汽车电子节气门仿真与控制研究

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1、机械设计与制造第1期MachineryDesign&Manufacture2010年1月文章编号：1001—3997(2010)0l一0266—03汽车电子节气门仿真与控制研究冰郭辉张振东z朱红萍1上海工程技术大学汽车工程学院，上海201620)(上海理工大学机械学院，上海200093)StudyonsimulationofelectronicthrottlecontrolsystemGUOHui，ZHANGZhen-dong2，ZHUHong-ping~(CollegeofAutomobileEngineering，ShanghaiUniversityofEngineering

2、Science，Shanghai201620，China)(CollegeofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)2【摘要】对汽车电子节气门系统的受力情况进行分析，建立数学模型，设计了3种控制策略进行仿2《真研究与分析。结果表明，PID控制策略简单、易于实现，但超调较大；模糊控制策略具有良好的跟踪性，但3《存在一定的滞后；滑模控制策略有着良好的鲁棒性和动态响应特性，能够使汽车电子节气门系统达到较《2好的控制效果。最后，将模糊PID控制策略应用到

3、某单缸发动机进行了对比试验，结果表明该控制策略适I3用于电子节气门系统，改进了发动机的性能。2《关键词：电子节气门；非线性；控制系统；仿真82【Abstract】hdescribesthestructureandtheprincipleoftheelectronicthrottlecontrolsystem2《(ETCS)，andanalyzesthenonlinearity．AccordingtothemathematicalmodelofETCS，threecontrollers2；weredesignedandsimulated．Theresultsindicatethat

4、thePIDc。，trollerseasy。reali’ze,buthasan82lovershoot；theFuzzycontrollercart,betterfollowthecontrolobjectives，6“hashysteresis；andthesliding》modec。nfrollerhasbetterm6tness,andcan6eMsedtoc。rolETcs．1＆《Keywords：Electronicthrottlecontrol；Nonlinearity；Controlsystem；Simulation《中图分类号：TH12，U464．136文献标识码

5、：A1日Ij舀2系统结构与力分析汽车进一步实现节能减排的关键技术之一是基于空气量调电子节气门实际是一个机电传动系统，如图1所示。直流节的电子节气门技术(ElectronicThrottleControl，ETC)。该技术不电机是执行元件，减速齿轮组、复位弹簧、节气门阀片等组成了执仅可实现发动机扭矩控制和精确空燃比控制，以提高发动机的动行机构。电机电枢中的电流与励磁磁通相互作用产生电磁转矩。力性、燃油经济性以及降低排放；集成于发动机控制系统时，还有电磁转矩带动节气门轴转动，实现节气门的位置控制。而影响控助于更好地完成与进气控制相关的汽车驱动防滑控制、巡航控制系统的可靠性和有效性的是

6、机械结构中存在的非线性问题。制、车辆稳定性控制及自动变速控制等汽车动力控制功能。在混2．1弹簧力分析合电动汽车中，又是实现动力切换、能量优化分配、改善排放、提当电机驱动信号被切断的时候，节气门在复位弹簧作用下回高燃油经济性和动力性等方面不町或缺的技术。到最小开度位置。由于它是扭转弹簧，具有非线性特性，如图2所示。其非线性方程为：L=K(日一0。)+Osgn(O-Oo)(1)式中：一扭转刚度；一节气门转角；—平衡位置节气¨转角；D一弹簧补偿系数。2_2摩擦力分析节气门系统在运动过程中，与转动方向相反的粘滞摩擦正比于节气门阀片的转速；而库仑摩擦力则是与速度方向相反的一个图l电子节气门

7、结构及传动系统受力分析图恒定阻力。总的摩擦力矩可表示为：电子节气门具有非线性、时变性、时滞I生及不确定性等特点，声+Klsgn(to)(2)开发电子节气门控制系统的一个关键就是适用的控制策略设计与式中：一粘滞摩擦系数；K厂库仑摩擦系数，电枢转子角速度。实现。本文首先利用仿真技术，对3种控制策略进行比较分析，然后2．3齿轮传动力分析根据实际的试验条件在某单缸发动机匕进行试验验证，对加快具有齿轮减速机构中齿轮问的啮合问隙，会造成电机转矩和节气自主知识产权的汽车电子节气门控制系统的开发