智能电子节气门控制策略研究

发布时间：2017-08-02 12:09

  本文关键词：智能电子节气门控制策略研究

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【摘要】：随着电子技术的发展,电子节气门已成为汽车发动机上重要的电子装置,并已经逐渐取代机械式节气门广泛应用到各种类型的汽车上,电子节气门相关技术的研究也成为各国汽车行业的研究重点之一。随着人们对交通安全和驾驶体验要求的不断提高,能够兼具保障车辆安全和动力性的多功能的电子节气门系统变得十分重要。在行车过程中,当车辆突遇紧急情况需要刹车时,驾驶员容易因紧张错误地把油门当刹车踩下,若是不能对此情况进行快速识别并采取合理的应对措施,将引发严重的交通事故。本文模拟不同情况下踩踏油门的情况并设计了以油门踏板踩下加速度为识别信号的具有防误踩油门功能的电子节气门控制系统,通过分析误踩加速度、设定判断阈值的方法来识别不同的情况,当判断为误踩油门时阻止油门反应并启动制动系统等措施保障行车安全。此外由于电子节气门系统没有通过拉线式直接控制节气门阀片,其数据传输处理需要的时间将导致一定的油门反应迟滞,给驾驶员造成加速无力的驾驶体验,且易造成节气门积碳、影响发动机性能等问题。目前市面上为消除油门迟滞单独加装的“电子油门加速器”通常采取直接提高油门反应的方式,此方法造成的安全隐患不可忽视。本文针对该现象,通过传感器监测汽车前方障碍物并结合自身车速情况,在保障安全的情况下提高油门反应,设计了不同情况下的油门加速控制方式,从而达到消除油门迟滞、改善驾驶员驾驶体验的效果。为提高控制精度,并完成系统总体控制功能的实现,本文针对节气门受到的非线性弹力、齿轮间隙、气流阻尼力等非线性影响和系统工作传动模型进行了研究,建立数学模型并设计了比传统控制方法更精确的模糊PID控制方法来提高控制效果。本文系统借助Matlab/Simulink软件平台搭建了仿真模型并测试了控制系统响应特性,并以单片机为核心研究设计了多功能智能化的电子节气门控制系统的软硬件。最后通过仿真和实验验证了其控制有效性和可用性,结果表明控制效果符合要求,可保障系统功能实现。
【关键词】：汽车 电子节气门系统 误踩油门 油门迟滞 模糊PID
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 该领域国内外研究发展现状10-12
• 1.3 电子节气门系统存在的不足与发展空间12-13
• 1.4 本文的主要研究内容13-15
• 1.4.1 非线性影响因素分析13
• 1.4.2 控制算法设计13
• 1.4.3 油门误踩应对策略研究13-14
• 1.4.4 消除油门迟滞现象研究14-15
• 第二章 电子节气门控制系统结构与工作原理15-23
• 2.1 电子节气门控制系统的工作原理15
• 2.2 电子节气门结构分析15-21
• 2.2.1 加速踏板位置传感器15-18
• 2.2.2 节气门总成18-21
• 2.2.3 电子节气门控制单元21
• 2.3 驱动电机的脉冲调制方式21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 电子节气门控制系统的非线性影响及数学建模分析23-35
• 3.1 电子节气门系统非线性影响分析23-29
• 3.1.1 齿轮机构齿隙非线性23-25
• 3.1.2 节气门复位弹簧的非线性25-26
• 3.1.3 节气门阀片运动时的非线性摩擦力26-27
• 3.1.4 进气气流冲击影响27-29
• 3.2 节气门控制系统的数学模型29-33
• 3.2.1 直流电机的数学模型30
• 3.2.2 节气门执行机构的数学模型30-32
• 3.2.3 节气门位置传感器数学模型32-33
• 3.3 电子节气门系统的各项参数33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 智能电子节气门的控制策略35-48
• 4.1 控制方法分析与选择35-36
• 4.2 常规PID控制36-39
• 4.2.1 PID控制原理36-37
• 4.2.2 PID控制模型37-38
• 4.2.3 PID控制参数整定38-39
• 4.3 模糊PID控制器研究39-47
• 4.3.1 模糊控制原理39-40
• 4.3.2 模糊PID控制器设计40-47
• 4.3.3 模糊PID控制器Matlab仿真模型47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 智能电子节气门控制系统的仿真试验48-57
• 5.1 系统总试验模型48
• 5.2 信号输入模块48-49
• 5.3 踏板位置传感器模块49-50
• 5.4 PID控制器模块50
• 5.5 PWM驱动模块50-51
• 5.6 节气门直流驱动电机模块51-53
• 5.7 节气门执行机构模型53-54
• 5.8 仿真结果分析54-56
• 5.8.1 评价指标介绍54-55
• 5.8.2 阶跃响应分析55
• 5.8.3 跟随响应分析55-56
• 5.9 本章小节56-57
• 第六章 智能电子节气门控制系统防误踩与油门加速方案设计57-76
• 6.1 智能电子节气门硬件电路设计57-64
• 6.1.1 信号采集模块58-59
• 6.1.2 主控模块59-60
• 6.1.3 驱动与执行模块60-64
• 6.2 误踩油门判定研究64-69
• 6.2.1 信号抑制机制64
• 6.2.2 误踩油门加速度阈值试验64-67
• 6.2.3 误踩油门加速度阈值分析67-69
• 6.3 消除油门迟滞现象研究69-71
• 6.3.1 电子油门加速器69-70
• 6.3.2 油门加速方案设计70-71
• 6.4 系统软件流程设计71-75
• 6.4.1 PWM控制子程序72-73
• 6.4.2 信号检测子程序73-74
• 6.4.3 角度及加速度换算子程序74
• 6.4.4 模糊PID控制子程序74-75
• 6.5 本章小节75-76
• 第七章 结论与展望76-78
• 7.1 结论76
• 7.2 展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 附录82-83
• 攻读学位期间取得的研究成果83

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本文编号：609194