摘要

为改善汽车行驶的动力性、平稳性和经济性，减少排放污染，汽油机电子节气门越来越多地应用到各种车辆上。电子节气门控制系统以传感器组和执行器取代了传统节气门的机械连接，开度在任何工况下都由驱动电机控制。踏板的输入信号被看作是驾驶员的转矩需求，发动机管理系统协调各功能模块的转矩需求后确定最终输出转矩，由此决定实际进气量，并输出相应的控制信号使节气门到达目标开度。国外产品已经大批量生产，国内只是处于引进使用阶段，在此方面的研究很少.
本设计研究了电子节气门控制系统。分析了电子节气门的结构和控制原理，并与传统的机械式节气门作了比较，对传感器的输出电压特性进行标定，设计了控制系统的硬件和软件。阐述了单片机控制系统的工作原理和优点，详细介绍了飞思卡尔MC9 S12DG128单片机，并选择了MC33886作为直流电机驱动芯片，对此种芯片组成的控制系统进行了设计。运用PROTEL绘制了电子节气门硬件电路图。采用单片机C语言编写了单片机控制程序，并实现了PID控制算法。实现了电子节气门位置的闭环控制。

关键词：电子节气门；电控系统；PID；PROTEL；MC9S12DG128

ABSTRACT

Gasoline engine electronic throttle is being increasingly used in all kinds of vehicles to improve the vehicles dynamic, stability and efficiency,and reduced emissions pollution .The electronic damper control system has substituted for the traditional damper solderless joint by the transducer unit and the actuator, the opening under any operating mode all by the actuation electrical machinery control ,The footboard input signal by regarding as is pilot's torque demand.After the engine management system management system coordinates various functions module the torque demand to determine finally outputs the torque,and from which decided the actual air input and outputs the corresponding control signal diplomatic agent tire valve to arrive the goal opening .The overseas product already the mass production, domestic only is at the introduction operational phase, are very few in this aspect research.
This design has studied the electronic damper control system . It has carried on the electronic damper structure and the control principle and has made the comparison with the traditional mechanical damper and the demarcation to the sensor output voltage characteristic Which also has designed the control system hardware and the software analyzed.The design has laborated the monolithic integrated circuit control system principle of work and the merit and introduced in detail flies thinks Cull the MC9S12DG128 monolithic integrated circuit .It chose MC33886 to actuate the chip as the direct current machine Which has carried on the design to this kind of chip composition control system and drawn up the electronic damper hardware circuit diagram using PROTEL ,It take the monolithic integrated circuit C language to compile the monolithic integrated circuit control procedure and has realized the PID control algorithm. Has realized the electronic damper position closed-loop control.

Key word：Electronic Throttle；Electronic Control System；PID；Protel；MC9S12DG12

目　　录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第 1 章绪论 1
1.1 电子节气门技术及发展 1
1.1.1 国外电子节气门发展概况 1
1.1.2 国内电子节气门发展概况 1
1.2 电子节气门的优点 2
