汽车电子节气门检测平台控制系统设计

发布时间：2020-06-01 12:07

【摘要】：研究生姓名:张国飞导师姓名:罗翔学校名称:东南大学本文设计了电子节气门检测平台的控制系统,实现了节气门开度的精确控制,完成了一系列产品检测任务。首先分析了电子节气门的结构和工作原理,对其各个模块进行了数学建模和模型参数的计算,建立了系统的微分方程,并在MATLAB/Simulink中搭建了节气门的仿真模型;通过零极点图和Nyquist图,从频域的角度证明了系统开环和闭环的稳定性。其次研究了电子节气门的控制方法。通过普通PID的控制仿真,总结了控制系统的控制难点和优化目标;设计了抗饱和变速积分环节改善了积分器的性能,设计了前馈补偿环节消除复位弹簧的非线性力矩;基于参数可变的思想,设计了模糊控制器,实现了前馈与模糊自适应PID的复合控制。然后对控制系统的软硬件进行了研究,其中硬件部分完成了电源模块、CAN通信模块、驱动模块和传感模块的电路设计,采用功能分区的方式进行PCB的设计,增强系统的抗干扰能力;软件部分建立了控制系统的软件框架,完成了各个功能模块的软件设计,同时基于检测任务,设计了系统状态机模型,将检测任务分解为4个子任务,并完成了相应的软件设计。最后搭建实验平台,对电子节气门控制及检测任务进行了实验与分析。通过对比实验,证明了前馈与模糊自适应PID控制能够使系统获得更好地动态特性和静态特性;进行了基本性能检测实验和模拟工况曲线跟随实验,证明了系统具有较高的准确性和可靠性,实现了预期的设计目标。
【图文】：

节气门,电子

始于 20 世纪七十年代，最早的应用案例为德国博世公司将电子节气门应用在赛车内燃机上[4]；到了八十年代中后期，德国宝马公司（BMW）首次在其 750iL 轿车上应用了电子节气门系统[5]。其后，世界范围内的各大汽车公司也相继推出了自己的电子节气门系统，其中最具代表性的有日本的本田（Honda）、丰田（Toyota），美国的德尔福（Delphi），德国的博世（Bosch）等。随着能源问题和环境问题的日益突出以及电子技术、控制技术的日趋成熟，电子节气门的应用逐步从高级轿车走向普通轿车，电子节气门技术也逐步从国外走向国内。(1) 国外研究现状Delphi 的第一代电子节气门系统结构如图 1-1 所示，由于当时尚处于电子节气门应用的初期，该系统被设计为发动机管理系统的一项可选功能。因此，在系统硬件上采用了一个小型控制器与电子节气门控制（ETC）组件连接并完成 ETC 的部分处理功能。ETC 控制器通过串行通信与动力总成模块（PCM）通信。这种系统架构减少了硬件对PCM 的影响，不会增加不使用 ETC 的车辆的成本。在该系统工作过程中，PCM 完成大部分的 ETC 处理，同时实现空气、燃油、排气再循环（EGS）、点火和变速箱的紧密协调，实现最佳的动力总成性能[6]。

节气门,第二代,电子

始于 20 世纪七十年代，最早的应用案例为德国博世公司将电子节气门应用在赛车内燃机上[4]；到了八十年代中后期，德国宝马公司（BMW）首次在其 750iL 轿车上应用了电子节气门系统[5]。其后，世界范围内的各大汽车公司也相继推出了自己的电子节气门系统，其中最具代表性的有日本的本田（Honda）、丰田（Toyota），美国的德尔福（Delphi），德国的博世（Bosch）等。随着能源问题和环境问题的日益突出以及电子技术、控制技术的日趋成熟，电子节气门的应用逐步从高级轿车走向普通轿车，电子节气门技术也逐步从国外走向国内。(1) 国外研究现状Delphi 的第一代电子节气门系统结构如图 1-1 所示，由于当时尚处于电子节气门应用的初期，该系统被设计为发动机管理系统的一项可选功能。因此，在系统硬件上采用了一个小型控制器与电子节气门控制（ETC）组件连接并完成 ETC 的部分处理功能。ETC 控制器通过串行通信与动力总成模块（PCM）通信。这种系统架构减少了硬件对PCM 的影响，，不会增加不使用 ETC 的车辆的成本。在该系统工作过程中，PCM 完成大部分的 ETC 处理，同时实现空气、燃油、排气再循环（EGS）、点火和变速箱的紧密协调，实现最佳的动力总成性能[6]。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.4

【参考文献】