專利名稱：：汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于汽車油門控制系統(tǒng)及其控制方法，尤其是涉及一種汽車電子節(jié)氣門的控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動機(jī)油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要包括非電動控制和電動控制兩種結(jié)構(gòu)。發(fā)動機(jī)非電動油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是由帶有固定軸的油門踏板和拉線構(gòu)成，拉線的一端與油門踏板相連，其另一端與發(fā)動機(jī)油門拉桿相連。操作時，用腳踩踏油門踏板，通過油門拉線牽動油門拉桿。駕駛?cè)藛T用力大小不同，油門拉桿的位移量也相應(yīng)不同，因此，由回位彈簧配合使發(fā)動機(jī)油門開啟程度也不同，從而控制發(fā)動機(jī)的加油量。上述現(xiàn)有技術(shù)的油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，雖然其結(jié)構(gòu)簡單，但由于是人為控制，傳遞誤差較大，其控制過程由機(jī)械傳動完成，因此機(jī)械阻力大，駕駛?cè)藛T控制時需要付出較大的力量。尤其—i當(dāng)發(fā)動機(jī)后置時，傳遞距離可達(dá)幾米，要克服油門拉線的自重、摩擦阻力、拉索回位彈簧的拉力，需要駕駛?cè)藛T腳踏油門的力會很大，當(dāng)交通工具長途運(yùn)行時，更易加重駕駛?cè)藛T的疲勞。另外，具有一定長度的油門拉線所需要的安裝空間較大，其布現(xiàn)和安裝均受到了限制。發(fā)動機(jī)電動油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是主要由油門踏板傳感器、控制器和執(zhí)行器組成。目前，有一些電子節(jié)氣門在電動油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中取消了上述的拉線結(jié)構(gòu)，但油門執(zhí)行器的主要驅(qū)動部件采用步進(jìn)電機(jī)，油門控制器根據(jù)油門踏板傳感器傳遞過來的位置驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，從而使油門轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，該結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器相比油門拉線結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)越性，但由于油門是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，SP:油門的位置由步進(jìn)電機(jī)的行程決定，因此，一旦電路出現(xiàn)故障，油門就不能自動關(guān)閉，非常容易出現(xiàn)不良事故。目前，也有一些電子節(jié)氣門控制裝置中對節(jié)氣門閥的驅(qū)動采用了直流電機(jī)。例如公開號是CN1412426A，其公開日是2003年4月23日的中國發(fā)明專利公開了一種《一種電子節(jié)氣門控制器》，它具有與上位機(jī)通信的CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口、向電子節(jié)氣門的直流伺服電機(jī)輸出控制信號的信號輸出端、接收電子節(jié)氣門的直流伺服電機(jī)的位置反饋信號的信號輸入端;它包括嵌入式微處理器和脈沖寬度調(diào)制功率輸出模塊;嵌入式微處理器包括軟件實(shí)現(xiàn)的脈沖寬度調(diào)制信號輸出，脈沖寬度調(diào)制功率輸出模塊的信號輸出端為直流伺服電機(jī)的控制信號端。該結(jié)構(gòu)的節(jié)氣門控制器的不足之處是:(1)由于采用的節(jié)氣門只有一路反饋信號，當(dāng)節(jié)氣門反饋信號出現(xiàn)錯誤時，系統(tǒng)不能判斷出，導(dǎo)致在錯誤的條件下做出錯誤的判斷，從而做出錯誤的執(zhí)行控制；(2)對節(jié)氣門閥的正反向轉(zhuǎn)動均采用同一種控制方法。又如公開號是CN1563690A，其公開日是2005年1月12日的中國發(fā)明專利申請中公開了一種《電子節(jié)氣門智能控制器》，它是通過在與節(jié)氣門相聯(lián)的減速器上設(shè)置傳感器，由該傳感器采集的節(jié)氣門位置信號通過線性隔離電路和由CAN總線來的控制信號通過CAN總線隔離電路進(jìn)入中央控制器，中央控制器通過輸入的CAN信號或加速踏板信號進(jìn)行計(jì)算輸出PWM信號，經(jīng)高速隔離驅(qū)動電路送給H橋式電路，由H驕?zhǔn)诫娐房刂乞?qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而控制節(jié)氣門啟閉。該結(jié)構(gòu)的節(jié)氣門控制器中節(jié)氣門閥的正反向轉(zhuǎn)動也都是采用同一種方法控制。~綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中汽車節(jié)氣門控制系統(tǒng)普遍存在的技術(shù)問題是對節(jié)氣門體的正向和反向輸出控制都采用相同的控制方法，由于節(jié)氣門閥中復(fù)位彈簧的作用以及磨擦等因素，使節(jié)氣門閥的受力變得復(fù)雜，增加了控制方面的難度，節(jié)氣門閥向不同方向轉(zhuǎn)動的過程中，主要的非線性彈簧產(chǎn)生的拉力不同，轉(zhuǎn)動范圍大小也不同，導(dǎo)致正反轉(zhuǎn)模型不同，正向和反向采用相同的控制方法，必然導(dǎo)致某個方向上控制雖然能及時將節(jié)氣門閥的開度控制在期望的開度，但另一方向上控制雖然也能將節(jié)氣門閥的開度控制在期望的開度，所用時間將要延長，導(dǎo)致響應(yīng)速度慢。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的弊端，本發(fā)明提供一種位置精度高、輸出力線性好、可靠性高、響應(yīng)速度快的汽車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)及其控制方法，不但省去了現(xiàn)有技術(shù)中的油門拉線，使油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)傳遞誤差變小，而且安裝和使用都非常方便，同時也降低了駕駛?cè)藛T的勞動強(qiáng)度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是包括電源和依次與油門踏板連接的位置傳感器和單片機(jī)，所述單片機(jī)中內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出模塊和CAN通訊控制模塊；所述CAN通訊控制模塊通過CAN通訊接口將處理后的數(shù)字化信號傳遞給監(jiān)測裝置；所述PWM輸出模塊與電機(jī)驅(qū)動電路連接，并經(jīng)過節(jié)氣門體將兩組節(jié)氣門開度反饋信號分別傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器；所述節(jié)氣門體包括被封為一體的直流電機(jī)、節(jié)氣門閥、第一、第二節(jié)氣門開度傳感器、復(fù)位彈簧裝置和反饋信號輸出接口；所述直流電機(jī)通過直流電機(jī)控制接口與節(jié)氣門閥連接，所述節(jié)氣門閥的開度信號分別通過第一、第二節(jié)氣門閥開度傳感器傳遞，并經(jīng)過反饋信息輸出接口反饋給A/D轉(zhuǎn)換器；所述節(jié)氣門體共有6個引腳，其中1、2腳分別為電機(jī)負(fù)極和正極，3腳接地；4腳為第一節(jié)氣門開度傳感器的信號輸出接口，5腳接+5V電源，6腳為第二節(jié)氣門開度傳感器的信號輸出接口；所述復(fù)位彈簧的彈簧力的方向總是朝節(jié)氣門闊關(guān)閉的方向。本發(fā)明汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制方法采用PDI方式，將偏差的比例P、積分I和微分D通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制；該控制方法包括以下步驟(1)啟動并初始化系統(tǒng)；(2)A/D轉(zhuǎn)換器對油門踏板的輸出信號以及節(jié)氣門閥的兩路反饋信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；(3)對上述數(shù)字信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，得出模擬信號的電平，并得出當(dāng)前油門踏板位置的百分比；(4)判斷當(dāng)前的反饋信號是否正常，若計(jì)算出的模擬信號的電平結(jié)果等于5V，則進(jìn)行節(jié)氣門當(dāng)前位置計(jì)算，并得出當(dāng)前節(jié)氣門閥的位置的角度百分比；否則-關(guān)閉節(jié)氣門閥，并報警，然后返回上述步驟(2);(5)判斷上述當(dāng)前節(jié)氣門阓的角度與系統(tǒng)初始化時節(jié)氣門閥的角度，進(jìn)行PWM輸出計(jì)算，若當(dāng)前節(jié)氣門閥的角度小于初始化時節(jié)氣門閥的角度，則節(jié)氣門閥正向轉(zhuǎn)動，PtVM正向輸出計(jì)算；否則，節(jié)氣門閥反向轉(zhuǎn)動，PWM反向輸出計(jì)算；(6)PWM輸出，至此完成一個循環(huán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是(1)本發(fā)明控制系統(tǒng)中采用位置傳感器2輸入油門踏板1的位置信號，并采用數(shù)字控制器來控制油門的大小，響應(yīng)速度快，且位置精度高；其次在整個控制系統(tǒng)中采用了閉環(huán)控制，輸出線性好，增加了發(fā)動機(jī)運(yùn)行的精度。(2)本發(fā)明控制系統(tǒng)中的電源電路采用MAX738開關(guān)式電壓調(diào)整器將車載蓄電池的+12￥直流電源轉(zhuǎn)換成+5￥電源。