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1、电子节气门控制系统设计电子节气门操纵系统设计摘 要电子节气门产品自20世纪80年代问世以来，已逐步应用到各种中、高级轿车中。相关于传统的机械式节气门，电子节气门系统(ETCS)能依照驾驶员的驾驶意图以及整车行驶状况确定节气门的最佳开度，保证车辆具有最佳的动力性和燃油经济性，并能够为怠速操纵(IDL)、驱动防滑操纵(ASR)和巡航操纵(CCS)等电子操纵功能的实现奠定基础，从而提高安全性和乘坐舒服性。同时，关于混合动力汽车，为了实现能量的治理和分配，电子节气门也成为了必定的选择。本文对电子节气门系统进行了研究和开发，为电子节气门在混合动力轿车内的应用奠定了基础。本文分析了电子节气门系统的工作原理
2、、差不多结构以及机械结构中存在的非线性因素和各自的特性，如复位弹簧、气流的冲击、库伦+粘滑摩擦等。测定电子节气门的关键参数，建立了电子节气门系统的数学模型。为了适应电子节气门操纵系统的快速动态特性，抑制由于电子节气门体的非线性因素对操纵特性的阻碍，提出了一种新的模糊PID复合操纵策略，通过模糊操纵提高电子节气门系统的动态性能，用智能积分PID操纵保证系统的稳态能，利用权重因子函数改善操纵切换过程。电子节气门操纵器采纳飞思卡尔公司的MC9S12DG128单片机作为主控芯片,同时硬件系统还包括操纵器的供电电源模块、直流电机的脉宽调制驱动模块、串行通信模块和CAN总线通信模块等。采纳CodeWarr
3、ior编译的程序软件，完成了操纵功能和调试功能。为了对系统状态实时显示和故障报警，以及在操纵过程中进行数据采集，本文开发出基于LabWindows/CVI的串口通信系统。试验结果说明:模糊PID复合操纵相关于PID操纵和智能积分PID操纵能够较精确地操纵节气门开度，减小超调量，瞬态误差较小，滞后时刻较短。所开发的模糊PID复合操纵器能够完成电子节气门系统的操纵功能要求。关键词：电子节气门；非线性；模糊PID复合操纵策略AbstractSince the electronic throttle product was developed in the eighties of the twenti
4、eth Century, it has gradually been applied to high-grade automobile. Relative to the traditional mechanical throttle, the electronic throttle control system can sense the drive intention from the driver and the current situation of the auto, and then decide the correct throttles position, so that th
5、e dynamic performance and fuel economy can be improved. Furthermore, its helpful to realize some electronic control function, such as IDL, ASR and CCS, thereby the security and driving comfort can be improved. With the appearance of hybrid vehicle, electronic throttle becomes an inevitable choice fo
6、r the power control and management for hybrid vehicle. In this paper,the electronic throttle control system was researched and developed, which laid the foundations of applying the ETCS to vehicle.The principle and basic structure of the electornic throttle control system(ETCS) was analyzed. The non
7、linearity characteristics including nonlinear spring, aerodynamic impact, coulomb and viscous friction in the mechanical part of the throtle body was studied too. After the analysis of the ETCS, the key parameters of the throttle was measured. The numerical model of the electronic throttle control w
8、as built up.In order to adapt the swift dynamic characteristics of ETCS and restrain influence on control performance owing to nonlinearity factors of ETCS, a new Fuzzy-PID multiple compound control method is proposed. The robust dynamic characteristic of ETCS is attained by fuzzy control and the st
9、atic performance is ensured by intelligent integral PID control, while switching process between two control methods is improved by using weighting factor function.The main microchip of the electrionic throttle controller is MC9S12DG128 which is manufactured by Freescale. In this paper, the power su
10、pply module, DC motors PWM drive module, serial communication module, CAN bus communication module and so on, was designed. The software, which is programmed with CodeWarrior software for microcontroller accomplished control, function and serial communication function.In order to display the state o
11、f the system in real time and give an alarm when malfunction occurs, serial communication system based on LabWindows/CVI was designed.The results of the experiments show that the Fuzzy-PID multiple compound control method can exactly control the throttles position, the overshoot is reduced, the tran
12、sient tracking error is small and the hysteresis is short, while the PID control method and intelligent integral PID control method dont work well. So the ETCSs controller which was developed based on Fuzzy-PID control strategy can meet ETCSs function requirements.Key Words: Electronic Throttle, Non
13、linearity, Fuzzy-PID Multiple Compound Control Strategy目 录摘 要IABSTRACTII目 录IV第1章 引 言11.1 电子节气门产生的背景11.2 电子节气门在国内外的进展状况21.2.1 电子节气门在国外的进展状况21.2.2 电子节气门在国内的进展状况21.3 电子节气门存在的问题及以后的进展趋势31.3.1 电子节气门存在的问题31.3.2 电子节气门系统进展的趋势31.4 本设计要紧研究工作41.5 本章小结4第2章 电子节气门的结构分析及工作原理52.1 电子节气门系统的结构和工作原理52.1.1 电子节气门体62.1.2
14、加速踏板82.1.3 电控单元ECU92.2 驱动电机的脉冲调制方式102.3 电子节气门系统的操纵功能102.4 本章小结11第3章 电子节气门系统非线性分析及数学建模123.1 电子节气门系统非线性分析123.1.1 复位弹簧的非线性133.1.2 传动齿轮齿隙非线性133.1.3 节气门阀片运动中的非线性153.1.4 节气门阀片气流冲击特性153.2 电子节气门系统的数学模型173.2.1 直流电机的数学模型173.2.2 节气门的数学模型183.2.3 节气门位置传感器数学模型183.3 电子节气门系统的物理参数标定193.4 本章小结20第4章 操纵系统硬件设计214.1 操纵系统
15、结构214.2 硬件电路设计214.2.1 操纵单元ECU的设计214.2.2 电源治理模块的设计234.2.3 电机驱动电路的设计244.3 本章小结27第5章 操纵系统软件设计285.1 操纵系统软件设计285.1.1 软件的总体功能分析285.1.2 软件子程序流程图295.2 串行通信系统的开发325.2.1 串行通信协议设计325.2.2 单片机串行通信子程序流程图335.3 本章小结34结 论35参考文献36致 谢37附 录38系统原理图38第1章 引 言电子节气门是发动机治理系统中的重要部件，是实现发动机全电控的基础，现在差不多得到越来越广泛的应用。国内只是处于引进使用时期，没有深入的系统研究报道，可供借鉴的体会不多，对国外的核心技术知之甚少。因此，吸取、借鉴国外先进的操纵体会，深入研究电子节气门操纵系统的工作原理以及操纵策略意义专门重大。1.1电子节气门产生的背景随着汽车保有量的不断增多，石油能源消耗急剧增加，汽车排放的大量尾气引起温室效应，空气污染也越来越多地为全世界所重视，因此美国、日本、欧洲等相继制定了严格的排放法规，同时交通事故日益增多。随着社会的不断进步，人们对生活质量的要求不断提高，对汽车性能也随之提出更高的要求。因此汽车采纳电子操纵技术成为必定的趋势。近年电子技术的迅猛进展，专门是微型运算机
