【正文】 作。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(Electronic Throttle Control System)正是采用電驅控制，稱為電驅油門(ThrottlebyWire )。節(jié)氣門控制改成電驅后，當腳掌踩下加速踏板時，其實是在傳送一個信號，傳送一個油門踩踏深淺與快慢的信號，這個信號會被發(fā)動機管理系統(tǒng)接收和解讀，然后根據(jù)信號進行相應調整，再發(fā)出控制指令要節(jié)氣門快速或緩和開啟它應當張開的角度。在所找到的對節(jié)氣門的資料中，多是對電子節(jié)氣門運動的控制策略研究上。中國地質大學長城學院2022屆畢業(yè)論文52系統(tǒng)建模通常電子節(jié)氣門系統(tǒng)主要硬件如圖21所示，包括踏板、節(jié)氣門體和控制器。對于給定電子節(jié)氣門體中，節(jié)氣門在電機驅動力、彈簧回復力及摩擦力(粘性摩擦力和庫侖摩擦力)作用下轉動( 其中減速齒輪傳動系對系統(tǒng)的影響不大)。有資料做了有效流通面積方面研究，涉及抽象復雜數(shù)學模型，本文不進行深入探討了。傳感器數(shù)學模型如下:中國地質大學長城學院2022屆畢業(yè)論文8 公式（25）??tVTPS121 ??????????????? 公式（26）twt212，而節(jié)氣門位置相應在0 90度之間化。在θθ0時，節(jié)氣門受到扭矩即為： 公式(27)??0101?KT???同理，當轉角小于θ時，節(jié)氣門軸受到彈簧K2 的作用而使節(jié)氣門回復向平衡位置，在回復到θ=θo時亦被平衡擋塊擋住，此時節(jié)氣門軸受到的扭矩為K=K2 θo。中國地質大學長城學院2022屆畢業(yè)論文9圖28靜摩擦和庫倫摩擦 圖29靜摩擦、庫倫摩擦和粘滯摩擦盡管本系統(tǒng)中受到的摩擦力也十分復雜，為混合摩擦，根據(jù)其對系統(tǒng)的影響，對Stribeck摩擦及摩擦力的時間依賴性不用作深入探討，在此加以忽略。其中驅動電機轉速為40005000 轉/秒，傳動的減速比為20:1。Ф( θ)為與節(jié)氣門角度、節(jié)氣門形狀、當?shù)乩字Z數(shù)等有關的函數(shù)。1 sinsin00wKiRLi wKiJwtra fdst?? ????? ?????系統(tǒng)數(shù)學模型中的參數(shù)值和變量值的獲得，一些可以測量，一些則需要試驗和辨識計算。0wKiRtra???其中： 公式（218）ratui?39。Ks, K即彈簧扭矩系統(tǒng)通過節(jié)氣門轉角與其產生的扭矩即可確定。進而可以計算出粘滯摩擦系數(shù)Kd 。在PID控制器設計中，三個基本參數(shù)的確定非常關鍵，這三個參數(shù)的作用是:中國地質大學長城學院2022屆畢業(yè)論文13(1)比例控制:是按比例反映系統(tǒng)實際值與目標值的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調節(jié)立即產生調節(jié)作用以減少偏差。系統(tǒng)周期地采集油門踏板角位移傳感器信號和節(jié)氣門角位移信號，二者之間存在一個偏差e(t)，系統(tǒng)根據(jù)偏差 e(t)，通過PID控制算法調節(jié)占空比驅動直流電機，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的精確程制。將比例系數(shù)Kp 由小變大，并觀察相應的系統(tǒng)響應，直至系統(tǒng)性能指標滿足要求為止。直至系統(tǒng)有良好的動態(tài)性能，且靜差得到消除為止。取T為采樣周期，設k為采樣序號，k=0, 1, 2,...j...k，用一階差分代替微分，累加代替積分，將模擬 PID調節(jié)器的輸出算式離散化為差分方程。傳統(tǒng)PID控制和模糊PID控制效果進行仿真對比。首先建立PID控制器仿真模型和模糊PID 控制器仿真模型。由以上研究可知道，理論上模糊PID比傳統(tǒng)PID 上升時間、調節(jié)時間和超調量都要小，使用參數(shù)自整定模糊PID控制節(jié)氣門性能有所改善。根據(jù)修改參數(shù)方式的不同，PID參數(shù)自組織模糊控制器分為兩種。λ大，隸屬函數(shù)的寬度寬，則模糊集合的分辨率低，控制靈敏度低，控制特性較緩慢。表31誤差e、誤差變化率ec隸屬函數(shù)賦值表e、ecU6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 0 0ZO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0NS 0 0 0 0 0 0 0 0 0NM 0 0 0 0 0 0 0 0EECNB 0 0 0 0 0 0 0 0 0選取△kp, △Ki, △Kd的模糊集合論域為[7,+7] ，則△沖、△Ki, △Kd的量化檔數(shù)分別為up=15, ui=15, ud=15。此KD 取值對系統(tǒng)影響較大，所以KD取值要大小適中，以保系統(tǒng)響應速度。直流電機等效電路如圖33所示。