從而給本發(fā)明控制系統(tǒng)帶來的優(yōu)點(diǎn)是電流模式的脈寬調(diào)制器，切換頻率高；輸入電壓范圍寬6V-16V，輸出電壓精度高5%;85%-96%的轉(zhuǎn)換效率；1.7MA的靜止電流，關(guān)斷狀態(tài)僅為6uA;過流、過壓保護(hù)，且?guī)в熊泦庸δ?。其功能是用』個電流模式的脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)連接一個簡單的降壓調(diào)整器來轉(zhuǎn)換輸入的6V-16V的不可調(diào)整的電壓，這個電流模式的脈寬調(diào)制結(jié)構(gòu)提供了循環(huán)的電流限制，改良了負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，同時簡化了輸出環(huán)路的設(shè)計(jì)。(3)采用了位置傳感器的本發(fā)明控制系統(tǒng)同現(xiàn)有技術(shù)相比具有響應(yīng)速度快、位置精度高、輸出力線性好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。(4)由于將本發(fā)明控制方法中的PID表達(dá)式離散化，從而便于單片機(jī)計(jì)算、控制的實(shí)現(xiàn)，另外，通過對所述PWM輸出的控制信號U(k)的計(jì)算表達(dá)式中的aQ、"、flf2三個參數(shù)采取在線調(diào)整,而且，當(dāng)節(jié)氣門閥正向轉(zhuǎn)動時，ao=o.i2;"=0.01;a2=o.ooi;當(dāng)節(jié)氣門閥反向轉(zhuǎn)動時，(2o=0.1;凸=0.01;仏=0.006。使系統(tǒng)性能能夠達(dá)到最佳。圖1是本發(fā)明汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)中油門踏板位置與轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號的比例關(guān)系圖；圖3是本發(fā)明控制系統(tǒng)中節(jié)氣門閥位置與轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號的比例關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明控制系統(tǒng)中電源所采用的MAX738芯片電路圖；圖5是本發(fā)明控制系統(tǒng)中CAN通訊控制模塊所采用的PC82C250芯片電路圖；圖6是本發(fā)明控制系統(tǒng)中電機(jī)驅(qū)動MC33886芯片電路圖；圖7是本發(fā)明控制系統(tǒng)中單片機(jī)MC9S12DP256芯片管腳圖；圖8是本發(fā)明控制系統(tǒng)的主程序控制流程圖。下面是本發(fā)明說明書附圖中主要附圖標(biāo)記的說明1——油門踏板2——位置傳感器3——單片機(jī)31——CAN通訊控制模塊32——P麗輸出模塊33——A/D轉(zhuǎn)換器4——CAN通訊接口5——電機(jī)驅(qū)動電路6——節(jié)氣門體61——直流電機(jī)控制接口62——節(jié)氣門閥63——第一節(jié)氣門開度傳感器64——第二節(jié)氣門開度傳感器65——反饋信號輸出接口7——監(jiān)測裝置具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是單片機(jī)3中的CAN通訊控制模塊31通過CAN通訊接口4將處理后的數(shù)字化信號傳遞給監(jiān)領(lǐng)『裝置7;單片機(jī)3中的PWM輸出模塊32與電機(jī)驅(qū)動電路5連接，并依次經(jīng)過節(jié)氣門體6中的直流電機(jī)控制接口61、節(jié)氣門閥62和兩個節(jié)氣門開度傳感器63、64，反饋信號輸出接口65，最終將兩組節(jié)氣門開度數(shù)據(jù)反饋信號分別傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器33，即單片機(jī)3中內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器與可接收油門踏板模擬信號和節(jié)氣門位置反饋信號之信號處理電路和線性隔離電路相連。經(jīng)過電機(jī)高速隔離驅(qū)動電路驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而控制節(jié)氣門閥62轉(zhuǎn)動到與當(dāng)前加速油門踏板位置相對應(yīng)的開度。本發(fā)明汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作過程是設(shè)置在油門踏板1內(nèi)的位置傳感器2，該位置傳感器2采集油門踏板1的位置信號，與位置傳感器2連接的有一單片機(jī)3，即以油門踏板1的位置傳感器2輸出信號和節(jié)氣門閥6內(nèi)置的傳感器的反饋信號作為單片機(jī)3的輸入信號，所述單片機(jī)3中內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器33、CAN通訊控制模塊31和PWM輸出模塊32，該位置傳感器2將接收到的信號通過信號轉(zhuǎn)換電路傳遞給單片機(jī)3。