1.2.1 电子节气门体产品介绍 2
1.2.2 早期电子节气门 3
1.2.3 帕萨特B5轿车电子节气门系统 3
1.3 电子节气门存在的问题 5
1.4 电子节气门的发展趋势 6
1.5 研究的目的和意义 6
1.6 研究范围和研究内容 7
第 2 章电子节气门的结构及标定 8
2.1 传统节气门与电子节气门的结构比较 8
2.1.1 传统节气门的结构 8
2.1.2 电子节气门的结构 8
2.2 电子节气门的设计方案 10
2.2.1 电子节气门的结构 10
2.2.2 电子节气门及踏板模块的标定 11
2.2.3 电子节气门的标定 11
2.2.4 踏板模块的标定 12
2.3 本章小结 14
第 3 章控制系统硬件设计 15
3.1 控制系统结构 15
3.2 控制系统电路设计 16
3.2.1 单片机特点与选择 16
3.2.2 MC9S12DG128嵌入式系统电路设计 19
3.2.3 单片机A/D转换功能介绍 21
3.3 MC9S12DG128控制系统电路 21
3.3.1 单片机电源电路设计 22
3.3.2 时钟电路设计 23
3.3.3 系统滤波电路设计 24
3.3.4 单片机复位电路的设计 25
3.3.5 RS232 串行通讯电路设计 26
3.4 驱动电路设计 27
3.4.1 直流电机的可逆PWM控制电路 27
3.4.2 直流电机控制原理 29
3.4.3 直流电机驱动电路 31
3.5 本章小结 32
第 4 章控制系统软件设计 33
4.1 软件系统总体分析 33
4.2 控制系统子程序流程图 33
4.2.1 信号采集子程序 33
4.2.2 角度计算子程序流程图 34
4.2.3 控制器子程序流程图 35
4.3 系统软件的开发与调试 36
4.4 硬件系统驱动程序设计 36
4.5 本章小结 41
结论 42
参考文献 44
致谢 46

内容简介：: 12345678 B 1:面驱动原理图9 12 4123456 3 3311034103710121022（并联型）电源指示灯滤波电路锁相环滤波电路6)()123加速踏板123加速踏板位置传感器123电子节气门位置传感器123节气门驱动电机毕业设计（论文）题目审定表指导教师姓名张毅职称讲师从事专业汽车服务工程是否外聘是否题目名称汽车电子节气门控制系统设计课题适用专业车辆工程课题类型课题简介：（主要内容、意义、现有条件、预期成果及表现形式。）随着电子技术的不断发展、控制功能的不断加强，发动机管理系统实现了基于转矩控制的发动机管理系统，在喷油和点火的控制方面，基于转矩控制的发动机管理系统和传统的发动机管理系统基本相同，但在进气充量控制即节气门的控制方面却有很大的区别。基于扭矩控制的发动机管理系统中，踏板向入节气门期望的开度，以反映驾驶员的转矩需求。发动机管理系统根据最终的转矩计算出所需的进气量、喷油量和点火正时。根据气缸进气量可以计算出相应的节气门开度，并把与此开度相对应的控制信号传给节气门开度控制执行器，实现“电驱动”。因此发动机管理系统是首先确定所需的进气量，并由此“反算”出节气门的实际开度。传统的节气门已经不能满足需要，电子节气门控制系统应运而生，成为发动机全电控中的一个重要部件。本毕业设计研究的主要内容：完成电子节气门控制系统研究现状及产品调研。查阅现有的对电子节气门的研究资料，分析其控制的优缺点，调查市场上产品生产及应用现状。根据电子节气门的功能要求，选择单片机；设计电子节气门控制系统的硬件电路； C 语言编程，完成汽车电子节气门控制系统的硬件驱动。预期成果及表现形式：确定汽车电子节气门控制系统的硬件设计方案；撰写并提交毕业设计说明书不少于字，硬件电路图一份，开题报告一份。指导教师签字：年月日教研室意见 1 选题与专业培养目标的符合度好较好一般较差 2 对学生能力培养及全面训练的程度好较好一般较差 3 选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度好较好一般较差 4 论文选题的理论意义或实际价值好较好一般较差 5 课题预计工作量较大适中较小 6 课题预计难易程度较难一般较易教研室主任签字：年月日系（部）教学指导委员会意见：负责人签字：年月日注：课题类型填写会）实际；。毕业设计（论文）任务书学生姓名邵立军系部汽车工程系专业、班级车辆工程指导教师姓名张毅职称讲师从事专业汽车服务工程是否外聘是否题目名称汽车电子节气门控制系统设计一、设计（论文）目的、意义随着电子技术的不断发展、控制功能的不断加强，发动机管理系统实现了基于转矩控制的发动机管理系统，在喷油和点火的控制方面，基于转矩控制的发动机管理系统和传统的发动机管理系统基本相同，但在进气充量控制即节气门的控制方面却有很大的区别。基于扭矩控制的发动机管理系统中，踏板向入节气门期望的开度，以反映驾驶员的转矩需求。发动机管理系统根据最终的转矩计算出所需的进气量、喷油量和点火正时。根据气缸进气量可以计算出相应的节气门开度，并把与此开度相对应的控制信号传给节气门开度控制执行器，实现“电驱动”。因此发动机管理系统是首先确定所需的进气量，并由此“反算”出节气门的实际开度。传统的节气门已经不能满足需要，电子节气门控制系统应运而生，成为发动机全电控中的一个重要部件。电子节气门控制运用电驱理念，一方面它精确控制进气量，可以提高发动机动力性、经济性，减轻排放；另一方面，通过它对汽车动力系统的功率控制来提升驾驶性能，比如安全、平顺性等。因此，电子节气门已成为汽车发动机完全电控的一个非常重要的功能模块。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）本毕业设计研究的主要内容：完成电子节气门控制系统研究现状及产品调研。查阅现有的对电子节气门的研究资料，分析其控制的优缺点，调查市场上产品生产及应用现状。根据电子节气门的功能要求，选择单片机；设计电子节气门控制系统的硬件电路；制硬件电路图； C 语言编程，完成汽车电子节气门控制系统的硬件驱动。技术要求：调研查阅现有电子节气门的研究资料完成电子节气门的发展、构成、工作原理及其控制系统的研究现状；在调研的基础上，根据电子节气门的功能要求及单片机原理的掌握选择单片机；采取调研及实际测试的方式搭建电子节气门的硬件电路；制硬件电路图；通过对 C 语言的的学习，完成汽车电子节气门控制系统的硬件驱动。