【正文】 .................. 32 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 1 1 緒論 汽車電子技術(shù) 隨著汽車保有量的不斷增多，導(dǎo)致石油能源消耗的急劇 增加，引起能源枯竭，油價(jià)上揚(yáng) 。汽車電子控制技術(shù)開始于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制 。 (4)耗油量低，經(jīng)濟(jì)性好。 電子節(jié)氣門 節(jié)氣門特性 早期節(jié)氣門為了調(diào)節(jié)汽油機(jī)的充氣量，在化油器腔體上設(shè)置節(jié)流裝置，由杠桿、鋼絲拉線與油門踏板相連。可見氣門必須采取非線性控制。 (3)具有更高的可靠性。汽車上現(xiàn)有配備皆可簡(jiǎn)化，重量可減輕，對(duì)汽車設(shè)計(jì)、油耗表現(xiàn)都有正面功效。對(duì)進(jìn)氣量的精確控制即空燃比控制也決定了燃燒的好壞，即決定燃油經(jīng)濟(jì)性與排放性，因而節(jié)氣門的控制策略最為關(guān)鍵。其組成為 :直流電機(jī)、減速齒輪、節(jié)氣門位置傳感器、回位彈簧。 圖 25 踏板機(jī)構(gòu) 圖 26 節(jié)氣門位置傳感器示意圖 以節(jié)氣門位置傳感器為例，進(jìn)行傳感器模型設(shè)計(jì)。如圖 29 所示。節(jié)氣門開度越大，壓差越大，則產(chǎn)生的阻力矩也越大，可表示為 : ????PTp ?? 公式 (211) 其中，△ P 為節(jié)氣門內(nèi)外壓力差。 根據(jù)式 216，并忽略電感的影響，即令 L=0，則有 : 39。我們可以 根據(jù)已經(jīng)得到的參數(shù)，在節(jié)氣門運(yùn)動(dòng)的線性區(qū)域，進(jìn)行相同速度的恒速逆時(shí)針和正時(shí)針運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)庫侖摩擦力大小只與速度方向有關(guān)的特性，可以計(jì)算出庫侖摩擦系數(shù) Kd。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， PID 的控制對(duì)象是節(jié)氣門閥的開度。然后反復(fù)調(diào)整 Ti 和助，逐步減小 Ti。 模糊控制同 PID 控制算法相比，模糊控制在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)被控對(duì)象特性參數(shù)的變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，適合對(duì)難以建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行控制。 數(shù)字 PID 控制器設(shè)計(jì) 為便于計(jì)算機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)，將模擬 PID 算式離散化。 (1)首先只加入比例部分。為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，因此又稱為位置式 PID 控制算法。電機(jī)常數(shù) Kt 可通過策略電機(jī)的電流與其產(chǎn)生的扭矩之間的關(guān)系來確定，也可以通過測(cè)量電機(jī)的感受電動(dòng)勢(shì)來確定。 電機(jī)電路方程 圖 210 直流電機(jī)示意圖 節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁直流電機(jī)，其等效電路見圖 210，據(jù)基爾霍夫定律，建立方程 : 0????? ?’wKdtdiLiRiR tra 公式 (212) 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2020 屆畢業(yè)論文 9 其中wKwKKw ’’ ?? g2g1 模型建立 分析研究可知：節(jié)氣門軸上的總慣量為 J，總阻尼為 B，則 : ? ?? ?tpsgggm JJKKJKJJ sec221in t1 ???? 公式 (213) ? ? psgggm BKKBKBB 221in t21 ??? 公式 (214) 其中有 : ImsgtsgNNKNNKint1secint1?? 據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，在節(jié)氣門軸上建立方程為 : ? ? ? ?00 si n???? ?????? KKiKwJ st ?? ????? PKwK fd ???? sin 公式 (215) 因此系統(tǒng)總的數(shù)學(xué)模型為 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?39。所用的齒輪為塑料齒輪，具有重量輕，摩擦小等特點(diǎn)。 節(jié)氣門進(jìn)行逆針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)角θ大于平衡位置所在轉(zhuǎn)角 90 度時(shí)，節(jié)氣門軸受到彈簧 K 的作用， K使節(jié)氣門回復(fù)向平衡位置，而在轉(zhuǎn)角回復(fù)到θ =θ o 時(shí)節(jié)氣門軸上一活塊被平衡位置擋塊擋住，此時(shí)節(jié)氣門軸受到的扭矩為 K = K1θ o。但因?yàn)椴环€(wěn)定流動(dòng)的動(dòng)態(tài)模擬比較困難，刀一般是用穩(wěn)定流動(dòng)實(shí)驗(yàn)確定，并且產(chǎn)值變化范圍較大，從 到 ，所以測(cè)得值也并不很準(zhǔn)確，本森的研究表明，動(dòng)態(tài)流量系數(shù)比靜態(tài)流量系數(shù)要小一些。