另外，單片機(jī)3中的A/D轉(zhuǎn)換器33對接收到的反應(yīng)油門踏板位置的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；單片機(jī)3根據(jù)輸入的信號進(jìn)行處理、判斷，輸出PWM信號對節(jié)氣門閥6內(nèi)的直流電機(jī)進(jìn)行控制，直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)將節(jié)氣門體6內(nèi)節(jié)氣門閥62轉(zhuǎn)到與油門踏板1相對應(yīng)的位置；同時，A/D轉(zhuǎn)換器33對節(jié)氣門體6中的兩路節(jié)氣門閥62的位置反饋信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，圖2示出了油門踏板1的位置與轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號成正比關(guān)系，圖3示出了節(jié)氣門閥62的開度位置與轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號成正比關(guān)系。單片機(jī)3根據(jù)油門踏板位置轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，計(jì)算出油門踏板當(dāng)前位置的百分比A，并將此百分比做為節(jié)氣門閥將要轉(zhuǎn)到的位置百分比B，再將該位置百分比B換算成角度C;與此同時，根據(jù)當(dāng)前節(jié)氣門閥位置的轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號，計(jì)算出節(jié)氣門閥當(dāng)前位置的角度C1，將節(jié)氣門閥當(dāng)前位置的角度C1與將要轉(zhuǎn)到位置的角度C進(jìn)行比較，如果當(dāng)前位置的角度C1比將要轉(zhuǎn)到位置的角度C大，說明節(jié)氣門閥將要反向轉(zhuǎn)動，如果當(dāng)前位置的角度百分比比將要轉(zhuǎn)到的位置角度百分比B小，說明節(jié)氣門閥將要正向轉(zhuǎn)動，根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)入到正向或反向輸出控制程序，并經(jīng)過PWM輸出模塊32輸出PWM信號。同時，單片機(jī)3發(fā)送包含油門踏板1位置數(shù)據(jù)和節(jié)氣門閥位置數(shù)據(jù)的CAN數(shù)據(jù)包到CAN總線上。下面是構(gòu)成本發(fā)明控制系統(tǒng)的相關(guān)硬件的具體型號及特點(diǎn)。電源電路采用MAX738芯片，其電路圖如圖4所示，整個系統(tǒng)的供電電源由汽車上直流蓄電池供電，由于蓄電池為+12V直流輸出，而單片機(jī)控制系統(tǒng)為5V系統(tǒng)，所以需采用直流穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器也稱集成電壓調(diào)節(jié)器，它的功能是將非穩(wěn)定直流電壓變換成穩(wěn)定的直流電壓。集成穩(wěn)壓器按工作方式可分為串聯(lián)型穩(wěn)壓器、并聯(lián)型穩(wěn)壓器和開關(guān)型穩(wěn)壓器三種，其中開關(guān)型穩(wěn)壓器的效率最高，可達(dá)70%以上，但其輸出波紋最大。將車載蓄電池的+12V直流電源轉(zhuǎn)換成+5V電源的電路由MAX738開關(guān)式電壓調(diào)整器及其外圍器件構(gòu)成，圖4中的VCC12是電源的輸入端(+12V)，VCC是電源輸出端(+5)。本發(fā)明采用如圖4所示的MAX738開關(guān)式電壓調(diào)整器具有以下特點(diǎn)(1)電流模式的脈寬調(diào)制器，切換頻率高；(2)輸入電壓范圍寬6V-16V，輸出電壓精度高5%;(3)85%-96%的轉(zhuǎn)換效率；(5)1.7MA.的靜止電流，關(guān)斷狀態(tài)僅為6uA;(5)過流、過壓保護(hù)，且?guī)в熊泦庸δ?。MAX738的主要功能是用一個電流模式的脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)連接一個簡單的降壓調(diào)整器來轉(zhuǎn)換輸入的6V-16V的不可調(diào)整的電壓，這個電流模式的脈寬調(diào)制結(jié)構(gòu)提供了循環(huán)的電流限制，改良了負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，同時簡化了輸出環(huán)路的設(shè)計(jì)。本發(fā)明控制系統(tǒng)中采用位置傳感器2輸入油門踏板1的位置信號，并采用數(shù)字控制器來控制油門的大小，響應(yīng)速度快，且位置精度高；其次在整個控制系統(tǒng)中采用了閉環(huán)控制，輸出線性好，增加了發(fā)動機(jī)運(yùn)行的精度。