、设计（论文）完成后应提交的成果毕业设计说明书不少于字，电子节气门硬件的搭建；硬件电路图一份；开题报告一份；四、设计（论文）进度安排调研、资料收集，完成开题报告；第 4 周（ 3 月 24 日 3 月 30 日）根据电子节气门的功能要求完成单片机选型工作；第 5 周（ 3 月 31 日 4 月 6 日）设计硬件电路；第 6 7 周（ 4 月 7 日 4 月 20 日）学习图软件 ,绘制电路图；第 8 周（ 4 月 21 日 4 月 27 日）学习 C 语言程序设计及汇编语言，掌握程序编写的基本方法； 9 12 周（ 4 月 28 日 5 月 25日）完成设计说明书； 13 周（ 5 月 26 日 6 月 1 日）修改设计说明书，提交设计说明书及路图；第 14 周（ 6 月 2 日 6 月 8 日）设计审核、修改设计说明书及电路图；第 15、 16 周（ 6 月 9 日 6 月 22 日）毕业设计答辩准备及答辩；第 17 周（ 6 月 23 日 6 月 29 日）五、主要参考资料数字图书馆：中国维普期刊网、中国知网；万方数据；超星电子图书等；关键词查询，电子节气门、控制系统、硬件电路设计等；图书馆： C 语言、件教程等；电子节气门的维修手册查询电路图；实验室对电子节气门硬件调试；参考单片机、电工电子、汽车电器等教材；六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告学生姓名邵立军系部汽车工程系专业、班级车辆工程 16 指导教师姓名张毅职称讲师从事专业交通运输是否外聘是否题目名称汽车电子节气门控制系统设计一、课题研究现状 ,选题的目的、依据和意义 1、研究现状电子节气门在国外发展较早，已有 20 多年的历史，产品已大规模投入市场。电子节气门作为发动机进气控制系统的下一代产品，国外的研究试验得到大力发展，并日趋成熟。国内近年来在捷达、宝来、波罗等轿车上广泛采用了引进的电子节气门，但对于引进的电子节气门只是处于使用阶段，对其核心技术知之甚少。国内的电子节气门控制系统的研究远远落后于国外，只有关于电子节气门结构探讨、实现功能等综述性报道。目前清华大学、北京理工大学等几家单位进行过控制系统设计方面的研究。 2、目的、依据和意义电子节气门在控制策略上由先前的线性控制到现在的非线性控制；驱动由步进电机到直流电机；从先前为单一提高驾驶性能到现在为提高发动机的经济性、排放性及乘驾舒适性等多项综合性能，集成了多种控制功能；采用冗余设计和系统故障检测与失效保护等。实现汽车发动机节气门开度的精确控制，使得汽车整个控制系统结构简化，确保车辆行驶具有更高的可靠性。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 1、研究的基本内容电子节气门控制运用电驱理念，一方面它精确控制进气量，可以提高发动机动力性、经济性，减轻排放；另一方面，通过它对汽车动力系统的功率控制来提升驾驶性能，比如安全、平顺性等。因此，电子节气门已成为汽车发动机完全电控的一个非常重要的功能模块。 2、拟解决的主要问题（ 1）传统的节气门靠机械连接进行控制，很难实现发动机性能的最佳控制。电子节气门控制系统采用电驱动，能根据发动机的转矩需求实现最佳的进气控制。（ 2）同时控制怠速控制系统、巡航控制系统和车辆稳定控制系统，使车辆结构大大简化。（ 3）确保车辆行驶的可靠性，节气门平衡位置处于一个微小开度，当现异常或不能工作时，发动机仍可运行。、技术路线（研究方法）四、进度安排（ 1）调研、资料收集，完成开题报告第 4 周（ 3 月 24 日 3 月 30 日）（ 2）熟悉电子节气门的构造组成及工作原理 (提出有关相应问题 )，查阅单片机的相关书籍：第 45 周（ 3 月 31 日 4 月 6 日）（ 3）据自已所学单片机知识及实验室节气门拆装实习，提出初步设计方案，对于辅助工具有一定使用能力：第 67 周（ 4 月 7 日 4 月 13 日）（ 4）完成单片机的选用 ,完成具体方案的设计及画出电子节气门工作电路图及中期检查：第89 周（ 4 月 14 日 4 月 20 日）（ 5）学习 C 语言程序设计及汇编语言，掌握程序编写的基本方法（ 4 月 21 日 4 月 27 日）（ 6）掌握图软件，绘制电子节气门硬件电路系统电路（ 4 月 28 日 5 月 11 日）（ 7）对单片机进行程序设计，使其控制符合电子节气门工作要求，完成电动机的选择：第1011 周（ 5 月 12 日 5 月 25 日）（ 8）根据电路图 ,对实体进行连接，调试单片机程序，使电动机工作处于最佳工作状态。并对装配元件不良位姿进行相应的调整修正，并修改不足之处：第 1214 周（ 5 月 26 日 6 月 8 日）（ 9）设计审核、修改第 15、 16 周（ 6 月 9 日 6 月 22 日）（ 10）毕业设计答辩准备及答辩第 17 周（ 6 月 23 日 6 月 29 日）单片机及 C 语言基础知识的学习节气门的构造及其工作原理电子节气门的初步方案设计，选择单片机画出电子节气门工作电路图连接电路图并调试单片机程序修改不足及设计说明书的书写调查研究五、参考文献 1秦明华 M北京理工大学出版社， 2002. 2李雅博等 J2004， (3). 3朱盛镭 J1996， (2). 4陶国良 J2003， (8). 5000;TC 20006邵贝贝 M. 北京：清华大学出版社 0. 7贺益康电力电子技术 M学出版社 . 8钱耀义 M. 北京：机械工业出版社 . 9冯渊 M 械工业出版社， 10003. 11李军 00 改进型轿车电控节气门系统 J2001，（ 4） . 12顾柏良车工程手册 M 京理工大学出版社， 8813刘汉军等 D2000， (29). 14000;00015陶国良 J.报， 1999， 18（ 4） . 16林学东北京：北京理工大学出版社， 17张永玉 J. 北京：机械工业出版社， 17918a 00019亿恒科技（西门子）单片机应用指南 D海复旦大学出版社， 2000， 10. 