【正文】 文）題目 汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)研究畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容和要求： 汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)設(shè)計 利用Protel設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖和印制電路板PCB圖 論文一份畢業(yè)設(shè)計（論文）主要參考資料：[1] Mike Dale , 韓建保 , 楊訓(xùn)敏. 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點及其優(yōu)勢 [J]. 汽車維修與保養(yǎng), 2022,(04) [2] 杜開明, 秦大同, 劉振軍, 姜鳳翔, 丁銳. 電子節(jié)氣門仿真控制[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2022,(04) [3] 陳華, 王耀南, 孫煒 , 楊輝前. 基于模糊高斯基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子節(jié)氣門控制[J]. 計算技術(shù)與自動化, 2022,(02) [4] 王仁義. 奔馳S500冷車自動加速[J]. 汽車維修技師, 2022,(04) [5] 張漢斌 , 張榮兵. 奔馳S600電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)故障排除[J]. 汽車與配件, 1999,(45) [6] 陳華, 王耀南, 夏陽, 楊輝前. 基于自整定模糊PID的電子節(jié)氣門控制[J]. 儀器儀表用戶, 2022,(01) [7] 李雪飛, 凌永成. 基于80C196KB單片機汽車智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 微計算機應(yīng)用, 2022,(01) [8] 陶國良, 郭連. 電子節(jié)氣門技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 車用發(fā)動機, 2022,(04) [9] 陶國良, 郭連, 劉昊, 萬里軍. 電子節(jié)氣門變結(jié)構(gòu)滑?？刂萍胺抡媾c試驗[J]. 內(nèi)燃機工程, 2022,(03) [10] 尹葉丹, 程昌銀, 全書海. 基于DSP的電子節(jié)氣門控制器的研制[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(信息與管理工程版), 2022,(05) 畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的主要工作： 閱讀中英文文獻(xiàn)資料，熟練掌握Protel制圖軟件，繪制控制系統(tǒng)電路原理圖及PCB圖，用C51編程。研究意義：汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門具有更高的可靠性，電子節(jié)氣門可以更好的控制進(jìn)氣，達(dá)到減少排放減少能源消耗等作用，在相同的能源下達(dá)到最佳的動力效果，并且電子節(jié)氣門系統(tǒng)可以分析駕駛者的動作及解析其意圖，來產(chǎn)生最佳的操控及穩(wěn)定性，減少冷車市的廢氣排放，給你更舒適的駕駛感覺。從單一的控制功能發(fā)展到集成多種控制功能，兼顧提高動力性、經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性、排放性和乘坐舒適性。比如德國Bosch，Pierburg，美國Delphi， Visteon，日本 Toyota，Hitachi，Denso，意大利 Marelli等已推出系列化產(chǎn)品應(yīng)用于各種品牌的中高檔轎車。對海拔高度地補償。深入的研究電子節(jié)氣門的控制系統(tǒng)，利用Protel設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖和印制電路板PCB圖。五、進(jìn)度安排：2022年12月初，進(jìn)行論文的準(zhǔn)備工作，在老師的指導(dǎo)下加深對論文所設(shè)計課題內(nèi)容的了解。2022年1月21日—3月1日，對電子節(jié)氣門的研究，在假期內(nèi)利用電子郵件等方式與指導(dǎo)教師溝通，修改計劃和論文方案。預(yù)計本論文課題在12022字左右，給大家闡述汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門系統(tǒng)的介紹和對系統(tǒng)較全面的分析與建模。由于ETCS的優(yōu)越性, 世界上越來越多的大型汽車制造公司開始采用ETCS。采用電子節(jié)氣門能有效提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。1. 國外汽車發(fā)動機電子節(jié)氣門的研究現(xiàn)狀 電子節(jié)氣門在國外發(fā)展較早，已有20多年的歷史，產(chǎn)品已大規(guī)模投入市場。從先前為單一提高駕駛性能到現(xiàn)在為提高發(fā)動機的經(jīng)濟性、排放性及乘駕舒適性等多項綜合性能，集成了多種控制功能。第二代電子節(jié)氣門集成了幾項獨特的駕駛性能，如改變車輛對加速踏板響應(yīng)的靈敏度。Bosch推出了新的發(fā)動機管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了基十轉(zhuǎn)矩控制的控制策略。英飛凌(Infineon)開發(fā)出了一種電子節(jié)氣門，采用非接觸型節(jié)氣門位置傳感器，并進(jìn)一步將節(jié)氣門驅(qū)動芯片華成干節(jié)氣門體內(nèi)。目前清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等幾家單位進(jìn)行過控制系統(tǒng)設(shè)計方面的研究。