由于節(jié)氣門體內(nèi)的第一節(jié)氣門開度傳感器63與第二節(jié)氣門開度傳感器64的電位計(jì)是反相安裝的，當(dāng)節(jié)氣門閥62的位置發(fā)生變化時，兩路信號電壓均線性變化，其中一個增加的同時另一個減小。兩路節(jié)氣門位置反饋信號輸出，用于判斷節(jié)氣門開度,節(jié)氣門體6內(nèi)置的節(jié)氣門閥62在轉(zhuǎn)動時，節(jié)氣D體6內(nèi)置的兩個節(jié)氣門開度傳感器的反饋信號與節(jié)氣門閥62的位置關(guān)系如圖2所示。由圖2中可看出兩與反饋信號與節(jié)氣門閥62的位置成線性關(guān)系，其中一路信號隨著節(jié)氣門閥62的開度增加而相應(yīng)減少，另一路信號隨著節(jié)氣門閥62的開度增加而相應(yīng)增加，兩路反饋信號在節(jié)氣門閥的任一開度上的和是固定的，這樣可以根據(jù)兩路反饋信號的和來判斷當(dāng)前節(jié)氣門閥開度的反饋是否正常，如果不正常，可以做出相應(yīng)的反應(yīng)。因此，本發(fā)明控制系統(tǒng)同現(xiàn)有技術(shù)相比具有響應(yīng)速度快、位置精度高、輸出力線性好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明控制系統(tǒng)中的節(jié)氣門體6采用現(xiàn)有技術(shù)中通常所使用的電子節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)，包括直流電機(jī)、第一、第二節(jié)氣門開度傳感器和復(fù)位彈簧裝置，并被封為一體，其接口共有6個引腳，分別是1、2腳為電機(jī)負(fù)極和正極，即直流電機(jī)控制接口61，3腳接地；4腳為第一節(jié)氣門開度傳感器63的信號輸出接口63;5腳接+5V電源；6腳為第二節(jié)氣門開度傳感器64信號輸出。內(nèi)置的復(fù)位彈簧其彈簧力的方向總是朝節(jié)氣門閥關(guān)閉的方向，從而保證在內(nèi)置的直流電機(jī)出現(xiàn)故障時或其它故障導(dǎo)致節(jié)氣門閥內(nèi)置的直流電機(jī)沒有控制輸入時，能自動關(guān)閉節(jié)氣門閥62，保證汽車安全。本發(fā)明控制系統(tǒng)中采集節(jié)氣門閥62內(nèi)置的反饋信號，能根據(jù)位置反饋信號判斷節(jié)氣門閥62是否出現(xiàn)故障；能自動進(jìn)行反饋信號的取舍，選取當(dāng)前最精確的反饋信號，或者運(yùn)用所有反饋信號平均值。節(jié)氣門體6的反饋信號與單片機(jī)3的輸出控制信號形成閉環(huán)控制。節(jié)氣門闊62在轉(zhuǎn)動過程中，由于受到彈簧復(fù)位扭矩、阻尼力矩、粘性摩擦扭矩、電機(jī)驅(qū)動力矩及進(jìn)氣擾流產(chǎn)生的不平衡力矩的作用，存在不確定因素的影響。由于節(jié)氣門體6中存在非線性彈簧、，粘性摩擦和滑動摩擦、進(jìn)氣擾動等罔素的影響，導(dǎo)致了控制對象為一嚴(yán)重非線性系統(tǒng)，控制難度較高，由于節(jié)氣門體6內(nèi)的復(fù)位彈簧的存在，易產(chǎn)生阻尼振蕩，如果輸入控制不恰當(dāng)?shù)脑?，?jié)氣門閥62將在控制點(diǎn)附近來回轉(zhuǎn)動，嚴(yán)重影響節(jié)氣門閥62控制的精確度。CAN通訊電路部分主要芯片為PC82C250，其電路圖如圖5所示。電機(jī)驅(qū)動電路采用MC33886芯片，其電路圖如圖6所示，電機(jī)驅(qū)動芯片MC33886是單片集成的H橋元件，它適用于驅(qū)動小馬力直流電機(jī)，并且有單橋^l雙橋兩種控制方式。Dl、D2為使能端，IN1、IN2為PWM信號控制輸入端，OUTl、OUT2為輸出端。單片機(jī)采用MC9S12DP256C芯片，其單片機(jī)MC9S12DP256C的管腳圖如圖7所示。本發(fā)明控制系統(tǒng)中的MC9S12DP256C單片機(jī)采用PID控制方式，不需要測量系統(tǒng)的模型，即將偏差的比例P、積分I和微分D通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制。其中比例控制(P):就是對偏差進(jìn)行控制，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即就發(fā)生作用即調(diào)節(jié)控制輸出，使被控量朝著減小偏差的方向變化，偏差減小的速度取決于比例系數(shù)Kp，Kp越大偏差減小的越快，但是很容易引起振蕩，尤其是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的情況下，Kp減小，發(fā)生振蕩的可能性減小但是調(diào)節(jié)速度變慢。但單純的比例控制存在靜差不能消除的缺點(diǎn)。這異就需要積分控制。積分控制(I)實(shí)質(zhì)上就是對偏差累積進(jìn)行控制，直至偏差為零。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力，有利于消除靜差，其效果不僅與偏差大小有關(guān)，而且還與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。