【正文】 可運(yùn)行。所謂電傳線驅(qū)，是把鋼纜、杠桿等 機(jī)構(gòu)機(jī)械動(dòng)作改為通過(guò)電線 (Electrical Wire)傳輸?shù)碾娮有盘?hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng) (Electronic Throttle Control System)正是采用電驅(qū)控制，稱為電驅(qū)油門(ThrottlebyWire )。節(jié)氣門控制改成電驅(qū)后，當(dāng)腳掌踩下加速踏板時(shí)，其實(shí)是在傳送一個(gè)信號(hào)，傳送一個(gè)油門踩踏深淺與快慢的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)接收和解讀，然后根據(jù)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，再發(fā)出控制指令要節(jié)氣門快速或緩和開(kāi)啟它應(yīng)當(dāng)張開(kāi)的角度。在所找到的對(duì)節(jié)氣門的資料中，多是對(duì)電子節(jié)氣門運(yùn)動(dòng)的控制策略研究上 。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 4 2 系統(tǒng)建模 系統(tǒng)組成原理 系統(tǒng)硬件 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(duì)于給定電子節(jié)氣門體中，節(jié)氣門在電 機(jī)驅(qū)動(dòng)力、彈簧回復(fù)力及摩擦力 (粘性摩擦力和庫(kù)侖摩擦力 )作用下轉(zhuǎn)動(dòng) (其中減速齒輪傳動(dòng)系對(duì)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(fù)雜數(shù)學(xué)模型，本文不進(jìn)行深入探討了。傳感器數(shù)學(xué)模型如下 : ? ? ? ?ttVVVT PS 121 ?????? ???????????????? 公式（ 25） ?? ??twtwTP SVTP S 2112 ???? 公式（ 26） 電 位計(jì)輸出信號(hào) TPS 的電壓在 伏之間變化，而節(jié)氣門位置相應(yīng)在 0 90 度之間化。在θ θ 0 時(shí)，節(jié)氣門受到扭矩即為： ? ? 01011 ??? KKT ??? 公式 (27) 同理，當(dāng)轉(zhuǎn)角小于θ時(shí)，節(jié)氣門軸受到彈簧 K2 的作用而使節(jié)氣門回復(fù)向平衡位置，在回復(fù)到θ =θ o 時(shí)亦被平衡擋塊擋住，此時(shí)節(jié)氣門軸受到的扭矩為 K=K2θ o。 圖 28 靜摩擦和庫(kù)倫摩擦 圖 29 靜摩擦、庫(kù)倫摩擦和粘滯摩擦 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 8 盡管本系統(tǒng)中受到的摩擦力也十分復(fù)雜，為混合摩擦，根據(jù)其對(duì)系統(tǒng)的影響，對(duì) Stribeck 摩擦及摩擦力的時(shí)間依賴性不用作深入探討，在此加以 忽略。 其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 40005000 轉(zhuǎn) /秒，傳動(dòng)的減速比為 20:1。Ф (θ )為與節(jié)氣門角度、節(jié)氣門形狀、當(dāng)?shù)乩字Z數(shù)等有關(guān)的函數(shù)。1si nsi n1 00wKiRiRLiPwKwKKKiKJwwtrafdst????????????????????????? 公式 (216) 系統(tǒng)參數(shù) 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)值和變量值的獲得，一些可以測(cè)量，一些則需要試驗(yàn)和辨識(shí)計(jì)算。0 wKiRiR tra ????? 公式（ 217） 其中： ratRR wKui ?? 39。 Ks, K即彈簧扭矩系統(tǒng)通過(guò)節(jié)氣門轉(zhuǎn)角與其產(chǎn)生的扭矩即可確定。進(jìn)而可以計(jì)算出粘滯摩擦系數(shù) Kd。 數(shù)字 PID 控制參數(shù)的確定 在 PID 控制器設(shè)計(jì)中，三個(gè)基本參數(shù)的確定非常關(guān)鍵，這三個(gè)參數(shù)的作用是 : (1)比例控制 :是按比例反映系統(tǒng)實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)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(hào)和節(jié)氣門角位移信號(hào)，二者之間存在一個(gè)偏差 e(t)，系統(tǒng)根據(jù)偏差 e(t)，通過(guò) PID 控制算法調(diào)節(jié)占空比驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，從而實(shí)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(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至系統(tǒng)性能指標(biāo)滿足要求為止。直至系統(tǒng)有 良好的動(dòng)態(tài)性能，且靜差得到消除為止。 取 T 為采樣周期，設(shè) k為采樣序號(hào)， 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(diào)節(jié)器的輸出算式離散化為差分方程。 模糊 PID 控制仿真分析 傳統(tǒng) PID 控制和模糊 PID 控制效果進(jìn)行 仿真對(duì)比。由系統(tǒng)小開(kāi)度到大開(kāi)度階躍響應(yīng)試驗(yàn)可以看出， PID 控制所確定的參數(shù)在節(jié)氣門開(kāi)度大時(shí)控制效果較好，在節(jié)氣門開(kāi)度小時(shí)控制效果稍差。首先置 Td 為 0 逐步增大 Td，同時(shí)也反復(fù)改變 Kp 和 Ti三個(gè)參數(shù)反復(fù)調(diào)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(如為原值的 倍 )。