在該控制系統(tǒng)硬件電路中，需要單片機產(chǎn)生兩路PWM分別控制MC33186的IN1和IN2，以分別控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。另一方面，通過它對汽車動力系統(tǒng)的功率控制來提升駕駛性能，比如安全、平順性等。電傳線驅(qū)技術(shù)則是其最主要的方向之一。其次在研究節(jié)氣門體結(jié)中得到其圖形模型，分析了節(jié)氣門體中各運動部分的特性，包括進(jìn)氣流量、傳感器模型、彈簧扭矩模型、摩擦力分析及其模型、齒隙沖擊分析、進(jìn)氣擾動對扭矩的影響，電機電樞電路模型。再次對電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的功能分析，對電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的硬件電路包括控制芯片模塊、輸入模塊、輸出模塊和通信模塊進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并設(shè)計了基于磁阻傳感器的角位移測量系統(tǒng)。 variable structure slidingmode control。汽車制造商不得不改進(jìn)制造技術(shù)，開發(fā)新材料等，來減緩這些問題。發(fā)動機控制主要包括:空燃比控制、點火正時控制、廢氣再循環(huán)控制、怠速控制、爆震控制、冷起動和加速加濃控制、自診斷功能等。系統(tǒng)設(shè)有冷起動噴油器，故可改善低溫起動性能。(3)加速性能好。因為汽油是在一定壓力下噴出，燃油霧化品質(zhì)好，且噴油量是精確控制的，混合氣空燃比為最佳值且各缸分配均勻。(6)整個系統(tǒng)體積小，安裝靈活方便。從化油器到電噴系統(tǒng)得描述如下:當(dāng)節(jié)氣門在關(guān)閉狀態(tài)時，進(jìn)氣腔道不通，發(fā)動機不進(jìn)氣，也不工作。在節(jié)氣門開啟的過程中，通道面積和節(jié)氣門開啟的角度之間為非線性關(guān)系，如圖13所示。節(jié)氣門部分開啟時(以節(jié)流狀態(tài)工作)，由于蝶形閥阻抗特性，混合氣有較大的偏流現(xiàn)象，這將造成多缸汽油機各缸混合氣分配不均，工作程度不同，這是化油器供油系統(tǒng)被取代的重要原因。(2)汽車整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化。有的ETCS則提供了一個雙重操縱系統(tǒng)，在此情況下系統(tǒng)可被切斷，仍由加速踏板緩慢操縱汽車行駛。采用電驅(qū)控制，信號傳輸精準(zhǔn)，電機動作迅速，可進(jìn)行反饋控制和補償。老式汽車節(jié)氣門控制，是在踏下加速踏板之后，經(jīng)由連桿拉動鋼纜而控制節(jié)流閥，腳踩得愈深，鋼纜拉動的幅度愈大，節(jié)氣門開啟的角度也就愈大，進(jìn)氣愈多、噴油量也就跟著增多，加速就會增快。國外對電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(ETCS)研究已有二十來年歷史，制造商產(chǎn)品己開始大規(guī)模投入市場，已經(jīng)推出了新一代的電子節(jié)氣門產(chǎn)品。根據(jù)不同的控制理論及算法，得到了不同的控制方法。圖21電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)硬件1一加速踏板2一節(jié)氣門體3一控制器(接口及控制芯片)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)ETCS (Electronic Throttle Control System)是發(fā)動機管理系統(tǒng)(Engine Management System)中的一部分，負(fù)責(zé)進(jìn)氣控制。為便于分析運動機構(gòu)，將系統(tǒng)各部分簡化，可得如圖24 所示模型:節(jié)氣門在轉(zhuǎn)動過程中，受到彈簧回位轉(zhuǎn)矩、阻尼力矩、粘性摩擦力矩、電機驅(qū)動力矩及進(jìn)氣擾流產(chǎn)生的不平衡力矩的作用，存在不確定非線性因素的影響。踏板和節(jié)氣門位置傳感器都是兩個電位計，如圖25，圖26所示，采用兩個是出于安全可靠性而進(jìn)行的冗余設(shè)計。其中一傳感器信號TPS，電壓隨角度增大而從 ，而另一傳感器信號TPS2 電壓則相反，但任何時候，兩者之和總等于傳感器加載電壓5伏，這就便于兩傳感器信號之間的相互監(jiān)測。在θθo時，節(jié)氣門受到的扭矩為: 公式(28)??0212令Ks=K1=K2，則總的彈簧扭矩可以為： 公式(29)00sin??????KTS彈簧扭矩用曲線表示，如圖27在越過平衡位置時，彈簧扭矩具有突變性，如圖所示。采用經(jīng)典的“靜摩擦+庫侖摩擦+粘滯摩擦”模型，可得: 公式(210)??0,sin,i??????wFKseKxSfd節(jié)氣門體中的動力傳動采用閉式齒輪傳動，齒輪和軸承完全封閉在箱體內(nèi)，能保證良好的潤滑和較好的嚙合精度?？諝饬鹘?jīng)節(jié)氣門時，由于其結(jié)構(gòu)的不對稱，使得節(jié)氣門葉片兩邊的壓力分布不同，從而產(chǎn)生不平衡力矩，其大小與節(jié)氣門形狀、開啟角度及壓差有關(guān)?？刹捎煤瘮?shù)擬合方法得到。系統(tǒng)中中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文11的一些重要參數(shù)，如節(jié)氣門直徑，節(jié)氣門平衡位置角度，電源電壓，電機電阻和電感等，其靜態(tài)值可以直接測量，測量值如下:表21靜態(tài)值測量數(shù)據(jù)參數(shù) 測量值節(jié)氣門直徑 60mm平衡位置角度 14176。故得： wKg?由式221，忽略進(jìn)氣流動的影響，有 : 公式（219）??????JwKKi fdst /sinsin00 ??? ??故： 0sn??fd上式中運動系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動慣量J包括節(jié)氣門，齒輪傳動部分，和電機的轉(zhuǎn)動慣量。