全、舒適等方面得到進(jìn)一步的提高 [1]。 影響汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能（如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放凈化性等）的兩個(gè)主要因素是：燃燒前的點(diǎn)火時(shí)刻和可燃混合氣的空燃比。汽車電子控制技術(shù)始于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制，隨后電控燃油噴射系 (ElectronicFuel Injection，簡(jiǎn)稱 EFI)以其精確的空燃比控制逐漸取代化油器，電控燃油噴射系 統(tǒng)相對(duì)于化油器的優(yōu)點(diǎn)如下： (1) 混合氣的各缸分配均勻性好。在多點(diǎn) 噴射系統(tǒng)中，由于每一氣缸都有一個(gè)噴油器，其噴油量是電子控制單元 (Electronic Control Unit， ECU)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷以及其他狀態(tài)的變化進(jìn)行精確控制 [2]，故能使燃油均勻地分配給各個(gè)氣缸； (2) 動(dòng)力性強(qiáng)。采用 EFI 后，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣可不必預(yù)熱，可吸入密度較大的冷空氣，同時(shí)進(jìn)氣歧管阻力減少，所以充氣系數(shù)提高。 (3) 加速性能好。由于汽油是直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門處，混合氣經(jīng)過的路第 1章 引 言 2 程短，反應(yīng)靈敏，因此減少了滯后現(xiàn)象，從 而加速性能得到改善。 (4) 耗油量低，經(jīng)濟(jì)性好。 EFI 系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢(shì)就是能實(shí)現(xiàn)空燃比的高精度控制，因?yàn)槠褪窃谝欢ǖ膲毫ο聡娚涞?，燃油霧化品質(zhì)好，且噴油量是精確控制的，混合氣的空燃比為最佳值且各缸分配均勻，下坡時(shí)又可以完全不噴油，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，所以可以降低燃油消耗量。 電子節(jié)氣門在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 20 世紀(jì) 70 年代后期，隨著線控驅(qū)動(dòng) (drivebywire)的理念就開始了 ETCS相關(guān)技術(shù)的研究工作。 20 世紀(jì) 80 年代開始有產(chǎn)品問世， Bosch（ 博世 ） 公司的ETC 產(chǎn)品在某些賽車上就有應(yīng)用。 1988 年，在寶馬 (BWM750iL)轎車上也開始裝置 ETCS。但由于其價(jià)格昂貴，技術(shù)和市場(chǎng)條件也不成熟，因而發(fā)展緩慢。直到 20 世紀(jì) 90 年代初，日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家一些汽車電子公司對(duì)其研究相繼加大了投入， ETC 產(chǎn)品市場(chǎng)開始活躍。 1995 年以后，德國(guó) Bosch（博世），Pierburg（ 皮爾博格 ） 等公司陸續(xù)推出第 1 代和第 2 代 ETC 產(chǎn)品，它們的發(fā)展趨勢(shì)都是全電子化。近年來， ETC 產(chǎn)品的發(fā)展更是如雨后春筍，各公司都不斷推陳出新。 Visteon 公司將節(jié)氣門體與燃油噴射及進(jìn)氣 歧管有機(jī)地結(jié)合在一起，成為下一代空燃比控制集成的典范，而 Bosch 和 Delphi 公司的產(chǎn)品在綜合控制與監(jiān)測(cè)性能上則為楷模。到 2020 年， ETC 產(chǎn)品開始大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)。 目前，產(chǎn)品一般都裝配到高中檔轎車、跑車及一些重型車發(fā)動(dòng)機(jī)上，如 Bosch公司為奔馳和寶馬等提供產(chǎn)品，豐田為凌志和蘇帕拉配置產(chǎn)品， Delphi 公司為一些運(yùn)動(dòng)車型及流行車型如 L 歐寶、雅特等推出第 2 代 ETC 系統(tǒng)產(chǎn)品。國(guó)外的寶馬、奔馳、奧迪、沃爾沃、福特以及凌志等系列轎車中已經(jīng)廣泛應(yīng)用 ETCS。 國(guó)內(nèi)對(duì) ETCS 研究尚處于起步階段。雖然一汽大眾、上海大眾、上海通用及廣州本田等公司生產(chǎn)的部分高級(jí)轎車上已經(jīng)配置了電子節(jié)氣門系統(tǒng)，但都屬國(guó)外引進(jìn)的技術(shù) ,其關(guān)鍵技術(shù)未能消化吸收，未能形成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第 1章 引 言 3 ETCS 產(chǎn)品?？上驳氖?，奇瑞公司在 2020 年開發(fā)了電子節(jié)氣門系統(tǒng)，用于旗云CVT 轎車上 [3]。另外，國(guó)內(nèi)部分高校近年來也對(duì) ETCS 開展了研究與技術(shù)探索，并取得了階段性成果。如清華大學(xué)研制的發(fā)動(dòng)機(jī)電控節(jié)氣門控制器，實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩控制，武漢理工大學(xué)進(jìn)行了基于 DSP 的電子油門控制的研制，重慶大學(xué)研究 出由高速開關(guān)閥控制的電液式節(jié)氣門執(zhí)行器。 電子節(jié)氣門存在的問題及未來的發(fā)展趨勢(shì) (1) 控制系統(tǒng)復(fù)雜，精確控制困難。 ETC 系統(tǒng)與 ASR、 CCS 及 VSC 等多種系統(tǒng)相連，需要控制的參數(shù)多，控制邏輯復(fù)雜。 (2) 在進(jìn)行多種控制功能集成時(shí)，控制系統(tǒng)之間需采用信息融