為了減小單片機(jī)運(yùn)算量提高運(yùn)算速度，通常放大 2n整數(shù)倍的方法確定這些參數(shù)，在運(yùn)算中再除以 2n的整數(shù)倍。 (3)微分調(diào)節(jié) :微分調(diào)節(jié)具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)其趨勢(shì)，因此能在偏差還沒(méi)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(dòng)比有關(guān) 。 電源電壓 14v 電源內(nèi)阻 電機(jī)內(nèi)阻 電機(jī)電感 傳感器電壓 5V 傳動(dòng)比 20 對(duì)于其他的一些動(dòng)態(tài)參數(shù)，如節(jié)氣門轉(zhuǎn)角，直流電機(jī)電流可以通過(guò)傳感器測(cè)得，而像粘性 摩擦系數(shù)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 10 節(jié)氣門角速度等則可以通過(guò) PID 控制試驗(yàn)，并據(jù)己知的參數(shù)大致計(jì)算出來(lái)。由于本論文中進(jìn)行的是硬件仿 真試驗(yàn)，節(jié)氣門并沒(méi)有受到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣氣流的沖擊，所以在設(shè)計(jì)中和試驗(yàn)中都忽略了其影響。 空氣阻力矩主要是節(jié)氣門轉(zhuǎn)角、內(nèi)外壓強(qiáng)比的函數(shù)。它的的主要優(yōu)點(diǎn)有 :體積小，傳動(dòng)效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。 圖 27 節(jié)氣門彈簧扭矩 摩擦力分析 1866 年， Reynolds 在靜摩擦、庫(kù)侖摩擦模型的基礎(chǔ)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。 彈簧扭矩分析 彈簧作用示意見(jiàn)圖 24 所示，節(jié)氣門轉(zhuǎn)動(dòng)分別受到兩個(gè)扭矩彈簧單獨(dú)作用。電位計(jì)輸出信號(hào)與其相應(yīng)的位置成線性關(guān)系。 圖 24 節(jié)氣門體運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意 進(jìn)氣流量分析 據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程，得進(jìn)氣流量 : ?? /ACM? 公式（ 21） 假定比熱為定值，流動(dòng)過(guò)程可逆，根據(jù)能量守恒，又因?yàn)闅怏w流動(dòng)視可以為絕熱過(guò)程，由 C/2=△h=Cp△ T,則有 : kx VPVP 1100 ? 公式（ 22） 所以可以得出： 當(dāng)101 12 ??????? ?? KKKPP 時(shí)，為亞臨界流動(dòng)： ? ?? ?? ? 112co s141210110100212 1???????????????????????????????????????????????KPPKPPRTpDKMKKKKK???公式 (23) 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 6 當(dāng)101 12 ??????? ?? KKKPP 為超臨界流動(dòng)： ??? ? ? ?12 1002 12cos14 ????????? ????????? KKkkRTpDM ??? 公式 (24) 實(shí)際流量與理論流量的差異，可以由流量系數(shù)來(lái)補(bǔ)償。圖 22給出了第二代 ETCS控制示意 :加速踏板給出一個(gè)基本的節(jié)氣門轉(zhuǎn)角信號(hào)，節(jié)氣門體中反饋回節(jié)氣門位置信號(hào)及電機(jī)電流信號(hào)，其他傳感器送來(lái)各種工況信號(hào)，它們輸入發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元 (ECU)，經(jīng)過(guò)調(diào)整、補(bǔ)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)數(shù)學(xué)建模 節(jié)氣門體機(jī)構(gòu) 系統(tǒng)建模部分主要是針對(duì)電子節(jié)氣門體建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 5 圖 23 節(jié)氣門體示意 電子節(jié)氣門體的結(jié)構(gòu)示意如圖 23。 本文在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù) PID 控制 算法，設(shè)立了數(shù)字 PID控制器 。國(guó)內(nèi)企業(yè)中還沒(méi)有能夠進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)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(kāi)啟角度的大小決定了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣量，從而決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率 。隨電子技術(shù)的快速進(jìn)步，傳統(tǒng)機(jī)械控制、液壓控制技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)，都比不上電子控制快速與精準(zhǔn)，在配合上就會(huì)有些滯后，造成反應(yīng)不夠迅速與直接 。沒(méi)有機(jī)械磨耗問(wèn)題。 課題的提出及主要內(nèi)容 汽車工業(yè)作為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)之一，掌握先進(jìn)汽車電子控制技術(shù)，提高汽車性能勢(shì)在必行。 ETCS可同時(shí)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(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。 