六、备注指导教师意见：签字：年月日毕业设计（论文）中期检查表填表日期 2008 年 05 月 07 日迄今已进行 6 周剩余 7 周学生姓名邵立军系部汽车工程专业、班级车辆工程导教师姓名张毅职称讲师从事专业汽车服务工程是否外聘是否题目名称汽车电子节气门控制系统设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容存在问题及努力方向学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日毕业设计指导教师评分表学生姓名邵立军系部汽车工程系专业、班级车辆工程 16 指导教师姓名张毅职称讲师从事专业汽车服务工程是否外聘是否题目名称汽车电子节气门控制系统设计序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）指导教师签字：年月日毕业设计评阅人评分表学生姓名邵立军专业班级车辆工程 16 指导教师姓名张毅职称讲师题目汽车电子节气门控制系统设计序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、的使用等） 5 得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）评阅人签字：年月日毕业设计答辩评分表学生姓名邵立军专业班级车辆工程 16 指导教师张毅职称讲师题目汽车电子节气门控制系统设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、、实用性、科学性和创新性 15 5 毕业设计答辩准备情况 5 6 毕业设计自述情况 20 7 毕业设计答辩回答问题情况 30 总分 Z= 答辩过程记录、评语：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名邵立军性别男系部汽车工程专业车辆工程班级计（论文）题目汽车电子节气门控制系统设计指导教师姓名职称指导教师评分（ X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（ Y）答辩组组长职称答辩组评分（ Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：系部公章：年月日注： 1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制 =、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。本科学生毕业设计汽车电子节气门控制系统设计系部名称：汽车工程系专业班级：车辆工程学生姓名：邵立军指导教师：张毅职称：讲师黑龙江工程学院二八年六月 12345678 B 1:面驱动原理图9 12 4123456 3 3311034103710121022（并联型）电源指示灯滤波电路锁相环滤波电路6)()123加速踏板123加速踏板位置传感器123电子节气门位置传感器123节气门驱动电机 1 摘要为改善汽车行驶的动力性、平稳性和经济性，减少排放污染，汽油机电子节气门越来越多地应用到各种车辆上。电子节气门控制系统以传感器组和执行器取代了传统节气门的机械连接，开度在任何工况下都由驱动电机控制。踏板的输入信号被看作是驾驶员的转矩需求，发动机管理系统协调各功能模块的转矩需求后确定最终输出转矩，由此决定实际进气量，并输出相应的控制信号使节气门到达目标开度。国外产品已经大批量生产，国内只是处于引进使用阶段，在此方面的研究很少 . 本设计研究了电子节气门控制系统。分析了电子节气门的结构和控制原理，并与传统的机械式节气门作了比较，对传感器的输出电压特性进行标定，设计了控制系统的硬件和软件。阐述了单片机控制系统的工作原理和优点，详细介绍了飞思卡尔 12并选择了此种芯片组成的控制系统进行了设计。运用用单片机实现了实现了电子节气门位置的闭环控制。关键词：电子节气门；电控系统； 2 is in of to by by by as is s to to is at in It on to of in It to as on to of up It to ID 3 目录摘要第 1 章绪论 1 子节气门技术及发展 1 外电子节气门发展概况 1 内电子节气门发展概况 1 子节气门的优点 2 子节气门体产品介绍 2 期电子节气门 3 萨特 3 子节气门存在的问题 5 子节气门的发展趋势 6 究的目的和意义 6 究范围和研究内容 7 第 2 章电子节气门的结构及标定 8 统节气门与电子节气门的结构比较 8 统节气门的结构 8 子节气门的结构 8 子节气门的设计方案 10 子节气门的结构 10 子节气门及踏板模块的标定 11 子节气门的标定 11 板模块的标定 12 章小结 14 第 3 章控制系统硬件设计 15 制系统结构 15 制系统电路设计 16 4 片机特点与选择 16 19 片机 A/能介绍 21 21 片机电源电路设计 22 钟电路设计 23 统滤波电路设计 24 片机复位电路的设计 25 行通讯电路设计 26 动电路设计 27 流电机的可逆 27 流电机控制原理 29 流电机驱动电路 31 章小结 32 第 4 章控制系统软件设计 33 件系统总体分析 33 制系统子程序流程图 33 号采集子程序 33 度计算子程序流程图 34 制器子程序流程图 35 统软件的开发与调试 36 件系统驱动程序设计 36 章小结 41 结论 42 参考文献 44 致谢 46 s i 008 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘要为改善汽车行驶的动力性、平稳性和经济性，减少排放污染，汽油机电子节气门越来越多地应用到各种车辆上。电子节气门控制系统以传感器组和执行器取代了传统节气门的机械连接，开度在任何工况下都由驱动电机控制。踏板的输入信号被看作是驾驶员的转矩需求，发动机管理系统协调各功能模块的转矩需求后确定最终输出转矩，由此决定实际进气量，并输出相应的控制信号使节气门到达目标开度。