根據(jù)變結(jié)構(gòu)理論及滑?？刂评碚?，設(shè)計(jì)了變結(jié)構(gòu)滑模控制器。且鋼纜式控制機(jī)構(gòu)有機(jī)械磨耗問題，使用時(shí)間越久，控制就會(huì)越不精準(zhǔn)。電傳線驅(qū) ( DrivebyWire)理念己得到廣泛的重視、研發(fā)與應(yīng)用。在普通節(jié)氣門體上、節(jié)氣門的開度由加速踏板的踏下量來控制 。當(dāng)節(jié)氣門開啟到垂直位置時(shí)，通道面積到最大。 (5)減少污染。采用 EFI 后，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣可不必預(yù)熱，可吸入密度較大冷空氣，同時(shí)進(jìn)氣歧管阻力減小，所以充氣系數(shù)升高。至此，要使汽車的性能跟上時(shí)代的腳步，采用電子控制技術(shù)成為必然趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞 電子節(jié)氣門，電控系統(tǒng)，變結(jié)構(gòu)滑模，控制算法，硬件系統(tǒng) Abstract Auto electronic control has made rapid progress by more requirements of the society, pending tougher emission standards and the developments in electronics, and DrivebyWire is one of the most important technologies. ETCS (electronic throttle control system) is one part of the powertrain control system, it plays a very importantrole in powertxain control. This thesis firstly introduced the ETCS, then modeled and simulated its dynamics and electrics characters in Matlab/simulink/stateflow, and the model based embedded software code isgenerated, then test is curried out in the realtime workshop. The whole thesis consists of six sections. Riefly states the ETC technique developinghistory, features, the current application situation and products, and then points out the significance of the thesis and the main content of the research work. Analyzes the dynamics of each part of the throttle body, including pneumatics, spring torque, friction etc, and then deduces mathematical model of ETCS. And system identification is also done using the toolbox of Matlab. In the mechanical and electrical control system, the most universal controller is a PID controller, the parameters of PID controller is easy to set, in the longterm application has accumulated rich experience, is in continuous control system technology is mature, widely used as a controller. PID controller for analog PID controller and digital PID controller, the system uses a single chip control, the system used in the design of digital PID control algorithm. Again on the electronic throttle control system function analysis, the electronic throttle control system hardware circuit prises a control chip module, input module, output module and a munication module in detail, and the design of the magoresistive sensor based on the angular displacement measuring system. Finally on the subject content summary. Key Words: electronic throttle control。本文首先對(duì)電子節(jié)氣門系統(tǒng)進(jìn)行了全面的介紹，然后進(jìn)行了電子節(jié)氣門系統(tǒng)的建模、控制器設(shè)計(jì)和基于模型的系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制軟件生成，最后進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制試驗(yàn)。