【正文】 ： [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(diǎn)及其優(yōu)勢 [J]. 汽車維修與保養(yǎng) , 2020,(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 ), 2020,(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(jì)算技術(shù)與自動化 , 2020,(02) [4] 王仁義 . 奔馳 S500冷車自動加速 [J]. 汽車維修技師 , 2020,(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 , 2020,(01) [7] 李雪飛 , 凌永成 . 基于 80C196KB 單片機(jī)汽車智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. 微計(jì)算機(jī)應(yīng)用 , 2020,(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(jī) , 2020,(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(yàn) [J]. 內(nèi)燃機(jī)工程 , 2020,(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 ), 2020,(05) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)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(jì)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(bǔ)償 。深入的研究電子節(jié)氣門的控制系統(tǒng)，利用 Protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路原理圖和印制電路板 PCB 圖。 五、進(jìn)度安排： 2020 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(jì)課題內(nèi)容的了解。 2020 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(jì)劃和論文方案。預(yù)計(jì)本論文課題在12020 字左右，給大家闡述汽車發(fā)動機(jī)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(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性。 1. 國外汽車發(fā)動機(jī)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(jī)的經(jīng)濟(jì)性、排放性及乘駕舒適性等多項(xiàng)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(xiàng)獨(dú)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(jī)管理系統(tǒng)，實(shí)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(jì)方面的研究。在該控制系統(tǒng)硬件電路中，需要單片機(jī)產(chǎn)生兩路 PWM 分別控制 MC33186 的 IN1 和 IN2，以分別控制電機(jī)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(yùn)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(jī)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(jì)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(jī)電子控制 發(fā)動機(jī)控制主要包括 :空燃比控制、點(diǎn)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?yàn)槠褪窃谝欢▔毫ο聡姵?，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(jī)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(jī)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(jī)動作迅速，可進(jìn)行反饋控制和補(bǔ)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 ) 系統(tǒng)原理 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng) ETCS (Electronic Throttle Control System)是發(fā)動機(jī)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(yùn)動機(jī)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(jī)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。 傳感器建模 踏板和節(jié)氣門位置傳感器都是兩個電位計(jì)，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(jì)。其中一傳感器信號 TPS，電壓隨角度增大而從 到 伏，而另一傳感器信號 TPS2 電壓則相反， 從 到中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 7 伏變化，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θ θ o 時，節(jié)氣門受到的扭矩為 : ? ? 02122 ??? KKT ??? 公式 (28) 令 Ks=K1=K2，則總的彈簧扭矩可以為： ? ? ? ?00 sin???? ???? KKT S 公式 (29) 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 : ? ?0,0,sin0,sin?????????wFFFFwFFFFFwwKwKFseeKxeeSKfdK 公式 (210) 齒輪傳動及齒隙影響 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。 進(jìn)氣 氣流的影響 空氣流經(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)。可采用函數(shù)擬合方法得到。系統(tǒng)中的一些重要參數(shù)，如節(jié)氣門直徑，節(jié)氣門平衡位置角度，電源電壓，電機(jī)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。 公式（ 218） 故得：wKw g? 由式 221，忽略進(jìn)氣流動的影響，有 : ? ? ? ? ??? ?JwKwKKKiKw fdst /si nsi n00 ???????? ???? 公式（ 219） 故：? ? ? ?00 sinsin ?? ????? fd KwKw 上式中運(yùn)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(jī)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(jì)算值 轉(zhuǎn)動慣量 J 2m? 彈簧系數(shù) *m/rad 彈簧扭矩補(bǔ)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 2020 屆畢業(yè)論文 11 3 ETC 系統(tǒng)控制策略的研究與實(shí)現(xiàn) 數(shù)字 PID 控制算法介紹 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 : ? ? 0111ueeTTdeTTeKu iiioj jii ??????? ??? ??? 公式（ 31） 數(shù)字 PID 控制算法按數(shù)值逼近原理近似計(jì)算，只要采樣周期 T 足夠小，就可以計(jì)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(shí)驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)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)。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 12 (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 ：?? ? ?jeTdtte kjt ?? ?? 00 ， ?? ??? ?? ?Tkekedttde 1/ ???， 于是，有： ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?????????????????? ??TkekeTTjeTkeKku DIkojp1 公式（ 32） 即 ： ?? ?? ?? ?? ? ?? ?10 ????? ?? kekeKjeKkeKku DkjIp 公式（ 33） 采用應(yīng)用廣泛的增量 PID算式，將公式（ 33）轉(zhuǎn)化可得： ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ?211110 ???????? ??? kekeKjeKkeKku DkjIp 公式（ 34） 將公式 33和公式 34相減并整理可得增量形式： ?? ??? ?1???? kukuku ??????? ?????????? ?2121 ?????????? kekekeKkeKkekeKku DIP 公式（ 35） 變形形式可為： ??? ? ? ?211 2 ??? ??????? kkkDkfkkp eeeKeKeeKku 公式（ 36） 或?qū)懗桑? ??????????211 210 ??????? keakeakeakuku 公式（ 37） 其中：?????? ??? TTTTKa DIP 10 ?????? ?? TTKa DP 211 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 13 TTKa DP?2， 設(shè)預(yù)期節(jié)氣門位置角度為 d?，實(shí)際節(jié)氣門位置角度為θ，則有偏差信號： ?? ?? ??kkke d ?? ??， 于是可得控制信號 ： u， ??? ? ????? ?kkakuku d ?????? 01 ?? ??? ? ????? ?2211 21 ????????? kkeakkeaku dd ???? 公式（ 38） 模糊 PID 控制算法仿真與實(shí)現(xiàn)方法研究 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(jī)驅(qū)動傳動機(jī)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(jī)數(shù)學(xué)模型選取具有兩個