當誤差絕對值e較小時，為系統(tǒng)有良好穩(wěn)態(tài)性能，應取較大KP, KI。為了避免系統(tǒng)在初始時，由于誤差的瞬時增大可能出現(xiàn)微分飽和使控制作用超出允許范圍，此時取較小KD 。設計中選取語言變量E和EC的模糊集合論域為[6，+6] ，則E和EC的量化檔數(shù)分 M=13,N=13。對于PID部分來說，可以將節(jié)氣門開度的給定值(油門踏板角位移 )與實際轉角的測量值(節(jié)氣門角位移) 的偏差e, PID控制器的三個參數(shù)的增量值△kp, △Ki, △Kd作為輸入量，將PWM占空比作為輸出量。（其傳統(tǒng)PID控制與模糊PID控制仿真框圖和傳統(tǒng)PID與模糊 PID控制階躍響應曲線比較圖見附圖36和37）模糊PID控制系統(tǒng)原理如圖32所示。由于仿真系統(tǒng)采用的傳遞函數(shù)與實際控制系統(tǒng)之間存在差異，故不能使用實際控制系統(tǒng)所調PID參數(shù)作為仿真系統(tǒng)參數(shù)。Tm為機電時間常數(shù)。由系統(tǒng)小開度到大開度階躍響應試驗可以看出，PID 控制所確定的參數(shù)在節(jié)氣門開度大時控制效果較好，在節(jié)氣門開度小時控制效果稍差。首先置Td為0逐步增大Td，同時也反復改變Kp和Ti三個參數(shù)反復調整，最后得到一組滿意的參數(shù)。首先取較大的Ti值，略降低Kp() 。為了減小單片機運算量提高運算速度，通常放大2n整數(shù)倍的方法確定這些參數(shù)，在運算中再除以2n的整數(shù)倍。(3)微分調節(jié):微分調節(jié)具有預見性，能預見其趨勢，因此能在偏差還沒有形成之前，將其消除。上式中參數(shù)U。的比較難于獲得。它與這些部分的密度，幾何形狀及傳動比有關。電源電壓 14v電源內阻 電機內阻 電機電感 傳感器電壓 5V傳動比 20對于其他的一些動態(tài)參數(shù)，如節(jié)氣門轉角，直流電機電流可以通過傳感器測得，而像粘性摩擦系數(shù)，節(jié)氣門角速度等則可以通過PID控制試驗，并據(jù)己知的參數(shù)大致計算出來。由于本論文中進行的是硬件仿真試驗，節(jié)氣門并沒有受到發(fā)動機進氣氣流的沖擊，所以在設計中和試驗中都忽略了其影響?？諝庾枇刂饕枪?jié)氣門轉角、內外壓強比的函數(shù)。它的的主要優(yōu)點有:體積小，傳動效率高，工作可靠，壽命長，傳動比準確，結構緊湊。圖27節(jié)氣門彈簧扭矩1866年，Reynolds在靜摩擦、庫侖摩擦模型的基礎上引入粘滯摩擦的概念，從而形成了廣泛使用的“靜摩擦+Coulomb 摩擦+粘滯摩擦”的模型。彈簧作用示意見圖24所示，節(jié)氣門轉動分別受到兩個扭矩彈簧單獨作用。電位計輸出信號與其相應的位置成線性關系。圖24節(jié)氣門體運動結構示意據(jù)穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程，得進氣流量: 公式（21）??/ACM?假定比熱為定值，流動過程可逆，根據(jù)能量守恒，又因為氣體流動視可以為絕熱過程，由C/2=△h=Cp△T,則有: 公式（22）kxVP10所以可以得出：當 時，為亞臨界流動：1012?????????KP中國地質大學長城學院2022屆畢業(yè)論文7公式(23)????12cos1412 10102 ?????????????????????????????????? ??? KPPRTpDKM K???當 為超臨界流動：01??P 公式(24)????1202cos14??? ??????????????KkRTpD???實際流量與理論流量的差異，可以由流量系數(shù)來補償。圖22給出了第二代ETCS控制示意:加速踏板給出一個基本的節(jié)氣門轉角信號，節(jié)氣門體中反饋回節(jié)氣門位置信號及電機電流信號，其他傳感器送來各種工況信號，它們輸入發(fā)動機電控單元(ECU)，經(jīng)過調整、補償后，輸入節(jié)氣門控制處理器，圖22 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)系統(tǒng)建模部分主要是針對電子節(jié)氣門體建立相應數(shù)學模型中國地質大學長城學院2022屆畢業(yè)論文6圖23節(jié)氣門體示意電子節(jié)氣門體的結構示意如圖23。本文在前人研究的基礎上，根據(jù)PID控制算法，設立了數(shù)字PID控制器。國內企業(yè)中還沒有能夠進行產品生產的能力，在這方面的研究工作也尚屬起步階段，由于節(jié)氣門開啟角度的大小決定了進入發(fā)動機進氣歧管的進氣量，從而決定了發(fā)動機的輸出功率。隨電子技術的快速進步，傳統(tǒng)機械控制、液壓控制技術相對來說，都比不上電子控制快速與精準，在配合上就會有些滯后，造成反應不夠迅速與直接。沒有機械磨耗問題。汽車工業(yè)作為我國重點發(fā)展支柱產業(yè)之一，掌握先進汽車電子控制技術，提高汽車性能勢在必行。