【正文】 經(jīng)過(guò)電容濾波電路，基本可以濾除系統(tǒng)中的高頻干擾。（2）模擬信號(hào)濾波的設(shè)計(jì)電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)在工作時(shí)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的精度要求很高，而模擬信號(hào)的抗干擾性差，在車(chē)輛惡劣的使用環(huán)境中經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)線傳輸很容易混入各種干擾信號(hào)，尤其是一些高頻干擾信號(hào)，因此A/D 轉(zhuǎn)換器在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理之前和單片機(jī)處理 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，必須進(jìn)行濾波處理。當(dāng)傳感器工作電壓為 U 時(shí)，其輸出電壓為: 公式 (41)?????????LXLXLxlx RRu ???????///SXS1由上式可知，當(dāng)傳感器接上負(fù)載后，其輸出電壓 Ux 與位移 x 呈非線性關(guān)系，只有當(dāng) RL 趨近于無(wú)窮時(shí)，其輸出電壓才與位移成正比。 且由于車(chē)輛的工作環(huán)境比較惡劣，輸入的模擬信號(hào)存在干擾，故需對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波。a 電控單元穩(wěn)壓電路 b 傳感器穩(wěn)壓電路圖 42 電源穩(wěn)壓電路圖 角位移信號(hào)采集功能設(shè)計(jì) 模擬信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)角位移信號(hào)調(diào)理電路是電控系統(tǒng)的重要組成部分，主要完成信號(hào)的跟隨和濾波。故本課題中共需兩個(gè) 5V 和一個(gè) 12V 直流電源。(4)通信模塊:通信模塊主要為串口通信電路和 CAN 總線通信電路。 硬件單元總體設(shè)計(jì)電子節(jié)氣門(mén)控制器硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 41 所示，ETC 控制器硬件作為 ETC 控制策略實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，其性能直接影響到 ETC 系統(tǒng)的綜合控制性能。具有較強(qiáng)的抗干擾能力，電磁兼容性滿足國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4 ETC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ETC 硬件設(shè)計(jì)與方案設(shè)計(jì) 硬件單元設(shè)計(jì)要求電子控制單元是電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的核心部分，為一個(gè)多輸入單輸出的非線性系統(tǒng)，電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且它的工作環(huán)境比較復(fù)雜，所以其硬件單元應(yīng)具有以下特點(diǎn):(1)功能性滿足運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性高的系統(tǒng)程序運(yùn)行需求，使系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度。受限單極性驅(qū)動(dòng)方式在輕載情況下會(huì)出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，可以通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率的方法或改進(jìn)電路設(shè)計(jì) 本章小結(jié)本章首先分析了數(shù)字 PID 控制算法、參數(shù)的作用及參數(shù)確定方法?？朔?。直流電機(jī)正轉(zhuǎn)情況下，在每個(gè) PWM 周期的 0tl 區(qū)間， V1 導(dǎo)通，電流沿圖 所示的虛線 1 流經(jīng)電樞繞組，方向?yàn)閺?A 到 B，直流電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)管 V2, V3 施加低電平，使其均處于截止?fàn)顟B(tài)。ETC 控制系統(tǒng)中直流電機(jī)在節(jié)氣門(mén)閥打開(kāi)時(shí)必須提供力矩。由上式可知，在電樞電感 L 和電樞電阻凡固定不變的情況下，電機(jī)兩端電壓與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化率成正比關(guān)系，通過(guò)控制電機(jī)兩端電壓的變化可以間接控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化率。Ke 為感應(yīng)電壓系數(shù)。 直流電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn) 直流電機(jī)等效電路分析直流電機(jī)等效電路如圖 33 所示。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。表 31 誤差 e、誤差變化率 ec 隸屬函數(shù)賦值表e、ecU6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 0 0ZO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0NS 0 0 0 0 0 0 0 0 0NM 0 0 0 0 0 0 0 0EECNB 0 0 0 0 0 0 0 0 0選取△kp, △Ki, △Kd 的模糊集合論域?yàn)閇7,+7] ，則△沖、△Ki, △Kd 的量化檔數(shù)分別為 up=15, ui=15, ud=15。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。根據(jù)修改參數(shù)方式的不同，PID 參數(shù)自組織模糊控制器分為兩種。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(mén)性能有所改善。首先建立 PID 控制器仿真模型和模糊 PID 控制器仿真模型。 模糊 PID 控制仿真分析傳統(tǒng) PID 控制和模糊 PID 控制效果進(jìn)行仿真對(duì)比。取 T 為采樣周期，設(shè) k 為采樣序號(hào)，k=0, 1, 2,...j...k，用一階差分代替微分，累加代替積分，將模擬 PID 調(diào)節(jié)器的輸出算式離散化為差分方程。直至系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)性能，且靜差得到消除為止。將比例系數(shù) Kp 由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至系統(tǒng)性能指標(biāo)滿足要求為止。