国外产品已经大批量生产，国内只是处于引进使用阶段，在此方面的研究很少 . 本设计研究了电子节气门控制系统。分析了电子节气门的结构和控制原理，并与传统的机械式节气门作了比较，对传感器的输出电压特性进行标定，设计了控制系统的硬件和软件。阐述了单片机控制系统的工作原理和优点，详细介绍了飞思卡尔 12片机，并选择了为直流电机驱动芯片，对此种芯片组成的控制系统进行了设计。运用制了电子节气门硬件电路图。采用单片机 C 语言编写了单片机控制程序，并实现了制算法。实现了电子节气门位置的闭环控制。关键词：电子节气门；电控系统；龙江工程学院本科生毕业设计 is in of to by by by as is s to to is at in It on to of in It to as on to of up It to ID 龙江工程学院本科生毕业设计录摘要第 1 章绪论 1 子节气门技术及发展 1 外电子节气门发展概况 1 内电子节气门发展概况 1 子节气门的优点 2 子节气门体产品介绍 2 期电子节气门 3 萨特车电子节气门系统 3 子节气门存在的问题 5 子节气门的发展趋势 6 究的目的和意义 6 究范围和研究内容 7 第 2 章电子节气门的结构及标定 8 统节气门与电子节气门的结构比较 8 统节气门的结构 8 子节气门的结构 8 子节气门的设计方案 10 子节气门的结构 10 子节气门及踏板模块的标定 11 子节气门的标定 11 板模块的标定 12 章小结 14 第 3 章控制系统硬件设计 15 制系统结构 15 制系统电路设计 16 黑龙江工程学院本科生毕业设计单片机特点与选择 16 入式系统电路设计 19 片机 A/D 转换功能介绍 21 制系统电路 21 片机电源电路设计 22 钟电路设计 23 统滤波电路设计 24 片机复位电路的设计 25 行通讯电路设计 26 动电路设计 27 流电机的可逆制电路 27 流电机控制原理 29 流电机驱动电路 31 章小结 32 第 4 章控制系统软件设计 33 件系统总体分析 33 制系统子程序流程图 33 号采集子程序 33 度计算子程序流程图 34 制器子程序流程图 35 统软件的开发与调试 36 件系统驱动程序设计 36 章小结 41 结论 42 参考文献 44 致谢 46 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章绪论为改善汽车行驶的动力性、平稳性和经济性，减少排放污染，汽油机电子节气门越来越多地应用到各种车辆上。电子节气门是柔性控制系统，由控制电机驱动节气门，能快速实现节气门位置的精确控制；同时电子节气门系统可以协调发动机和底盘系统的工作，使车辆拥有良好的操纵性。节气门控制与变速箱电控系统控制在变速箱换档时同步调节，使发动机转速与所换档位匹配，达到最小换档冲击；并可设置多种控制功能来改善驾驶安全性和舒适性。子节气门技术及发展传统汽车的节气门采用钢丝绳和杠杆与驾驶室内的油门踏板相连，这种机械式的节气门控制方式很难根据汽车的不同工况相应地做出精确调整，因而会导致汽车的驾驶性能、乘坐舒适性以及汽车的燃油经济性下降，有害物质排放量增加。电子节气门控制系统则以传感器、执行器及电子控制单元替代了原来汽车上加速踏板和发动机节气门之间的传动机构，优化了发动机性能，有效地降低油耗和排放。外电子节气门发展概况电子节气门的研究工作起源于 120 世纪 70 年代，在 80 年代开始有产品问世，近10 年来国外对电子节气门的研究取得了非常迅速的发展。发展趋势可总结为：在控制策略上由线性控制发展为非线性控制，由辅助电子节气门发展为独立的电子节气门系统，从单一的控制功能发展到集成多种控制功能，兼顾提高动力性、经济性、操纵稳定性、排放性和乘坐舒适性。目前，国外多家公司已对电子节气门系统作了深入的研发，比如德国博世）、皮尔博格） ,美国德尔福）、伟世通） ,日本丰田）、日立）、电装），意大利玛瑞利）等已推出系列化产品应用于各种品牌的中高档轿车 2。内电子节气门发展概况国内对电子油门研究尚处于起步阶段。虽然一汽大众、上海大众、上海通用及广州本田等公司生产的部分高级轿车上已经配置了电子节气门系统，但都属国外引进的技术，其关键技术未能消化吸收，未能形成具有我国自主知识产权的称产品。 2004 年，奇瑞公司开发了电子节气门系统，用于黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 旗云车上。另外，国内部分高校近年来也对展了研究与技术探索，并取得了阶段性成果。如清华大学研制的发动机电控节气门控制器和武汉理工大学进行了基于电子节气门控制的研制等 3。子节气门的优点 1、节气门开度的精确控制由应于驾驶状况来计算出最佳的节气门开度，由控制电机驱动节气门。 2、集成多种控制功能电子节气门控制系统作为发动机控制的一个功能模块，除了维持发动机正常运转所进行的加速、怠速控制外，还可以完成与进气控制有关的巡航控制、防抱死控制、车辆稳定控制以及换档防冲控制等，实现信息共享，通过电子节气门中的驱动电机控制节气门的开度来实现综合控制。 3、最佳的操控及稳定性在接到驾驶员踩油门到底指令时，并不会直接将节气门全开，而是根据发动机的负荷及转速增加的速度，节气门先打开一个基本角度，然后缓慢的增大，这种渐进式的开启方式可以减轻因发动机转速突变带来的振动，并得到最有效率的进气控制，从而使发动机加速更柔顺、更快速、更省油。 4、排放降低由于在各种情况下对过量空气系数的精确控制，使得燃烧更加完全；在怠速时又只允许极小的开度来增进稳定燃烧，提高燃油经济性，排放也得到进一步控制。 5、海拔高度补偿由于在高海拔时吸入发动机的空气更加稀薄，降低发动机的有效扭矩。为了弥补这种性能损失，电子节气门可以根据压力感器信号来增加节气门的开度，从而获得与平地一样的行车性能子节气门体产品简介在生产了车已达 20 年之久的时候，通用汽车公司在 2004 年的秋季推出了他们的雪佛兰款中级皮卡。在这两款车上，所采用的所有新的和改进的标准技术就是 “ 这 3 个字母，即 “ 电子节气门控制系统 ” 。自 1988 年宝马轿车开始应用电子节气门控制系统以来 4，该控制系统只是应用在一小部分高级轿车上。