華蓋機械淺談新品類汽配啟動機構件零材的變革革新
發(fā)布人員:網站管理員 新聞來源: 發(fā)布日期:2013-5-22
電子節(jié)氣門結構組成加速踏板加速踏板是反映駕駛員意的裝置,它的核心是一個電位器式位置傳感器,它將踏板位移量轉化成電信號DA462發(fā)動機節(jié)氣門的改進傳給電子單元(ECU),不同于機械式節(jié)氣門,駕駛員不能直接控制。節(jié)氣門體節(jié)氣門體主要由驅動電機、節(jié)氣門閥體、節(jié)氣門位置傳感器和怠速開關位置傳感器以及一個復位彈簧組成。
電子節(jié)氣門結構如2所示。電子節(jié)氣門的非線性問題在電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中,機械結構中存在的主要問題是非線性問題,影響著電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制。有3種非線性因素粘性摩擦和滑動摩擦電子節(jié)氣門閥片在運動過程中同時受到粘性摩擦和滑動摩擦的作用,在動態(tài)過程中會造成摩擦力變化的不穩(wěn)定。一般把它簡化成庫侖摩擦力,用下式表示式中:Tf為庫侖摩擦力;ω為電機轉速;Fs>0。
彈簧非線性在節(jié)氣門閥片左側有一復位彈簧,當電機驅動信號被切斷的時候,節(jié)氣門在復位彈簧作用下回到最小開度位置,保證系統(tǒng)的安全性,由于它是扭轉彈簧,具有非線性特性,其非線性方程中:Tsp為復位彈簧力;θ為節(jié)氣門轉角;θ0為彈簧增益;D為彈簧偏移量。
齒隙非線性齒輪減速機構將電機驅動轉矩傳遞到節(jié)氣門閥片,齒輪間不可避免地存在著嚙合間隙,一般將齒隙非線性視為輸入扭矩的函數,表示為:y=f(x,δ)式中:x為輸入轉矩;y為輸出轉矩;δ為死區(qū)寬度。在3種非線性因素中,影響最大的是彈簧非線性,其次是粘滑摩擦和齒隙非線性。
節(jié)氣門的非線性控制電子節(jié)氣門系統(tǒng)模型根據動力學可知,系統(tǒng)的動力方程中:ω為電機轉速;J為轉動慣量;Z為電機電流;B為粘性阻尼系數;Kt為電機轉矩常數。節(jié)氣門閥轉角與電機轉速變化的關系:θ=kω式中:k為齒輪傳動比。系統(tǒng)電路方程中:Kv為電機反電動勢常數;L為電機感抗;R為電機電阻;U為輸入電壓。
齒隙的非線性特性中,其非線性為電機輸出電流z的函數,考慮到死區(qū)的影響,控制器的選用在工程中廣泛使用的PID控制不需要控制對象的精確模型,容易在單片機上實現,而且有大量的先例可以參考,是電子節(jié)氣門系統(tǒng)的首選控制策略。針對電子節(jié)氣門系統(tǒng)的非線性和時變性特點,就要對基本算法進行改進。
可以采用自整定模糊PID控制。結構和工作原理如3所示。
結論根據對電子節(jié)氣門的要求,選用了Bosch公司的電子節(jié)氣門控制單元,將選用的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)與原發(fā)動機管理系統(tǒng)進行匹配。匹配的主要內容是電子控制系統(tǒng)要消除以上各部的非線性因素的影響,使節(jié)氣門的開度滿足發(fā)動機各工況的需要。仿真結果表明,采用自整定模糊PID控制,可以較好地跟蹤目標信號,而且不會出現超調現象。
電子節(jié)氣門結構如2所示。電子節(jié)氣門的非線性問題在電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中,機械結構中存在的主要問題是非線性問題,影響著電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制。有3種非線性因素粘性摩擦和滑動摩擦電子節(jié)氣門閥片在運動過程中同時受到粘性摩擦和滑動摩擦的作用,在動態(tài)過程中會造成摩擦力變化的不穩(wěn)定。一般把它簡化成庫侖摩擦力,用下式表示式中:Tf為庫侖摩擦力;ω為電機轉速;Fs>0。
彈簧非線性在節(jié)氣門閥片左側有一復位彈簧,當電機驅動信號被切斷的時候,節(jié)氣門在復位彈簧作用下回到最小開度位置,保證系統(tǒng)的安全性,由于它是扭轉彈簧,具有非線性特性,其非線性方程中:Tsp為復位彈簧力;θ為節(jié)氣門轉角;θ0為彈簧增益;D為彈簧偏移量。
齒隙非線性齒輪減速機構將電機驅動轉矩傳遞到節(jié)氣門閥片,齒輪間不可避免地存在著嚙合間隙,一般將齒隙非線性視為輸入扭矩的函數,表示為:y=f(x,δ)式中:x為輸入轉矩;y為輸出轉矩;δ為死區(qū)寬度。在3種非線性因素中,影響最大的是彈簧非線性,其次是粘滑摩擦和齒隙非線性。
節(jié)氣門的非線性控制電子節(jié)氣門系統(tǒng)模型根據動力學可知,系統(tǒng)的動力方程中:ω為電機轉速;J為轉動慣量;Z為電機電流;B為粘性阻尼系數;Kt為電機轉矩常數。節(jié)氣門閥轉角與電機轉速變化的關系:θ=kω式中:k為齒輪傳動比。系統(tǒng)電路方程中:Kv為電機反電動勢常數;L為電機感抗;R為電機電阻;U為輸入電壓。
齒隙的非線性特性中,其非線性為電機輸出電流z的函數,考慮到死區(qū)的影響,控制器的選用在工程中廣泛使用的PID控制不需要控制對象的精確模型,容易在單片機上實現,而且有大量的先例可以參考,是電子節(jié)氣門系統(tǒng)的首選控制策略。針對電子節(jié)氣門系統(tǒng)的非線性和時變性特點,就要對基本算法進行改進。
可以采用自整定模糊PID控制。結構和工作原理如3所示。
結論根據對電子節(jié)氣門的要求,選用了Bosch公司的電子節(jié)氣門控制單元,將選用的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)與原發(fā)動機管理系統(tǒng)進行匹配。匹配的主要內容是電子控制系統(tǒng)要消除以上各部的非線性因素的影響,使節(jié)氣門的開度滿足發(fā)動機各工況的需要。仿真結果表明,采用自整定模糊PID控制,可以較好地跟蹤目標信號,而且不會出現超調現象。