基于步进电机的汽车节气门开度自动控制系统的制作方法

本发明涉及汽车发动机节气门控制装置，尤其涉及一种基于步进电机的汽车节气门开度自动控制系统。

背景技术：

通常情况下，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。一般情况下，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。这种情况下，发动机并不总是处于最佳运行工况，而且驾驶员的误操作也会给安全性带来隐患。为此寻找一种能够对汽车节气门开度进行自动控制，显著改善油门迟滞现象的装置是十分必要的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于步进电机的汽车节气门开度自动控制系统，以克服现有技术中的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于步进电机的汽车节气门开度自动控制系统，包括：

油门踏板位置传感器：用于产生油门踏板位置的电压信号并将其传输给节气门控制单元ECU；

节气门控制单元ECU：接收油门踏板位置传感器传输的电压信号，输出步进电机电压信号；

步进电机：根据节气门控制单元ECU输出的步进电机电压信号控制节气门开度；

节气门位置传感器：将节气门开度信号反馈给节气门控制单元ECU。

进一步的，所述节气门控制单元ECU通过CAN通讯控制模块与整车控制单元通讯连接。

进一步的，所述节气门控制单元ECU采用模糊控制策略输出步进电机电压信号，所述模糊控制策略具体为：(1)节气门开度偏差E和节气门开度偏差变化率Ec作为输入量，步进电机电压信号为输出量u，对输入量模糊化；(2)根据预设的模糊推理规则得到控制量U；(3)对控制量U解模糊得到输出量u。

进一步的，所述对输入量模糊化的方法为：

设节气门开度偏差E在[-a,a]之间，节气门开度偏差变化率Ec在[-b,b]之间，控制量U在[-c,c]之间；

定义E，Ec和U的模糊子集均为：{NB(负大),NM(负中),NS(负小),ZE(适中),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}；

定义E和Ec的论域等级为{-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6}；

定义U的论域等级为{-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6}；

计算量化因子：

(1)误差

(2)误差变化率

(3)控制量U的比例因子：

进一步的，对控制量U解模糊得到输出量u的方法为：选用加权平均法计算出输出量u,

$u=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{j}U\left(x_j\right)/\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}U\left(x_j\right);$

式中U(x_j)为点x_j处的隶属分布函数值。

另一优选的方案，所述节气门控制单元ECU根据以下方法输出步进电机电压信号u：油门踏板上的压力传感器作用的速度v预设正常值a，油门踏板上的压力传感器作用的时间t预设正常值b，(1)当v>a,t<b时，节气门控制单元ECU调节步进电机电压信号u使其减小节气门开度或关闭节气门；(2)当v≤a,t≤b时，节气门控制单元ECU调节步进电机电压信号u使其节气门开度按预设正常开度运行。

本发明的有益效果是：在驾驶员操纵油门踏板时，节气门控制单元ECU根据油门踏板位置传感器的电压信号控制节气门开度，使发动机输出最佳扭矩，可以对空燃比进行精确控制，显著改善油门迟滞现象，进而改善发动机的排放性能。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的控制原理图；

图2是本发明中的模糊控制结构框图；

图3是本发明的算法流程图；

图4是本发明的汽车运行状态的控制算法流程图；

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种基于步进电机的汽车节气门开度自动控制系统，包括：

油门踏板位置传感器：用于产生油门踏板位置的电压信号并将其传输给节气门控制单元ECU；

节气门控制单元ECU：接收油门踏板位置传感器传输的电压信号，输出步进电机电压信号；

步进电机：根据节气门控制单元ECU输出的步进电机电压信号控制节气门开度；

节气门位置传感器：将节气门开度信号反馈给节气门控制单元ECU。节气门位置传感器把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的节气门开度位置控制。

所述节气门控制单元ECU通过CAN通讯控制模块与整车控制单元通讯连接。

汽车的节气门用于控制进气量及空燃比。在上述的一种基于步进电机的汽车节气门开度自动控制系统中，驾驶员操纵油门踏板时，油门踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元ECU，节气门控制单元ECU首先对输入的电压信号进行滤波，以消除环境噪声的影响。

节气门控制单元ECU计算出整车所需求的全部扭矩，得出节气门的最佳开度，并转成步进电机电压信号将其传输至步进电机使节气门达到最佳开度位置。

如图2所示，所述节气门控制单元ECU采用模糊控制策略输出步进电机电压信号，所述模糊控制策略具体为：(1)节气门开度偏差E和节气门开度偏差变化率Ec作为输入量，步进电机电压信号为输出量u，对输入量模糊化；(2)根据预设的模糊推理规则得到控制量U；(3)对控制量U解模糊得到输出量u。

进一步的，所述对输入量模糊化的方法为：

设节气门开度偏差E在[-a,a]之间，节气门开度偏差变化率Ec在[-b,b]之间，控制量U在[-c,c]之间；

定义E，Ec和U的模糊子集均为：{NB(负大),NM(负中),NS(负小),ZE(适中),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}；

定义E和Ec的论域等级为{-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6}；

定义U的论域等级为{-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6}；

计算量化因子：

(1)误差

(2)误差变化率

(3)控制量U的比例因子：

预设的模糊推理规则的设计原理：

当偏差E的绝对值较大或大时，选取控制量U应保证系统的跟随性能和快速响应性能；

当偏差E的绝对值适中时，选取控制量U应保证系统较小的超调量；

当偏差E的绝对值较小时，选取控制量U应保证系统的稳态性能。

进一步的，对控制量U解模糊得到输出量u的方法为：选用加权平均法计算出输出量u,

$u=\underset{j=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{x}_{j}U\left(x_j\right)/\underset{j=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}U\left(x_j\right);$

式中U(x_j)为点x_j处的隶属分布函数值。

图3是本发明的算法流程图；其中θ_d为节气门开度的期望位置，通过油门踏板位置传感器信号电压变化来反映；θ为节气门实际位置反馈，通过节气门位置传感器的电压来反映；k为采集次数。

此外，如图4所示，当汽车正常行驶时，步进电机则按照节气门控制单元ECU发出的指令控制节气门的开度；当汽车非正常行驶时，即猛踩油门的情况发生时，则根据以下的控制方式控制节气门的开度：油门踏板上的压力传感器作用的速度v预设正常值a，油门踏板上的压力传感器作用的时间t预设正常值b,(1)当v>a,t<b时，车辆的运行状态为猛踩油门即加速状态，节气门控制单元ECU减小节气门开度甚至关闭节气门；(1)当v≤a,t≤b时，车辆的运行状态为正常行驶状态，节气门控制单元ECU则正常控制节气门的开度。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。