簡單來說就是把偏差積累起來，一起算總帳。微分控制(D):它能敏感出誤差的變化趨勢,可在誤差信號出現(xiàn)之前就起到修正誤差的作用,有利于提高輸出響應(yīng)的快速性,減小被控量的超調(diào)和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但微分作用很容易放大高頻噪聲，降低系統(tǒng)的信噪比,從而使系統(tǒng)抑制干擾的能力下降。由于節(jié)氣門閥中復(fù)位彈簧的作用以及磨擦等因素，使節(jié)氣門閥的受力變得復(fù)雜，增加了控制方面的難度，節(jié)氣門闊向不同方向轉(zhuǎn)動的過程中，主要的非線性彈簧產(chǎn)生的拉力不同，轉(zhuǎn)動范圍大小也不同，導(dǎo)致正反轉(zhuǎn)模型不同，針對節(jié)氣門閥的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，需要設(shè)計(jì)不同的PID控制。程序需根據(jù)當(dāng)前的節(jié)氣門閥的位置，油門踏板的位置，判斷出當(dāng)前節(jié)氣門閥轉(zhuǎn)動的方向，判斷進(jìn)入正轉(zhuǎn)控制流程還是進(jìn)入反轉(zhuǎn)控制流程，并完成控制流程的非線性切換。PID控制方式的控制規(guī)律表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(1)其中Kp-Tt一-比例系數(shù)；-積分時間常數(shù)；Td——微分時間常數(shù)；U——控制器輸出信號；e(t)——偏差信號。通過公式(1)可見PID控制方式的規(guī)律是，(1)Kp直接決定控制作用的強(qiáng)弱，加大Kp可以減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，但過大會使動態(tài)品質(zhì)變壞，引起被控制量振蕩甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定；(2)在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加上積分控制可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，因?yàn)橹灰嬖谄睿姆e分所產(chǎn)生的控制量總是用來消除穩(wěn)態(tài)誤差的，直到積分的值為零，控制作用才停止。但它將使系統(tǒng)的動態(tài)過程變慢，而且過強(qiáng)的積分作用會使系統(tǒng)的超調(diào)量增大，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞；(3)微分的控制作用跟偏差的變化速度有關(guān)，微分控制能夠預(yù)測偏差，產(chǎn)生超前的校正作用，它有助于減少超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，并能加快系統(tǒng)的動作度，減小調(diào)整時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。其不足之處是放大了噪聲信號。為便于單片機(jī)計(jì)算、控制的實(shí)現(xiàn)，最好將模擬PID算式離散化。艮口取T為采樣周期，設(shè)k為采樣序號，k=0，1，2…j……k，用一階差分代替微分，累加代替積分，將模擬PID調(diào)節(jié)器的輸出算式離散化為差分方程。因采樣周期T相對于信號變化周期是很小的，可令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>將上式演化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>或?qū)憺殡m)=-1)+flfo,—"母-1)+^2辦-2)其中"。=y^p(1+77/7>+7b/r)"2二^7b/r設(shè)預(yù)期節(jié)氣門閥位置角度為W，實(shí)際節(jié)氣門闊位置角度為e，則有偏差信號于是可得控制信號u(k)雖)=,-1)+-維)]--1)-維-1)]+-2)--2)](2)為了使系統(tǒng)性能能夠達(dá)到最佳，上述公式(2)中的Oq、"、a2三個參數(shù)最好是在線調(diào)整。例如在本發(fā)明的設(shè)計(jì)中，公式(2)中正向"0=0.12;"1=0.01;"2=0.001;反向K).1;"=0.01;仏=0扁。如前所述，本發(fā)明控制系統(tǒng)中的單片機(jī)3為MC9S12DP256C，其內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器33、PWM輸出模塊32和CAN通訊控制模塊31。其工作流程如圖8所示，啟動系統(tǒng)801，系統(tǒng)初始化802后，A/D轉(zhuǎn)換器33對油門踏板1的輸出信號以及節(jié)氣門閥62的兩路反饋信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號803和804，PWM輸出模塊用于對節(jié)氣門體6內(nèi)的直流電機(jī)進(jìn)行輸出控制。