汽油机电子节气门控制方法研究

摘要

环境和能源问题在世界范围内受到广泛关注，各国制订的日益严苛的排放标准及油耗标准对汽车发动机动力性、经济性和排放性能提出了更高的要求。电子节气门作为电子燃油喷射系统的重要组成部件之一，其作用是根据整车扭矩需求精确控制进气量，对发动机的性能有重要的影响。就电子节气门本身而言，其关键在于对实时性、稳定性以及可靠性均有较高要求的控制技术。目前国内尚未掌握相关技术，而国外则主要依赖大量试验标定匹配的方法，成本高且开发周期长。因此，研究电子节气门的控制技术具有重要的现实意义。　　论文分析了电子节气门的工作原理及系统特性，并通过动力学分析建立了电子节气门控制系统的数学模型和仿真模型；针对气流质量评价，采用了一种改进的气流有序均匀性评价方法，进而以气流有序均匀性和流量系数为进气道气流特性评价指标；针对节气门目标开度的确定，分别在进气道原状态和进气道改进状态两种情况下对气流特性进行分析，并总结出进气道改进状态下对节气门目标开度进行修正的思想，为进气道改进状态的节气门开度目标确定奠定了基础；针对节气门的控制方法，分析了经典PID控制、模糊控制等控制策略的特点，采用了一种分段复合控制策略：即根据控制过程中节气门实际开度与目标开度之间的偏差大小不同，将控制过程分成不同阶段，偏差较大时采用查表法，偏差较小时采用经典PID控制。　　通过软件建模，对分段复合控制策略的控制效果进行了仿真验证。在此基础上以DSPIC30F4012单片机为主控芯片，搭建硬件实验平台，设计了相应实验软件系统，以德国原装Bosch电子节气门（型号0280750232）为实验控制对象，对本文采用的分段复合控制策略进行了实验验证。　　仿真和实验结果表明，本文设计的分段复合控制策略能有效协调超调量与上升时间的矛盾，简单可靠且具有较好的实时性，能够达到预期的控制效果。

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1 绪 论

1.1 选题的背景

1.2 电子节气门的国内外现状

1.3 电子节气门研究存在的问题

1.4 课题研究意义与本文主要内容

2 电子节气门工作原理及数学建模

2.1 电子节气门的结构及工作原理

2.2 电子节气门系统特性分析

2.3 电子节气门系统的数学建模

2.4 电子节气门系统参数测量和标定

2.5 本章小结

3 电子节气门目标开度的分析与确定

3.1 电子节气门目标开度计算流程

3.2 进气道改进对发动机性能的影响

3.3节气门目标开度的修正

3.4 本章小结

4 电子节气门控制策略分析

4.1 电子节气门控制效果评价指标

4.2 控制策略的选择

4.3 经典PID控制器原理和特点

4.4 模糊控制器设计

4.5 分段复合控制策略

4.6 仿真分析

4.7 本章小结

5 电子节气门控制实验验证

5.1 实验台总体设计

5.2 控制系统硬件电路设计

5.3 控制系统软件设计

5.4 节气门开度检测系统的开发

5.5 实验结果分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读学位期间参与的科研项目