f 通 道 斷 面 θ 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 3 電子節(jié)氣門的優(yōu)點(diǎn) 電子節(jié)氣門控制的優(yōu)點(diǎn)可以概括為： (1)節(jié)氣門開(kāi)度的精確控制。 圖 13 節(jié)氣門流量特性 如果對(duì)節(jié)氣門開(kāi)啟角采用線性控制，當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)啟角度到一定大進(jìn)氣量時(shí)，再增大節(jié)氣門開(kāi)啟角度，汽油機(jī)發(fā)出功率將不再明顯增大，只有混合氣被加濃時(shí)，汽油機(jī)功率才增大，如此損失了燃油經(jīng)濟(jì)性。隨著節(jié)氣門逐漸開(kāi)大，進(jìn)氣通道面積增大，空氣進(jìn)入氣缸的進(jìn)氣量逐漸增大?？傻米畲蠊β?和凈化排氣且節(jié)約能源、降低排污。下坡時(shí)可以完全不噴油，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥處，混合氣經(jīng)過(guò)的路程短，因此反應(yīng)靈敏，減少了滯后現(xiàn)象，從而加速性能得到改善。 (2)動(dòng)力性強(qiáng)。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 11所示 圖 1 一 1 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖 影響汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能兩個(gè)主要因素是 :燃燒前點(diǎn)火時(shí)刻和可燃混合氣的空燃比。由于機(jī)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(duì)課題內(nèi)容的總結(jié)。并由此建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 ,最后進(jìn)行了系統(tǒng)辨識(shí)，得出了系統(tǒng)部分參數(shù)。 電子節(jié)氣門控制是汽車動(dòng)力控制系統(tǒng)中的一部分，它對(duì)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(dòng)機(jī)完全電控的一個(gè)非常重要的功能模塊。因此，系統(tǒng)需要復(fù)雜的控制算法保證兩路 PWM 信號(hào)的配合，以避免電機(jī)與電源短路，控制的靈活性降低，控制難度加大。 清華大學(xué)李雅博等人設(shè)計(jì)出了一種電子節(jié) 氣門控制系統(tǒng)。 2. 國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門的研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)近年來(lái)在捷達(dá)、寶來(lái)、波羅等轎車上廣泛采用了引進(jìn)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(dòng)機(jī) ECU接收各個(gè)傳感器采集到的信號(hào)，同時(shí)接收加速踏板模塊的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)微處理計(jì)算后輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電子節(jié)氣門。駕駛模式選擇 (正常模式，動(dòng)力模式，雪地模式 )。采用冗余設(shè)計(jì)(配備功能相同的兀件并相互檢測(cè)，防止信號(hào)及功能失誤產(chǎn)生故障 )和系統(tǒng)故障檢測(cè)與失效保護(hù)等。電子節(jié)氣門作為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣控制系統(tǒng)的下一代產(chǎn)品，國(guó)外的研究試驗(yàn)得到大力發(fā)展，并口趨成熟。節(jié)氣門中存在復(fù)位彈簧扭矩 , 摩擦力矩等非線性因素 ,并且長(zhǎng)期使用后節(jié)氣門參數(shù)會(huì)發(fā)生變化 , 所以節(jié)氣門是一個(gè)變參數(shù)的非線性系統(tǒng)。傳統(tǒng)機(jī)械式節(jié)氣門面臨著被電子節(jié)氣門所取代的趨勢(shì)。達(dá)到我們與其想要的結(jié)果。 2020 年 3 月 2 日 — 3 月 31 日，完成畢業(yè)論文雛形，并定期向指導(dǎo)教師匯報(bào)進(jìn)度，聽(tīng)取指導(dǎo)教師的意見(jiàn)和指導(dǎo)。 2020 年 12 月 5 日 — 2020 年 1 月 20 日，資料的 查閱、收集、整理，并撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告、外文資料翻譯。使之研究進(jìn)一步完善和理化。發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī) ECU 中，并采用一個(gè)單獨(dú)的微處理器監(jiān)測(cè) ETC 主要輸入信號(hào)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(jì) 70 年代， 80 年代開(kāi)始有產(chǎn)品問(wèn)世，近 10 年來(lái)，國(guó)外對(duì)電子節(jié)氣門的研究取得了非常 迅速的發(fā)展。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)研究 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱 2020 年 4 月 20 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 職稱 單 位 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容和要求： 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 利用 Protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路原理圖和印制電路板 PCB圖 論文一份 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要參考資料