單片機(jī)3通過對油門踏板1輸出的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，對轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，即可算出模擬信號的電平，單位為mV，將該電平減去200mV，然后除以4600，就可算出當(dāng)前油門踏板位置的百分比，根據(jù)處理后的結(jié)果，同時對當(dāng)前節(jié)氣門的節(jié)氣門閥62的位置的兩路反饋模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，對轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，即可算出模擬信號的電平，單位為mV，將兩路轉(zhuǎn)換完的電平相加805;判斷當(dāng)前的反饋信號是否正常806，如果正常，即結(jié)果等于5V，則表明節(jié)氣門閥的兩路反饋信號均正常，如果結(jié)果不等于5V，則表明節(jié)氣門閥62的兩路反饋信號中有錯誤存在，則關(guān)閉節(jié)氣門閥807，此時應(yīng)報警808，報警后重新對油門踏板1輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換803。當(dāng)反饋信號正常時，進(jìn)行節(jié)氣門閥當(dāng)前位置計(jì)算809，將反饋信號1轉(zhuǎn)換的電平減去500mV,然后除以4000，就可算出當(dāng)前節(jié)氣門閥的位置的角度百分比，對先前的油門踏板換算出的油門踏板1位置，得出節(jié)氣門閥62應(yīng)該轉(zhuǎn)到的角度，對該角度與當(dāng)前的節(jié)氣門閥的位置角度進(jìn)行比較810，如果當(dāng)前角度大于將要轉(zhuǎn)到的角度，說明節(jié)氣門閥將要反向轉(zhuǎn)動，如果當(dāng)前角度小于將要轉(zhuǎn)到的角度，說明節(jié)氣門閥62將要正向轉(zhuǎn)動，根據(jù)判斷出的轉(zhuǎn)動方向，進(jìn)入計(jì)算流程，若節(jié)氣門閥正向轉(zhuǎn)動，則根據(jù)上述公式(2)，并將flfo-0.12、"=0.01和<72=0.001帶入公式(2)中，計(jì)算出正向輸出的控制電壓812;若節(jié)氣門閥反向轉(zhuǎn)動，則根據(jù)根據(jù)上述公式(2)，并將反向仏=0.1、^=0.01和flf2=0.006帶入公式(2)中，計(jì)算出'反向輸出的控制電壓811;然后根據(jù)結(jié)果，輸出PWM813，轉(zhuǎn)動節(jié)氣門閥。同時將油門踏板l的位置、節(jié)氣門閥62的位置通過CAN通訊接口4發(fā)送到監(jiān)測裝置7上。盡管結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了上述描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之列。權(quán)利要求1.一種汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電源和依次與油門踏板連接的位置傳感器和單片機(jī)，所述單片機(jī)中內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出模塊和CAN通訊控制模塊；所述CAN通訊控制模塊通過CAN通訊接口將處理后的數(shù)字化信號傳遞給監(jiān)測裝置；所述PWM輸出模塊與電機(jī)驅(qū)動電路連接，并經(jīng)過節(jié)氣門體將兩組節(jié)氣門開度反饋信號分別傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器；所述節(jié)氣門體包括被封為一體的直流電機(jī)、節(jié)氣門閥、第一、第二節(jié)氣門開度傳感器、復(fù)位彈簧裝置和反饋信號輸出接口；所述直流電機(jī)通過直流電機(jī)控制接口與節(jié)氣門閥連接，所述節(jié)氣門閥的開度信號分別通過第一、第二節(jié)氣門閥開度傳感器傳遞，并經(jīng)過反饋信息輸出接口反饋給A/D轉(zhuǎn)換器；所述節(jié)氣門體共有6個引腳，其中1、2腳分別為電機(jī)負(fù)極和正極，3腳接地；4腳為第一節(jié)氣門開度傳感器的信號輸出接口，5腳接+5V電源，6腳為第二節(jié)氣門開度傳感器的信號輸出接口；所述復(fù)位彈簧的彈簧力的方向總是朝節(jié)氣門閥關(guān)閉的方向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，其中，電源電路采用MAX738芯片，將車載蓄電池的+12V直流電源轉(zhuǎn)換成+5V電源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，其中，所述單片機(jī)采用MC9S12DP256C芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)驅(qū)動電路采用MC33886芯片，該MC33886芯片是單片集成的H橋元件，Dl和D2為使能端，IN1和IN2為PWM信號控制輸入端，OUTl和OUT2為輸出端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器和—節(jié)氣門開度傳感器的電位計(jì)是反相安裝的，當(dāng)節(jié)氣門位置發(fā)生變化時，兩路信號電壓均線性變化，其中一個增加，同時另一個減小。