毕业论文-基于单片机控制的电子节气门控制系统设计.docx

基于单片机控制的电子节气门控制系统设计 绪论 节气门的作用是控制发动机的进气流量，决定发动机的运行工况。驾驶员通过操作加速踏板来操纵节气门开度。加速踏板和节气门的连接方式有两种：刚性连接和柔性连接。传统油门采用刚性连接，即通过拉杆或拉索传动连接加速踏板和节气门的机械连接方式，因此节气门开度完全取决于加速踏板的位置，即驾驶员的操作意图，但从动力性和经济性角度来看，发动机并不总是完全处于最佳运行工况，而且驾驶员的误操作也给安全性带来隐患。在混合动力车中，由于发动机和电池组成多能源动力系统，刚性连接方式不能实现各动力源之间的能量分配管理，因此，它必将被柔性连接方式所取代。柔性连接方式取消了传统的机械连接，通过电控单元控制节气门快速精确地定位，因此又称为电子节气门（Electronic Throttle）。它的优点在于能根据驾驶员的需求愿望以及整车各种行驶状况确定节气门的最佳开度，保证车辆最佳的动力性和燃油经济性，并具有牵引力控制、巡航控制等控制功能，提高安全性和乘坐舒适性。国内外对电子节气门控制系统(ETCS)研究已有二十来年历史，制造商产品己开始大规模投入市场，已经推出了新一代的电子节气门产品。 本文通过阐述电子节气门系统的基本结构、工作原理和控制策略。通过本科阶段学知识，设计一套基于单片机控制的电子节气门控制系统。  电子节气门系统 节气门控制系统 机械式节气门结构和工作原理 早期节气门为了调节汽油机的充气量，在化油器腔体上设置节流装置，由杠杆、钢丝拉线与油门踏板相连。常见为蝶形阀门，又称节气门。 机械式节气门由油门踏板、油门拉线和杠杆、复位弹簧及节气门体等几个部分组成，如图1-1所示。机械式节气门采用机械连接的方式进行控制，节气门轴通过油门拉线和杠杆与油门踏板相连。当驾驶员用脚踩油门踏板时，油门踏板的深浅将通过油门拉线和杠杆控制节气门的开度。机械式节气门具有结构简单、反应速度快、安全性和可靠性较高等优点，但由于驾驶员很难根据汽车的各种工况进行精确操纵油门踏板，而只是凭主观感受来控制油门踏板，因此，造成对节气门开度控制的不准确。在大多数情况下，节气门阀打开的角度并不一定是最科学的，这种方式虽然很直接但它的控制精度很差，存在着机械磨损，对汽车的燃油经济性、动力性及尾气排放都产生了影响。 图1.1机械式节气门结构件图 电子节气门结构和工作原理 电子节气门系统是一种柔性控制系统，取消了机械式节气门的刚性连接，如图1-3所示。电子节气门系统组成。 1)油门踏板 油门踏板是反映驾驶员操作意图的装置，它的核心是一个电位器式的位置传感器，用于感知油门踏板位置及其变化的情况，并将油门踏板移动量转化成电信号发送给电子节气门电控单元。 2)节气门体 节气门体主要是由节气门驱动电机、减速机构、节气门、节气门位置传感器以及两个复位弹簧组成。节气门驱动电机一般采用步进电机或直流伺服电机，本设计采用直流伺服电机。电机接受来自电控单兀的控制信号，产生相应的动作，通过减速机构带动节气门转动，达到期望的节气门开度。其结构如图1-2所示。 图1.2电子节气门体结构简图 3)电控单元（ECU） 电控单元(ECU)是整个系统的核心，包括信息处理模块和电机驱动电路模块。其中，信息处理模块接受来自油门踏板位置传感器的电压信号，经过处理后得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到电机驱动电路模块。而电机驱动电路模块接受来自信息处理模块的信号，控制电机转动相应的角度，使节气门达到或保持相应的开度。 1.3电子节气门系统结构简图 电子节气门系统工作原理:当驾驶员踩下油门踏板，油门踏板带动一个位置传感器，将油门踏板的位移量转换为一个电压信号；同时，节气门位置传感器也将节气门的实际开度转化为另一个电压信号。这两个电压信号同时被送入发动机ECU， ECU经过分析判断之后控制节气门驱动电机，如果两个电压信号不相等，说明节气门的实际开度没有达到期望的开度，因此，ECU发出一个控制信号，控制节气门驱动电机正转或反转，直到两个电压信号的偏差为零为止，从而达到准确控制节气门开度的目的。 2．电子节气门的类型 电液式节气门 电液式节气门，大多数应用在有液压系统的工程机械中它具有结构简单、成本低、驱动力大、功耗低等特点，其电液控制的转换主要通过高速开关数字阀实现，控制精度高，对液压油没有太高的要求。但是由于液压系统存在供油压力波动，液压执行构之间的摩擦力以及阀所具有的启闭特性等方面的影响，致使其位置响应不精确，速度响应慢。因此，电液式节气门很少应用在汽车上。 线性电磁铁式节气门 电磁铁式节气门用比例电磁铁作为控制器。它用电磁力作为驱动力，其中控制信号做为电流信号，具有机构简单、体积小、控制方便、响应速度快、稳态精度小，蛋它的最大作用力受到线