在过去的几年中，电子节气门控制系统在美国已经被应用于更多本国生产的汽车上。从最新的报道可以看到，在大众化的汽车市场上，电子节气门控制系统已经成为许多售价仅为一万四千美元的汽车的标准配置了。黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 伟世通的产品节气门采用低扭矩步进直流电机。双节气门位置传感器为发动机控制模块提供信息；双复位弹簧； 8 度缺省节气门角度设置；没有迟滞现象。玛瑞利公司的电子节气门采用直流伺服电机，比步进电机更具有快速精确性与灵活性；两级减速齿轮连接电机和节气门轴，控制精确，需要的动力更少；两节气门位置传感器，有相互监控的作用；两回位弹簧，线路互相屏蔽，外接微处理器及控制电路。斯巴鲁公司已于 2005 年在其生产的所有车型上应用电子节气门控制系统。另外，福特汽车公司的旗舰产品福特 F 150 也将采用电子节气门控制系统。电子节气门控制系统的技术已经相当成熟，其价格已经降了下来，性价比也在不断地得到提高。在汽车上应用电子节气门控制系统已经成为 1 个发展趋势。期电子节气门早期电子节气门保留了原来的进气控制方式即踏板与节气门联动，以作为备用。平时主节气门全开，只对辅助节气门进行控制，在电子节气门失去作用后，启用原来的油门拉线控制方式；经过长期试验证明，电子控制比原来的控制安全可靠得多，所以现在的电子节气门控制系统已经大胆舍弃备用的拉线控制设备。简化了结构，降低了成本。萨特车电子节气门系统帕萨特车电子节气门的结构示意图如图示。电子节气门系统主要由节气门开度传感器、加速踏板位置传感器、据总线、示灯和节气门执行器等组成。图萨特车电子节气门示意图操纵加速踏板时，加速踏板位置传感器记录下加速踏板的位置，并将此信息传递给据此信息及废气排放、燃油消耗、安全等因素，确定转矩及相应的节气门位置，一方面通过控制节气门体上的执行电机来控制节气门转动相应的角度，另黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 一方面控制点火和燃油喷射，使得发动机的实际转矩达到目标转矩，更加精确和有效地对发动机进行控制。帕萨特车电子节气门控制系统的组成： 1、加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器检测加速踏板的位置并通知结构如图示。加速踏板位置传感器是一个无触点的双电位器传感器，由给 5V 电压。该传感器向出两路反映加速踏板位置的电压信号，其中一路是另一路的两倍。据此信号可进行驾驶员期望的扭矩需求计算，经部统一协调后控制执行器工作。由于 2 个电位器是同相安装的，当电子加速踏板位置发生变化时，其电阻值同时线性增加或减小。图速踏板位置传感器 2、节气门执行器节气门由节气门执行器内的节气门驱动装置（电动机）根据指令来控制，可以避免节气门上的节流损失，其结构如图示。图气门执行机构黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 3、报灯在发动机运转时，若电子节气门发生故障，将通过报灯报警。 4、电磁离合器电磁离合器位于节气门电动机和节气门之间，用于连接节气门电动机和节气门，倘若系统元件或线路出现故障，会切断电磁离合器和节气门电动机的电源供应使节气门电动机与节气门分离，节气门在回位弹簧的作用下回到关闭状态。此时，节气门开度由加速踏板经油门拉索直接控制。 5、节气门开度传感器节气门开度传感器位于节气门体上，与传统的节气门开度传感器不同的是其内部实际上包含了两个传感器（见图过这两个传感器的信号输入，得知节气门的实际开度及节气门位置传感器自身是否存在故障。节气门开度传感器在更换修或更换加速踏板位置传感器、载或程编码等情况出现后需要进行初始化。图气门开度传感器初始化的方法是：在不踩加速踏板时打开点火开关（不起动发动机），然后将加速踏板踩到底，最后松开加速踏板并起动发动机。子节气门存在的问题为了安全可靠而采用冗余设计，所用传感器和电机要求有极高的精确性和响应速度，使得成本变高；为了保证系统失效后发动机仍能运转，需要复位弹簧使节气门保持在一个微小的开度，这就需要一个非线性弹簧，使控制算法复杂化。同时电子节气门用了传感器、控制单元、驱动器以及冗余设计，使之成本较高，使得前只装配在高档轿车上。离汽车中低端购买者的消费期望还有一段距离。所以降低成本是当前普及电子节气门的又一重大难题。黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 子节气门的发展趋势作为发动机进气控制系统的下一代产品 5，国外电子节气门产品已大规模投入市场。电子节气门国外的研究试验得到大力发展，并日趋成熟。电子节气门在控制策略上由先前的线性控制到现在的非线性控制；驱动由步进电机到直流电机；从先前为单一提高驾驶性能到现在为提高发动机的经济性、排放性及乘驾舒适性等多项综合性能，集成了多种控制功能；采用冗余设计（配备功能相同的元件并相互检测，防止信号及功能失误而产生故障）和系统故障检测与失效保护。系统集成多种控制功能，降低产品价格。电子节气门控制系统作为发动机控制的一个功能模块，除了维持发动机正常运转所进行的加速、怠速及超速等控制外，还应完成与进气控制有关的巡航控制、防抱死控制、车辆稳定控制以及减小换挡冲击控制等协调控制，实行信息共享，使用直流驱动电机控制节气门的开度来实现综合控制要求。这样既利用了共同信息，节约了成本，又便于实现集中控制，精简结构。最新的资料表明，大约 25%的 2004 款的汽车都采用了不同形式的电子节气门控制系统（在美国）。德国司是一家节气门阀片位置控制器总成的生产商，该公司确信在未来的 10 年内，整个汽车工业将会发生巨大的变化。电子节气门控制系统对于汽车遇到的各种问题来说是 1 个能够提供更多功能、成本更低廉的解决方案，而且在不久的将来它可能还会为汽车发挥更重大的作用。究的目的和意义随着电子技术的不断发展、控制功能的不断加强，发动机管理系统实现了基于转矩控制的发动机管理系统，在喷油和点火的控制方面，基于转矩控制的发动机管理系统和传统的发动机管理系统基本相同，但在进气充量控制即节气门的控制方面却有很大的区别。