庫侖摩擦系數(shù)Kf 和粘滯摩擦系數(shù)Kd。結(jié)合資料可知有以下數(shù)據(jù)：表22系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)表系統(tǒng)參數(shù) 計算值轉(zhuǎn)動慣量J 2m?彈簧系數(shù) *m/rad彈簧扭矩補償系數(shù) *m庫倫抹茶系數(shù) *m粘性抹茶系數(shù) *m*s/rad電極常數(shù) *m/A中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文123 ETC系統(tǒng)控制策略的研究與實現(xiàn)PID控制系統(tǒng)原理如圖31所示圖31 PID控制系統(tǒng)原理框圖在采樣時刻t=iT，可得數(shù)字PID控制算法如下: 公式（31）??011 ueTdeKuiiojii ????????????數(shù)字PID控制算法按數(shù)值逼近原理近似計算，只要采樣周期T足夠小，就可以計算得相當(dāng)精確，使被控過程與連續(xù)過程十分地接近。(2)積分調(diào)節(jié):是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無誤差度。PID的三個基本參數(shù)Kp, Ti, Td在工程上一般通過湊試法或通過實驗及經(jīng)驗公式來確定。(2)若靜差不能滿足要求，需要加入積分環(huán)節(jié)。(3)若經(jīng)反復(fù)調(diào)整，系統(tǒng)動態(tài)過程仍不滿意，可加入微分環(huán)節(jié)。因采樣周期T 相對于信號變化周期是很小的，可令:u(t)≈u(k) , e(t)≈e(k) ,固有： ， ，于是，有：????jedtekjt????00 ????Tkedt1/?? 公式（32）?????????????? ?????TkeTjkeKuDIojp 1即： 公式（33）????????10?keKjekeDkjIp采用應(yīng)用廣泛的增量PID算式，將公式（33）轉(zhuǎn)化可得： 公式（34）??????????21110 ???????kejekeKkuDkjIp將公式33和公式34相減并整理可得增量形式：中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文14????1???kuk 公式（35）????????221?????? keeKekKuDIP變形形式可為： 公式（36）???211 ?? kkkfkp或?qū)懗桑? 公式（37）??210???eaeau其中： ????????TKaDIP10P21，TaD?2設(shè)預(yù)期節(jié)氣門位置角度為 ，實際節(jié)氣門位置角度為θ，則有偏差信號：d?，于是可得控制信號： ，????kked????ku??aud???01 公式（38）????????212??keakekd?? PID控制與模糊控制的比較由于電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的電機驅(qū)動傳動機構(gòu)和節(jié)氣門閥回位彈簧導(dǎo)致的系統(tǒng)非線性，使得PID控制算法不能完全滿足電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制需求。節(jié)氣門體直流電機數(shù)學(xué)模型選取具有兩個慣性環(huán)節(jié)的實用直流電機模型，電壓與轉(zhuǎn)速的傳遞函數(shù)為: 公式(39)??1/2??STCSWmde中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文15其中，Ce為反電動勢系數(shù)。建立PID 控制器模型、模糊控制器模型和模糊PID 控制器仿真模型。在仿真的基礎(chǔ)上本課題對模糊PID實現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。(1)模糊PID 控制器輸入輸出量的選取根據(jù)節(jié)氣門體總成的組成結(jié)構(gòu)可知，節(jié)氣門閥的開度和轉(zhuǎn)動的速度反映了節(jié)氣門執(zhí)行器運動的全部特征信息，因此選取節(jié)氣門開度的給定值(油門踏板角位移 )與實際轉(zhuǎn)角的測量值(節(jié)氣門角位移)的偏差e及其變化率 ec作為模糊控制器的輸入變量，其輸出變量分別為 PID控制器的三個參數(shù)的增量值△kp, △Ki, △Kd。 λ大，隸屬函數(shù)的寬度小時，模糊集合分辨率越高，控制靈敏度也越高。 經(jīng)過計算PID部分三個參數(shù)增量△kp, △ Ki, △Kd的隸屬函數(shù)，我們可知△kp, △Ki, △Kd隸屬函數(shù)賦值表如表32所示表32 △kp, △Ki, △Kd隸屬函數(shù)賦值表△kp, △Ki, △Kdu7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0PS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0ZO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0NS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0NM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0△kp, △Ki, △KdNB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文17(3)控制規(guī)則的建立系統(tǒng)在不同誤差和誤差變化率時，PID參數(shù)整定規(guī)律如下:當(dāng)誤差絕對值e較大時，為加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大KP。增加積分對控制作用，KI 取值要適當(dāng)。圖33電機等效電路等效電路中電流與電壓的關(guān)系根據(jù)基爾霍夫定律可表示為: 公