【正文】 ecint?據(jù)牛頓第二運動定律，在節(jié)氣門軸上建立方程為: ????00sin?????? KiKwJst 公式(215)??Pfd?i因此系統(tǒng)總的數(shù)學(xué)模型為 公式(216)??????39?？刹捎煤瘮?shù)擬合方法得到。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。 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)。所用的齒輪為塑料齒輪，具有重量輕，摩擦小等特點。采用經(jīng)典的“靜摩擦+庫侖摩擦+粘滯摩擦”模型，可得: 公式(210)??0,sin,i??????wFKseKxSfd 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。如圖 29 所示。在 θθo 時，節(jié)氣門受到的扭矩為: 公式(28)??0212?T??令 Ks=K1=K2，則總的彈簧扭矩可以為： 公式(29)00sin??KS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。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，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= θo 時節(jié)氣門軸上一活塊被平衡位置擋塊擋住，此時節(jié)氣門軸受到的扭矩為 K = K1θo。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 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。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。 傳感器建模踏板和節(jié)氣門位置傳感器都是兩個電位計，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。但因為不穩(wěn)定流動的動態(tài)模擬比較困難，刀一般是用穩(wěn)定流動實驗確定，并且產(chǎn)值變化范圍較大，從 到 左右，所以測得值也并不很準(zhǔn)確，本森的研究表明，動態(tài)流量系數(shù)比靜態(tài)流量系數(shù)要小一些。為便于分析運動機(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。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 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。根據(jù)變結(jié)構(gòu)理論及滑?？刂评碚?，設(shè)計了變結(jié)構(gòu)滑?？刂破?。根據(jù)不同的控制理論及算法，得到了不同的控制方法。對進(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。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。且鋼纜式控制機(jī)構(gòu)有機(jī)械磨耗問題，使用時間越久，控制就會越不精準(zhǔn)。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。汽車上現(xiàn)有配備皆可簡化，重量可減輕，對汽車設(shè)計、油耗表現(xiàn)都有正面功效。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。電傳線驅(qū)( DrivebyWire)理念己得到廣泛的重視、研發(fā)與應(yīng)用。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。(3)具有更高的可靠性。(2)汽車整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化。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。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?？梢姎忾T必須采取非線性控制。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。當(dāng)節(jié)氣門開啟到垂直位置時，通道面積到最大。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。 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。(6)整個系統(tǒng)體積小，安裝靈活方便。(5)減少污染。因為汽油是在一定壓力下噴出，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。(4)耗油量低，經(jīng)濟(jì)性好。(3)加速性能好。采用 EFI 后，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣可不必預(yù)熱，可吸入密度較大冷空氣，同時進(jìn)氣歧管阻力減小，所以充氣系數(shù)升高。系統(tǒng)設(shè)有冷起動噴油器，故可改善低溫起動性能。汽車電子控制技術(shù)開始于發(fā)動機(jī)點火控制。 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。至此，要使汽車的性能跟上時代的腳步，采用電子控制技術(shù)成為必然趨勢。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。 Hardware System目 錄1 緒論 ....................................................................................................................................................................1 汽車電子技術(shù) .............................................................................................................................................1 發(fā)動機(jī)電子控制 .........................................................................................................................................1 電子節(jié)氣門 .................................................................................................................................................2 節(jié)氣門特性 ..........................................................................................................................................2 電子節(jié)氣門的優(yōu)點 ..............................................................................................................................3 課題的提出及主要內(nèi)容 .............................................................................................................................32 系統(tǒng)建模 ............................................................................................................................................................4 系統(tǒng)組成原理 .............................................................................................................................................4 系統(tǒng)硬件 ..............................................................................................................................................4 系統(tǒng)原理 ..............................................................................................................................................4 系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模 .............................................................................................................................................4 節(jié)氣門體機(jī)構(gòu) ......................................................................................................................................4 進(jìn)氣流量分析 ......................................................................................................................................5 傳感器建模 ..........................................................................................................................................6 彈簧扭矩分析 ......................................................................................................................................7 摩擦力分析 ..........................................................................................................................................7 齒輪傳動及齒隙影響 ..........................................................................................................................8 進(jìn)氣氣流的影響 ..................................................................................................................................8 電機(jī)電路方程 ......................................................................................................................................8 模型建立 ..............................................................................................................................................9 系統(tǒng)參數(shù) .....................................................................................................................................................93 ETC 系統(tǒng)控制策略的研究與實現(xiàn) .............................................................................................................