【正文】 期應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛的一種控制器。汽車電子控制技術(shù)開始于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制。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。(3)具有更高的可靠性。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。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)。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: 公式(211)????PTp??其中，△P為節(jié)氣門內(nèi)外壓力差。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(kù)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(kù)侖摩擦系數(shù)Kd。然后反復(fù)調(diào)整Ti和助，逐步減小 Ti。 仿真參數(shù)和結(jié)果只能對(duì)PID控制和模糊PID控制的比較作理論說(shuō)明。當(dāng)誤差絕對(duì)值e適中時(shí)，使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，應(yīng)取稍小KP。經(jīng)計(jì)算洗取誤莽 e、誤籌奪律率ec 隸屬函數(shù)可知，誤差e、誤差變化率ec隸屬函數(shù)賦值表如表31所示。Td為電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)。(1)首先只加入比例部分。 電機(jī)常數(shù)Kt可通過(guò)策略電機(jī)的電流與其產(chǎn)生的扭矩之間的關(guān)系來(lái)確定，也可以通過(guò)測(cè)量電機(jī)的感受電動(dòng)勢(shì)來(lái)確定。所用的齒輪為塑料齒輪，具有重量輕，摩擦小等特點(diǎn)。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，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。且鋼纜式控制機(jī)構(gòu)有機(jī)械磨耗問(wèn)題，使用時(shí)間越久，控制就會(huì)越不精準(zhǔn)。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(lái)控制。(5)減少污染。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)。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)。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。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。2022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。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。并改進(jìn)電子節(jié)氣門，來(lái)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。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。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)。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。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。PID控制器分為模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器，由于系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制，本文在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用數(shù)字PID控制算法。電控燃油噴射系統(tǒng)(EFI)以其精確空燃比控制逐漸取代化油器，電控燃油噴射中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文2系統(tǒng)相對(duì)于化油器優(yōu)點(diǎn)如下：(1)易于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)且起動(dòng)時(shí)間短。常見為蝶形閥門，又稱節(jié)氣門。ETCS為確保車輛行駛的可靠性，節(jié)氣門平衡位置處于一個(gè)微小開度，當(dāng)ETCS出現(xiàn)異?；虿荒芄ぷ鲿r(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍可運(yùn)行。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。傳感器數(shù)學(xué)模型如下:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)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(yīng)在0 90度之間化。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)。進(jìn)而可以計(jì)算出粘滯摩擦系數(shù)Kd 。直至系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)性能，且靜差得到消除為止。由以上研究可知道，理論上模糊PID比傳統(tǒng)PID 上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)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。此KD 取值對(duì)系統(tǒng)影響較大，所以KD取值要大小適中，以保系統(tǒng)響應(yīng)速度。設(shè)計(jì)中選取語(yǔ)言變量E和EC的模糊集合論域?yàn)閇6，+6] ，則E和EC的量化檔數(shù)分 M=13,N=13。Tm為機(jī)電時(shí)間常數(shù)。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。它與這些部分的密度，幾何形狀及傳動(dòng)比有關(guān)。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24節(jié)氣門體運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程，得進(jìn)氣流量: 公式（21）??/ACM?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: 公式（22）kxVP10所以可以得出：當(dāng) 時(shí)，為亞臨界流動(dòng)：1012?????????KP中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文7公式(23)????12cos1412 10102 ?????????????????????????????????? ??? KPPRTpDKM K???當(dāng) 為超臨界流動(dòng)：01??P 公式(24)????1202cos14??? ??????????????KkRTpD???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。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。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文3電子節(jié)氣門控制的優(yōu)點(diǎn)可以概括為：(1)節(jié)氣門開度的精確控制。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。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。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。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。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(dǎo)教師匯報(bào)進(jìn)度，聽取指導(dǎo)教師的意見和指導(dǎo)。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。