基于扭矩控制的发动机管理系统中，踏板向入节气门期望的开度，以反映驾驶员的转矩需求。发动机管理系统根据最终的转矩计算出所需的进气量、喷油量和点火正时。根据气缸进气量可以计算出相应的节气门开度，并把与此开度相对应的控制信号传给节气门开度控制执行器，实现 “ 电驱动 ” 。因此发动机管理系统是首先确定所需的进气量，并由此 “ 反算 ” 出节气门的实际开度。传统的节气门已经不能满足需要，电子节气门控制系统应运而生，成为发动机全电控中的一个重要部件。电子节气门控制运用电驱理念，一方面它精确控制进气量，可以提高发动机动力性、经济性，减轻排放；另一方面，通过它对汽车动力系统的功率控制来提升驾驶性能，比如安全、平顺性等。因此，电子节气门已成为汽车发动机完全电控的一个非常重要的功能模块。黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 究范围和研究内容（ 1）完成电子节气门控制系统研究现状及产品调研。查阅现有的对电子节气门的研究资料，分析其控制的优缺点，调查市场上产品生产及应用现状；（ 2）根据电子节气门的功能要求，选择了飞思卡尔片机开发了电子节气门的硬件控制系统；（ 3）使用计并绘制电子节气门控制系统的硬件电路图；（ 4）用单片机 C 语言编写软件控制程序，实现制功能，完成汽车电子节气门控制系统的硬件驱动。黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 第 2 章电子节气门的结构及标定统节气门与电子节气门的结构比较统节气门的结构我们知道，操纵节气门开度就能控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。传统节气门的控制方法仍然采用机械控制方式，节气门轴通过钢丝绳和杠杆与驾驶室内的油门踏板相连，驾驶员通过脚踩油门踏板，来控制节气门开度，从而改变节气门处进气通道的面积，调节发动机的充气量，达到改变发动机输出功率的目的。对于特殊工况则采用附加装置进行空气或燃油补偿，如怠速系统旁通道中采用电磁阀或步进电机驱动改变进气通道面积。但这种传统节气门应用范畴受到限制并缺乏精确性。这种节气门的控制方式由于其动态特性限制，不能根据汽车的所有工况相应地做出精确调整，特别是在冷却起动、低负荷和怠速等特殊工况下更是如此，因而会导致汽车的经济性下降，有害物质排放量增加。图械式节气门简图子节气门的结构与传统油门比较，电子油门 6明显的一点是可以用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，在节气门一端装一只微型电动机，用电动机来驱动节气门开度。即所谓的 “ 导线驾驶 ” ，用导线代替了原来的机械传动机构。但这仅仅是电子油门表面的东西，它的实质和作用仅仅用连接代替方式来解析是远远不够的。首先通过节气门位置传感器将需要的油门开度信号传递到将得到的数据经过扭矩及转速分析，从而输出信号驱动电动机进行油门开度的调节。黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 此外在电喷系统采用电子节气门的扭矩结构控制原理，使得发动机时刻处于最优状态，大大改善了整车性能，提高了驾驶舒适性，降低了油耗，减少了排放污染；更好地满足环保要求。电子节气门系统的基本结构主要包括： 1、加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器由两个无触点线性电位器传感器组成，在同一基准电压下工作，基准电压由供。随着加速踏板位置的改变，电位器阻值也发生线性的变化，由此产生反应加速踏板下踏量大小和变化速率的电压信号输入 2、节气门位置传感器和踏板位置传感器类似，节气门位置传感器也是由两个无触点线性电位器传感器组成，且由供相同的基准电压。当节气门位置发生变化时，电位器阻值也随之线性地改变，由此产生相应的电压信号输入电压信号反映节气门开度大小和变化速率。 3、节气门控制电机节气门控制电机一般选用步进电机或直流电机，经过两级齿轮减速来调节节气门开度。早期以使用步进电机为主，步进电机精度较高、能耗低、位置保持特性较好，但其高速性能较差，不能满足节气门较高的动态响应性能的要求，所以现在比较多地采用直流电机，直流电机精度高、反应灵敏、便于伺服控制。 4、控制单元（控制单元（整个系统的核心，包括两部分：信息处理模块和电机驱动电路模块。图子节气门系统简图信息处理模块接受来自加速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。黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 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。电机驱动电路应保证电机能双向转动。子节气门的设计方案实现节气门位置控制，进行节气门智能化控制。电子节气门系统微控制器是飞思卡尔系列单片机，采用的节气门体将驱动电机、节门阀片、节气门位置传感器和一个复位弹簧集成在一起。电子节气门的工作原理是用单片机进行节气门位置信号和油门踏板位置信号的采集，进行数据处理后计算出节气门期望开度，并通过脉宽调制的方式来改变节气门驱动电机两端的电压，实现节气门位置控制。子节气门的结构电子节气门控制系统由加速踏板模块、节气门控制单元、节气门体等组成，其系统结构如图示。图气门控制系统组成加速踏板的位置信号转换为电压信号输入到电控单元，反映驾驶员对发动机的转矩需求。了根据加速踏板位置及其改变速度以外还要考虑其他传感器的信号，如节气门转角、进气量、转速、冷却液温度等以及汽车底盘电子控制信号，经过计算后确定节气门应有的开度，然后发出指令给电子节气门的直流电机控制电机的输出力矩。电机带动节气门克服复位弹簧扭矩转动到相应的开度。电机的输出力矩与复位弹簧力矩平衡时，节气门稳定在目标开度。电机输出力矩与驱动信号占空比成正比。占空比增大时，电机驱动力矩大于复位弹簧阻力矩，节气门开度增加；当占空比减小时，电机驱动力矩小于复位弹簧阻力矩，节气门开度减小。节气门位置信息通过位置传感器反馈给现闭环控制。