系統(tǒng)周期地采集油門(mén)踏板角位移傳感器信號(hào)和節(jié)氣門(mén)角位移信號(hào)，二者之間存在一個(gè)偏差 e(t)，系統(tǒng)根據(jù)偏差 e(t)，通過(guò) PID 控制算法調(diào)節(jié)占空比驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精確程制。 數(shù)字 PID 控制參數(shù)的確定在 PID 控制器設(shè)計(jì)中，三個(gè)基本參數(shù)的確定非常關(guān)鍵，這三個(gè)參數(shù)的作用是:(1)比例控制:是按比例反映系統(tǒng)實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。進(jìn)而可以計(jì)算出粘滯摩擦系數(shù) Kd。Ks, K 即彈簧扭矩系統(tǒng)通過(guò)節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)角與其產(chǎn)生的扭矩即可確定。0wKiRtra???其中： 公式（218）ratui?39。1 sinsin00wKiRLi PwKiJwtra fdst?? ?????? ????? 系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)值和變量值的獲得，一些可以測(cè)量，一些則需要試驗(yàn)和辨識(shí)計(jì)算。Ф( θ)為與節(jié)氣門(mén)角度、節(jié)氣門(mén)形狀、當(dāng)?shù)乩字Z數(shù)等有關(guān)的函數(shù)。其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 40005000 轉(zhuǎn)/秒，傳動(dòng)的減速比為 20:1。圖 28 靜摩擦和庫(kù)倫摩擦 圖 29 靜摩擦、庫(kù)倫摩擦和粘滯摩擦盡管本系統(tǒng)中受到的摩擦力也十分復(fù)雜，為混合摩擦，根據(jù)其對(duì)系統(tǒng)的影響，對(duì) Stribeck 摩擦及摩擦力的時(shí)間依賴性不用作深入探討，在此加以忽略。在 θθ0 時(shí)，節(jié)氣門(mén)受到扭矩即為： 公式(27)??0101?KT???同理，當(dāng)轉(zhuǎn)角小于 θ 時(shí)，節(jié)氣門(mén)軸受到彈簧 K2 的作用而使節(jié)氣門(mén)回復(fù)向平衡位置，在回復(fù)到θ= θo 時(shí)亦被平衡擋塊擋住，此時(shí)節(jié)氣門(mén)軸受到的扭矩為 K=K2θo。傳感器數(shù)學(xué)模型如下: 公式（25）??tVTPS121 ??????????????? 公式（26）twt212電位計(jì)輸出信號(hào) TPS 的電壓在 伏之間變化，而節(jié)氣門(mén)位置相應(yīng)在 0 90 度之間化。有資料做了有效流通面積方面研究，涉及抽象復(fù)雜數(shù)學(xué)模型，本文不進(jìn)行深入探討了。對(duì)于給定電子節(jié)氣門(mén)體中，節(jié)氣門(mén)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(kù)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 )。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(mén)系統(tǒng)主要硬件如圖 21 所示，包括踏板、節(jié)氣門(mén)體和控制器。在所找到的對(duì)節(jié)氣門(mén)的資料中，多是對(duì)電子節(jié)氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的控制策略研究上。節(jié)氣門(mén)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(mén)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(mén)快速或緩和開(kāi)啟它應(yīng)當(dāng)張開(kāi)的角度。電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)(Electronic Throttle Control System)正是采用電驅(qū)控制，稱(chēng)為電驅(qū)油門(mén)(ThrottlebyWire )。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(guò)電線(Electrical Wire)傳輸?shù)碾娮有盘?hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。ETCS 為確保車(chē)輛行駛的可靠性，節(jié)氣門(mén)平衡位置處于一個(gè)微小開(kāi)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。而ETCS 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 對(duì)應(yīng)于駕駛狀況來(lái)計(jì)算出最佳的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，并利用氣門(mén)控制電機(jī)來(lái)控制節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。試驗(yàn)證明，在節(jié)氣門(mén)接近全開(kāi)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?？梢?jiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，隨著節(jié)氣門(mén)開(kāi)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)。常見(jiàn)為蝶形閥門(mén)，又稱(chēng)節(jié)氣門(mén)。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。EFI 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)空燃比高精度控制。熱效率和充氣系數(shù)提高，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率提高。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。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(wèn)題均能得到很好解決。汽車(chē)排放的大量尾氣造成環(huán)境污染問(wèn)題等問(wèn)題。 ECU。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。全文共分五部分:首先要回顧了汽車(chē)電子控制技術(shù)的發(fā)展歷程，然后從發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)中引出了電子節(jié)氣門(mén)的由來(lái)、發(fā)展及目前的產(chǎn)品，最后敘及了本課題的提出及主要內(nèi)容。：[1] Mike Dale , 韓建保 , 楊訓(xùn)敏. 電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)[J]. 汽車(chē)維修與保養(yǎng), 2022,(04) [2] 杜開(kāi)明 , 秦大同, 劉振軍, 姜鳳翔, 丁銳. 