ETCS可同時控制怠速控制系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)和車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)，使車輛結構大大簡化。中國地質大學長城學院2022屆畢業(yè)論文3電子節(jié)氣門控制的優(yōu)點可以概括為：(1)節(jié)氣門開度的精確控制。f通道斷面θ圖13節(jié)氣門流量特性如果對節(jié)氣門開啟角采用線性控制，當節(jié)氣門開啟角度到一定大進氣量時，再增大節(jié)氣門開啟角度，汽油機發(fā)出功率將不再明顯增大，只有混合氣被加濃時，汽油機功率才增大，如此損失了燃油經(jīng)濟性。隨著節(jié)氣門逐漸開大，進氣通道面積增大，空氣進入氣缸的進氣量逐漸增大?？傻米畲蠊β屎蛢艋艢馇夜?jié)約能源、降低排污。下坡時可以完全不噴油，發(fā)動機對空氣壓縮，所以降低燃油消耗量了。由于汽油是直接噴射到發(fā)動機進氣閥處，混合氣經(jīng)過的路程短，因此反應靈敏，減少了滯后現(xiàn)象，從而加速性能得到改善。(2)動力性強。其系統(tǒng)構成如圖11所示怠速電機空 氣 流 量 計發(fā)動機轉速傳感器霍爾式凸輪位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器水 溫 傳 感 器怠速節(jié)氣門電位計怠 速 開 關進氣溫度傳感器氧化器應加熱器活性碳繼電磁閥點火線及電子點火器噴 灑 器汽油泵汽油泵繼電器爆 震 傳 感 器氧 傳 感 器ECU傳感器 控制單元 執(zhí)行元件圖1一1發(fā)動機電子控制系統(tǒng)構成框圖影響汽車發(fā)動機性能兩個主要因素是:燃燒前點火時刻和可燃混合氣的空燃比。由于機械控制系統(tǒng)特性限制，使用傳統(tǒng)辦法已經(jīng)不能使汽車性能得到明顯的改善和提高。 Control Strategy。最后是對課題內容的總結。并由此建立系統(tǒng)的數(shù)學模型,最后進行了系統(tǒng)辨識，得出了系統(tǒng)部分參數(shù)。電子節(jié)氣門控制是汽車動力控制系統(tǒng)中的一部分，它對于汽車的功率和駕駛控制有著非常重要的作用。因此，電子節(jié)氣門己成為汽車發(fā)動機完全電控的一個非常重要的功能模塊。因此，系統(tǒng)需要復雜的控制算法保證兩路PWM信號的配合，以避免電機與電源短路，控制的靈活性降低，控制難度加大。清華大學李雅博等人設計出了一種電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)。2. 國內汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門的研究現(xiàn)狀國內近年來在捷達、寶來、波羅等轎車上廣泛采用了引進的電子節(jié)氣門。該系統(tǒng)集成了電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，發(fā)動機ECU接收各個傳感器采集到的信號，同時接收加速踏板模塊的輸入信號，經(jīng)過微處理計算后輸出控制信號驅動電子節(jié)氣門。駕駛模式選擇(正常模式，動力模式，雪地模式)。采用冗余設計(配備功能相同的兀件并相互檢測，防止信號及功能失誤產生故障)和系統(tǒng)故障檢測與失效保護等。電子節(jié)氣門作為發(fā)動機進氣控制系統(tǒng)的下一代產品，國外的研究試驗得到大力發(fā)展，并口趨成熟。節(jié)氣門中存在復位彈簧扭矩, 摩擦力矩等非線性因素,并且長期使用后節(jié)氣門參數(shù)會發(fā)生變化, 所以節(jié)氣門是一個變參數(shù)的非線性系統(tǒng)。傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門面臨著被電子節(jié)氣門所取代的趨勢。達到我們與其想要的結果。2022年3月2日—3月31日，完成畢業(yè)論文雛形，并定期向指導教師匯報進度，聽取指導教師的意見和指導。2022年12月5日—2022年1月20日，資料的查閱、收集、整理，并撰寫文獻綜述、開題報告、外文資料翻譯。使之研究進一步完善和理化。 發(fā)動機最高轉速及車速控制等。與第一代系統(tǒng)不同，第二代ETC的處理器集成十發(fā)動機ECU中，并采用一個單獨的微處理器監(jiān)測ETC 主要輸入信號及主ECU是否正常工作。集成了多種控制功能。二、汽車電子節(jié)氣門的研究現(xiàn)狀：電子節(jié)氣門的研究工作起源于20世紀70年代，80年代開始有產品問世，近10年來，國外對電子節(jié)氣門的研究取得了非常 迅速的發(fā)展。中 國 地 質 大 學汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)研究 系 別 工程技術系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 學 號 指 導 教 師 職 稱 2022年 4月 20日中國地質大學長城學院畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名 學號 班 級指導教師 職稱 單 位畢業(yè)設計（論