研究意義：汽車發(fā)動(dòng)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(dòng)力效果，并且電子節(jié)氣門系統(tǒng)可以分析駕駛者的動(dòng)作及解析其意圖，來(lái)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(jué)。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。由于ETCS的優(yōu)越性, 世界上越來(lái)越多的大型汽車制造公司開始采用ETCS。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。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)。再次對(duì)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的功能分析，對(duì)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(cè)量系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)有冷起動(dòng)噴油器，故可改善低溫起動(dòng)性能。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(shí)，進(jìn)氣腔道不通，發(fā)動(dòng)機(jī)不進(jìn)氣，也不工作。有的ETCS則提供了一個(gè)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。根據(jù)不同的控制理論及算法，得到了不同的控制方法。其中一傳感器信號(hào)TPS，電壓隨角度增大而從 ，而另一傳感器信號(hào)TPS2 電壓則相反，但任何時(shí)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(hào)之間的相互監(jiān)測(cè)?？刹捎煤瘮?shù)擬合方法得到。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(dòng)慣量J 2m?彈簧系數(shù) *m/rad彈簧扭矩補(bǔ)償系數(shù) *m庫(kù)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(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)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(shí)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(shí)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(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(guò)程與連續(xù)過(guò)程十分地接近。(3)若經(jīng)反復(fù)調(diào)整，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程仍不滿意，可加入微分環(huán)節(jié)。在仿真的基礎(chǔ)上本課題對(duì)模糊PID實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。增加積分對(duì)控制作用，KI 取值要適當(dāng)。 λ大，隸屬函數(shù)的寬度小時(shí)，模糊集合分辨率越高，控制靈敏度也越高。節(jié)氣門體直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型選取具有兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的實(shí)用直流電機(jī)模型，電壓與轉(zhuǎn)速的傳遞函數(shù)為: 公式(39)??1/2??STCSWmde中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文15其中，Ce為反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。PID的三個(gè)基本參數(shù)Kp, Ti, Td在工程上一般通過(guò)湊試法或通過(guò)實(shí)驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。故得： wKg?由式221，忽略進(jìn)氣流動(dòng)的影響，有 : 公式（219）??????JwKKi fdst /sinsin00 ??? ??故： 0sn??fd上式中運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J包括節(jié)氣門，齒輪傳動(dòng)部分，和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。采用經(jīng)典的“靜摩擦+庫(kù)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(dòng)力傳動(dòng)采用閉式齒輪傳動(dòng)，齒輪和軸承完全封閉在箱體內(nèi)，能保證良好的潤(rùn)滑和較好的嚙合精度。為便于分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將系統(tǒng)各部分簡(jiǎn)化，可得如圖24 所示模型:節(jié)氣門在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(dòng)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。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(dòng)鋼纜而控制節(jié)流閥，腳踩得愈深，鋼纜拉動(dòng)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(huì)增快。節(jié)氣門部分開啟時(shí)(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。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。汽車制造商不得不改進(jìn)制造技術(shù)，開發(fā)新材料等，來(lái)減緩這些問(wèn)題。電傳線驅(qū)技術(shù)則是其最主要的方向之一。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(dòng)芯片華成干節(jié)氣門體內(nèi)。1. 國(guó)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門的研究現(xiàn)狀 電子節(jié)氣門在國(guó)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(chǎng)。2022年1月21日—3月1日，對(duì)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。比如德國(guó)Bosch，Pierburg，美國(guó)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。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。使之研究進(jìn)一步完善和理化。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)。駕駛模式選擇(正常模式，動(dòng)力模式，雪地模式)。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。最后是對(duì)課題內(nèi)容的總結(jié)。(2)動(dòng)力性強(qiáng)。隨著節(jié)氣門逐漸開大，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。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。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。彈簧作用示意見圖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。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。上式中參數(shù)U。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)。（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(yīng)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。當(dāng)誤差絕對(duì)值e較小時(shí)，為系統(tǒng)有良好穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)取較大KP, KI。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。傳統(tǒng)PID控制和模糊PID控制效果進(jìn)行仿真對(duì)比。系