節(jié)氣門控制單兀沒有與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，節(jié)氣門的目標(biāo)位置由測(cè)試系統(tǒng)給定，只能用于試 驗(yàn)研究，與國(guó)外控制系統(tǒng)相比顯然有明顯的差距。但對(duì)十引進(jìn)的電子節(jié)氣門只是處十使用階段，對(duì)其核心技術(shù)知之甚少。對(duì)海拔高度地補(bǔ)償 。電 子節(jié)氣門在控制策略上由先前的線性控制到現(xiàn)在的非線性控制 。與傳統(tǒng)的機(jī)械式節(jié)氣門相比 ,電子節(jié)氣門取消了與油門踏板的剛性連接。 2020 年 4 月 1 日 — 4 月 20 日，根據(jù)《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》，完成論文終稿撰寫，整理相關(guān)表格資料。 四、研究方案： 1）利用中國(guó)知網(wǎng)、維普、萬方等數(shù)據(jù)庫完成與畢業(yè)論文題目相關(guān)內(nèi)容的論文檢索；利用圖書館的圖書資源查閱相關(guān)的理論內(nèi)容；充分的利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行資料的檢索收集； 2）查閱中英文資料，了解國(guó)內(nèi)外電子節(jié)氣門系統(tǒng)的研究與應(yīng)用概況、技術(shù)核心及應(yīng)用發(fā) 展情況； 3）查閱資料，掌握電子節(jié)氣門的機(jī)理和在實(shí)際使用過程中的利與弊； 4）確定基本方案； 5）可行性分析：對(duì)方案進(jìn)行可行性分析，并收集資料初步確定論文實(shí)施方案的種類； 6）論文初稿：根據(jù)所查詢的資料和確定的方案，撰寫論文； 7）初稿審定：在指導(dǎo)老師的幫助下仔細(xì)研究初稿，針對(duì)其中出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討研究，完善充實(shí)論文內(nèi)容。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(duì)加速踏板響應(yīng)的靈敏度 。發(fā)展趨勢(shì)可總結(jié)為：在控制策略上 由線性控制發(fā)展為非線性控制，由輔助電子節(jié)氣門發(fā)展為獨(dú)立的電子節(jié)氣門系統(tǒng)，電子節(jié)氣門在控制策略上由先前的線性控制到現(xiàn)在的非線性控制 。并改進(jìn)電子節(jié)氣 門，來產(chǎn)生最佳的操作以及穩(wěn)定性，減少冷車時(shí)廢氣排放量。 國(guó)外多家公司已對(duì)電子節(jié)氣門系統(tǒng)作了深入的研發(fā)，并口趨成熟。 三、研究?jī)?nèi)容： 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門的研究主要內(nèi)容是：明確汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門的工作原理和工作方式，并剖析電子節(jié)氣門的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)一步的完善電子節(jié)氣門。經(jīng)審閱合格后著手畢業(yè)論文的初稿撰寫。為了提高汽車行駛的動(dòng)力性、平穩(wěn)性、經(jīng)濟(jì)性并減少排 放污染 ,推出了各種控制良好的電子節(jié)氣門及其相應(yīng)電子控制系統(tǒng) ,組成電子節(jié)氣門控制系統(tǒng) (ETCS)。因此 , 尋找一種簡(jiǎn)潔高效的控制算法是開發(fā)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵。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。 電子節(jié)氣門位置傳感器電位計(jì)隨著節(jié)氣門閥頻繁運(yùn)動(dòng)，處在高溫振動(dòng)的工作環(huán)境中，其精 度可能會(huì)因?yàn)闄C(jī)械磨損下降。測(cè)試系統(tǒng)向節(jié)氣門控制器發(fā)送目標(biāo)開度值，控制節(jié)氣門完成動(dòng)作，同時(shí)記錄并分析實(shí)際控制效果。 ： [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(shì) [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(bào) (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(dòng)化 , 2020,(02) [4] 王仁義 . 奔馳 S500 冷車自動(dòng)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(guó)良 , 郭連 . 電子節(jié)氣門技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) [J]. 車用發(fā)動(dòng)機(jī) , 2020,(04) [9] 陶國(guó)良 , 郭連 , 劉昊 , 萬里軍 . 電子節(jié)氣門變結(jié)構(gòu)滑模控制及仿真與試驗(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