现在电子节气门产品已将节气门控制器与发动机电控单元集成为一体，从而使系统的结构进一步简化，可靠性也进一步提高。前文分析可知，电子节气门控制系统的目标信号实际上是由发动机管理系统在优化性能的前提下计算出来的，驾驶员并不能直接控制电子节气门的开度。目标信号的计算已经超出了本设计的研究范围。在本设计中，直接以踏板的输入位置作为节气门的目标位置，设计控制电路和控制算法，以实现节气门开度相对踏板开度的跟随。黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 子节气门及踏板模块的标定本设计以踏板的输入信号作为电子节气门的目标开度，由电子节气门位置传感器反馈节气门的实际开度。踏板的输入信号和节气门的反馈信号都为电压值，并与位置对应。因此，系统开发前必须对其进行标定，找到输出电压与位置的对应关系。通过分析各个冗余传感器输出电压的特性，可以设计合理的诊断程序。此外，踏板的实际角度范围与节气门的实际角度范围并不相同，对其进行了变换，使两者开度相对应。子节气门的标定电子节气门体连接器有 6 个引脚：其中 2 个引脚是电机的电源线，另外 4 个引脚是节气门位置传感器的电源线和信号线。引脚布置如图示。图脚布置图引脚说明： 1、号输出端； 2、源正极； 3、电机电源正极； 4、 5、电机电源负极； 6、源地；同样电子节气门总成共有 6 个连接端子，连接示意图如图示，其中 4 号连接端口接 4 号传感器信号输出； 2 号连接端口接传感器搭铁： 1 号连接端口接 2 号传感器信号输出； 6 号连接端口接控制器的 +5V，作为传感器的参考电压； 5 号连接端口接节气门体驱动电动机正极； 3 号连接端口接节气门体驱动电动机负极。驱动电机电源一般由蓄电池提供，本文设计中电子节气门的驱动电机的电源由自制电源提供，输出在 12V 左右。图子节气门连接端口示意图黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 节气门位置传感器输出特性的研究，是获得精确控制的前提和基础。为此，对其进行标定，得到节气门位置传感器输出电压与节气门角度的关系曲线。图设计的简单标定装置。为了把节气门位置传感器 1 输出的电压信号转换成节气门 2 的旋转角度，在节气门转轴 3 中心固定一枚刚性细长指针 4，临近转轴端面处固定角度刻度盘 5，刻度盘中心位于转轴的轴线上。标定时，给节气门位置传感器提供 5V 电压。设定节气门完全关闭位置为 0，则节气门全开为 88。从 0开始，间隔 5旋转节气门转轴，直至节气门全开，记录节气门旋转角度及应的输出电压。图子节气门的简单标定装置图中数字分别代表： 1、节气门位置传感器； 2、节气门； 3、节气门转轴； 4、指针； 5、刻度盘图标定后所得到的输出电压信号 V 与节气门旋转角度之间的对应关系。由图可知，节气门位置传感器具有良好的线性关系，且在任一开度两个传感器的输出电压和始终等于供电电压。因此，根据节气门位置传感器提供的电压信号，可以准确地检测出节气门连续的旋转角度。图气门位置传感器输出电压曲线板模块的标定加速踏板模块是将踏板功能和机械部件的所有功能统一起来的操作单元。加速踏板位置由加速踏板位置传感器 (写为化为电信号输入到电控单元，发动机管理系统称这种信号为 “ 驾驶员需求 ”（。同样，出于安全性和可靠性考虑，加速踏板位置传感器也采用了冗余设计，设计了两个传感器。黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 两个传感器依据各自相互独立的电源运行。试验用加速踏板实物照片如图示。踏板的引脚布置图如图示。图速踏板实物照片图图速踏板引脚布置图用与节气门相似的标定方法对踏板进行了标定，记录踏板不同旋转角度时出电压，得到输出电压信号 V 与踏板旋转角度之间的对应关系曲线，如图析标定所得数据可知，加速踏板位于任一角度时，对应的出电压均为出电压的 2 倍。节气门的开度范围为 088，加速踏板的开度范围为 015。系统开发时暂时只考虑了节气门静态位置以上的工作区域，即 988范围的工作区域。为了提高控制精度和便于对控制结果进行分析比较，将踏板的开度范围进行放大，使得踏板开度为 0时，节气门处于静态位置；踏板开度为 15时，节气门全开。图加速踏板与节气门角度的换算关系曲线。踏板信号输入后，根据换算关系将其放大，使得节气门能到达同样的开度。图板位置传感器输出电压曲线黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 图速踏板角度换算曲线章小结本章分析了电子节气门特性（工作特性），介绍了一些企业成熟的电子节气门产品，对传统节气门和电子节气门的控制系统进行了对比，对电子节气门结构及电器特性进行分析，包括节气门体组成，电压开度关系的标定。电子节气门控制系统的目标信号实际上是由发动机管理系统在优化性能的前提下计算出来的，驾驶员并不能直接控制电子节气门的开度。直接以踏板的输入位置作为节气门的目标位置，设计控制电路和控制算法，以实现节气门开度相对踏板开度的跟随。黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 第 3 章控制系统硬件设计制系统结构本设计研究的主要目的是实现节气门位置控制，进行节气门智能化控制。电子节气门系统微控制器是飞思卡尔列单片机，采用的节气门体将驱动电机、节门阀片、节气门位置感器和一个复位弹簧集成在一起。电子节气门的工作原理是用片机进行节气门位置信号和油门踏板位置信号的采集，进行数据处理后计算出节气门期望开度，并通过脉宽调制的方式来改变节气门驱动电机两端的电压，实现节气门位置控制。使整个系统达到高精度的控制。电子节气门在整个工作范围都由直流电机控制，因此电子节气门开度的精确控制是通过直流电机的精确控制实现的。硬件设计中直流电机驱动电路的设计十分重要。直流电机一般采用脉宽调制作为控制信号，这就要求控制系统能输出易于控制的脉宽调制信号。电子节气门控制系统是闭环

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。