電子節(jié)氣門(mén)仿真控制[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(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(mén)控制 [J]. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化, 2022,(02) [4] 王仁義. 奔馳 S500 冷車(chē)自動(dòng)加速 [J]. 汽車(chē)維修技師, 2022,(04) [5] 張漢斌 , 張榮兵. 奔馳 S600 電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)故障排除[J]. 汽車(chē)與配件, 1999,(45) [6] 陳華, 王耀南, 夏陽(yáng), 楊輝前. 基于自整定模糊 PID 的電子節(jié)氣門(mén)控制[J]. 儀器儀表用戶, 2022,(01) [7] 李雪飛, 凌永成. 基于 80C196KB 單片機(jī)汽車(chē)智能電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2022,(01) [8] 陶國(guó)良, 郭連. 電子節(jié)氣門(mén)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī), 2022,(04) [9] 陶國(guó)良, 郭連, 劉昊, 萬(wàn)里軍. 電子節(jié)氣門(mén)變結(jié)構(gòu)滑模控制及仿真與試驗(yàn) [J]. 內(nèi)燃機(jī)工程, 2022,(03) [10] 尹葉丹, 程昌銀, 全書(shū)海. 基于 DSP 的電子節(jié)氣門(mén)控制器的研制[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版), 2022,(05)摘 要社會(huì)需求、法規(guī)推動(dòng)和電子技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)的飛速發(fā)展。電子節(jié)氣門(mén)控制運(yùn)用電驅(qū)理念，一方面它精確控制進(jìn)氣量，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，減輕排放。測(cè)試系統(tǒng)向節(jié)氣門(mén)控制器發(fā)送目標(biāo)開(kāi)度值，控制節(jié)氣門(mén)完成動(dòng)作，同時(shí)記錄并分析實(shí)際控制效果。國(guó)內(nèi)的電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后十國(guó)外，只有關(guān)十電子節(jié)氣門(mén)結(jié)構(gòu)探討、實(shí)現(xiàn)功能等綜述性報(bào)道。電子節(jié)氣門(mén)位置傳感器電位計(jì)隨著節(jié)氣門(mén)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。發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速及車(chē)速控制等。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。驅(qū)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)到直流電機(jī)。因此, 尋找一種簡(jiǎn)潔高效的控制算法是開(kāi)發(fā)電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵。它能夠結(jié)合駕駛員意圖和發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行工況, 計(jì)算出最合適的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度,通過(guò)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī),帶動(dòng)節(jié)氣門(mén)盤(pán)片到達(dá)目標(biāo)開(kāi)度。為了提高汽車(chē)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(mén)及其相應(yīng)電子控制系統(tǒng),組成電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)(ETCS)。由于 ETCS 的優(yōu)越性, 世界上越來(lái)越多的大型汽車(chē)制造公司開(kāi)始采用 ETCS。采用電子節(jié)氣門(mén)能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。1. 國(guó)外汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)的研究現(xiàn)狀 電子節(jié)氣門(mén)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)。從先前為單一提高駕駛性能到現(xiàn)在為提高發(fā)動(dòng)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(mén)集成了幾項(xiàng)獨(dú)特的駕駛性能，如改變車(chē)輛對(duì)加速踏板響應(yīng)的靈敏度。Bosch 推出了新的發(fā)動(dòng)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(kāi)發(fā)出了一種電子節(jié)氣門(mén)，采用非接觸型節(jié)氣門(mén)位置傳感器，并進(jìn)一步將節(jié)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)芯片華成干節(jié)氣門(mén)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(guò)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(guò)它對(duì)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的功率控制來(lái)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(mén)體結(jié)中得到其圖形模型，分析了節(jié)氣門(mén)體中各運(yùn)動(dòng)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(dòng)對(duì)扭矩的影響，電機(jī)電樞電路模型。再次對(duì)電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的功能分析，對(duì)電子節(jié)氣門(mén)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)。 variable structure slidingmode control。汽車(chē)制造商不得不改進(jìn)制造技術(shù)，開(kāi)發(fā)新材料等，來(lái)減緩這些問(wèn)題。 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。系統(tǒng)設(shè)有冷起動(dòng)