【文章內(nèi)容簡介】 ...........................................................23 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路 ............................................................................................................................24 H 橋電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 .........................................................................................................................25 通信模塊設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................................26 CAN 總線通信電路 ...........................................................................................................................26 RS232 串口通信電路 .........................................................................................................................27 非接觸式角位移測量方法的研究 ...........................................................................................................27 磁阻式角位移傳感器原理 ................................................................................................................27 磁阻式角位移傳感器測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ................................................................................................28 本章小結(jié) ...................................................................................................................................................285 總結(jié) ..................................................................................................................................................................29 總結(jié) ...........................................................................................................................................................29參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................................................30致 謝 .................................................................................................................................................................31附 圖 .................................................................................................................................................................321 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)。汽車排放的大量尾氣造成環(huán)境污染問題等問題。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。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。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。將電子控制和傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，使得各方面問題均能得到很好解決。 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制主要包括:空燃比控制、點(diǎn)火正時(shí)控制、廢氣再循環(huán)控制、怠速控制、爆震控制、冷起動(dòng)和加速加濃控制、自診斷功能等。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 11 所示怠速電機(jī)空 氣 流 量 計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式凸輪位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器水 溫 傳 感 器怠速節(jié)氣門電位計(jì)怠 速 開 關(guān)進(jìn)氣溫度傳感器氧化器應(yīng)加熱器活性碳繼電磁閥點(diǎn)火線及電子點(diǎn)火器噴 灑 器汽油泵汽油泵繼電器爆 震 傳 感 器氧 傳 感 器ECU傳感器 控制單元 執(zhí)行元件圖 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。汽車電子控制技術(shù)開始于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制。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。系統(tǒng)設(shè)有冷起動(dòng)噴油器，故可改善低溫起動(dòng)性能。(2)動(dòng)力性強(qiáng)。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。熱效率和充氣系數(shù)提高，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率提高。(3)加速性能好。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。(4)耗油量低，經(jīng)濟(jì)性好。EFI 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)空燃比高精度控制。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。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。(5)減少污染。EFI 系統(tǒng)分別控制汽油量與空氣量，精度很高，能保持所需最佳空燃比。(6)整個(gè)系統(tǒng)體積小，安裝靈活方便。可得最大功率和凈化排氣且節(jié)約能源、降低排污。 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。常見為蝶形閥門，又稱節(jié)氣門。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。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。當(dāng)節(jié)氣門開啟到垂直位置時(shí)，通道面積到最大?？梢姡l(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，隨著節(jié)氣門開度的變化而得到調(diào)節(jié)，對(duì)汽油機(jī)而言，就調(diào)節(jié)了汽油機(jī)的輸出功率(汽油機(jī)的進(jìn)氣量也與其轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高進(jìn)氣量越大)。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。f通道斷面θ圖 13 節(jié)氣門流量特性如果對(duì)節(jié)氣門開啟角采用線性控制，當(dāng)節(jié)氣門開啟角度到一定大進(jìn)氣量時(shí)，再增大節(jié)氣門開啟角度，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?？梢姎忾T必須采取非線性控制。試驗(yàn)證明，在節(jié)氣門接近全開時(shí)，混合氣流量越大，吸入空氣流脈動(dòng)振動(dòng)振幅及氣流反噴現(xiàn)象也越是增大，因而引起空氣流量減少，使用化油器發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣變濃。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。 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)氣門開度的精確控制。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。而ETCS 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 對(duì)應(yīng)于駕駛狀況來計(jì)算出最佳的節(jié)氣門開度，并利用氣門控制電機(jī)來控制節(jié)氣門的開度。(2)汽車整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化。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)大大簡化。(3)具有更高的可靠性。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。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。 課題的提出及主要內(nèi)容汽車工業(yè)作為我國重點(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)，提高汽車性能勢在必行。電傳線驅(qū)( DrivebyWire)理念己得到廣泛的重視、研發(fā)與應(yīng)用。所謂電傳線驅(qū)，是把鋼纜、杠桿等機(jī)構(gòu)機(jī)械動(dòng)作改為通過電線(Electrical Wire)傳輸?shù)碾娮有盘?hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。采用電驅(qū)控制，信號(hào)傳輸精準(zhǔn)，電機(jī)動(dòng)作迅速，可進(jìn)行反饋控制和補(bǔ)償。沒有機(jī)械磨耗問題。汽車上現(xiàn)有配備皆可簡化，重量可減輕，對(duì)汽車設(shè)計(jì)、油耗表現(xiàn)都有正面功效。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 )。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。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)來說，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。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)。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)氣門快速或緩和開啟它應(yīng)當(dāng)張開的角度。國外對(duì)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。國內(nèi)企業(yè)中還沒有能夠進(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。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。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。根據(jù)不同的控制理論及算法，得到了不同的控制方法。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。根據(jù)變結(jié)構(gòu)理論及滑模控制理論，設(shè)計(jì)了變結(jié)構(gòu)滑模控制器。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。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(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(Engine Management System)中的一部分，負(fù)責(zé)進(jìn)氣控制。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。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。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 )。為便于分析運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(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。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: 公式（21）??/ACM?假定比熱為定值，流動(dòng)過程可逆，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公式(23)????12cos1412 10102 ?????????????????????????????????? ??? KPPRTpDKM K???