6.—種利用如權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述單片機(jī)的控制方法采用PDI方式，將偏差的比例P、積分I和微分D通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制；該控制方法包括以下步驟-(1)啟動并初始化系統(tǒng)；(2)A/D轉(zhuǎn)換器對油門踏板的輸出信號以及節(jié)氣門閥的兩路反饋信號進(jìn)行A7D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；(3)對、上述數(shù)字信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，得出模擬信號的電平，并得出當(dāng)前油門踏板位置的百分比；(4)判斷當(dāng)前的反饋信號是否正常，若計(jì)算出的模擬信號的電平結(jié)果等于5V，則進(jìn)行節(jié)氣門當(dāng)前位置計(jì)算，并得出當(dāng)前節(jié)氣門閥的位置的角度百分比；否則關(guān)閉節(jié)氣門閥，并報警，然后返回上述步驟(2);(5)判斷上述當(dāng)前節(jié)氣門閥的角度與系統(tǒng)初始化時節(jié)氣門閥的角度，進(jìn)行PWM輸出計(jì)算，若當(dāng)前節(jié)氣門閥的角度小于初始化時節(jié)氣門閥的角度，則節(jié)氣門閥正向轉(zhuǎn)動，PWM正向輸出計(jì)算；否則，節(jié)氣門閥反向轉(zhuǎn)動，PWM反向輸出計(jì)算；(6)PWM輸出，至此完成一個循環(huán)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制方法，其中，所述PID控制方式的表達(dá)式是其中Kp——比例系數(shù)；.Tt——積分時間常數(shù)；Td——微分時間常數(shù)；U~~控制器輸出信號；e(t)——偏差信號。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制方法，其中，將PID控制方式的表達(dá)式離散化，取T為采樣周期，設(shè)k為采樣序號，k=0，1，2…j……k，用一階差分代替微分，累加代替積分，將PID控制方式的表達(dá)式離散化為差分方程；因采樣周期T相對于信號變化周期是很小的，可令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>或?qū)憺?lt;formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>設(shè)預(yù)期節(jié)氣門閥位置角度為W，實(shí)際節(jié)氣門閥位置角度為0，則有偏差信號于是可得PWM輸出的控制信號U(k)的計(jì)算表達(dá)式<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制方法，其中，所述PWM輸出的控制信號uOO的計(jì)算表達(dá)式中的a。、仏、flf2三個參數(shù)為在線調(diào)整；當(dāng)節(jié)氣門閥正向轉(zhuǎn)動時，貝IJ:"0=0.12;"=0.01;"2=0.001;當(dāng)節(jié)氣門閥反向轉(zhuǎn)動時，貝'J:ao=0.1;"=0.01;02=0.006。全文摘要本發(fā)明公開了一種位置精度高、輸出力線性好、可靠性高、響應(yīng)速度快的汽車發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，包括電源和依次與油門踏板連接的位置傳感器和單片機(jī)，單片機(jī)中內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出模塊和CAN通訊控制模塊；CAN通訊控制模塊通過CAN通訊接口將處理后的數(shù)字化信號傳遞給監(jiān)測裝置；PWM輸出模塊與電機(jī)驅(qū)動電路連接，并經(jīng)過節(jié)氣門體將兩組節(jié)氣門開度反饋信號分別傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器；節(jié)氣門體包括被封為一體的直流電機(jī)、節(jié)氣門閥、兩個節(jié)氣門開度傳感器、復(fù)位彈簧裝置和反饋信號輸出接口；直流電機(jī)通過直流電機(jī)控制接口與節(jié)氣門閥連接，節(jié)氣門閥的開度信號通過節(jié)氣門閥開度傳感器傳遞和反饋信息輸出接口反饋給A/D轉(zhuǎn)換器；復(fù)位彈簧的彈簧力的方向總是朝節(jié)氣門閥關(guān)閉的方向。文檔編號F02D41/26GK101215994SQ20071006054公開日2008年7月9日申請日期2007年12月28日優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日發(fā)明者喬勝華,琦馮,李廣霞,弘陳申請人:天津汽車檢測中心;陳弘