摘 要

本文针对节气门的结构及其在发动机正常运转中的重要作用。首先通过具体介绍传统机械式节气门与电子节气门，并将两者进行对比，突出电子节气门在控制精度、安全性、动力性以及燃油经济性等各个方面的优势。从而提出基于PID控制策略进行电子节气门控制的方法。为了测试这种控制方法的效果，进行了电子节气门测试以及控制系统的设计，包括硬件设计以及软件设计两个方面。硬件电路采用MC9S08DZ60作为主控芯片，L298P作为驱动芯片，软件通过Keil MDK进行设计。然后搭建试验台，设定不同的节气门目标开度来测试实际开度的误差。最后通过分析所得到的实验数据，结果表明，本文设计的电子节气门测试及控制系统在节气门各个目标开度下都能够满足精度要求。

关键词：电子节气门；PID控制；测试

Electronic Throttle Body Test and Control System

Abstract

This paper is aimed at the structure of the throttle itself and its important role in the normal operation of the engine. Firstly, the traditional mechanical throttle and electronic throttle are introduced in detail, and the two are compared to highlight the advantages of electronic throttle in various aspects such as control accuracy, safety, power and fuel economy. Therefore, a method for electronic throttle control based on PID control strategy is proposed. In order to test the effect of this control method, the electronic throttle test and the design of the control system were carried out, including hardware design and software design. The hardware circuit uses Freescale's MC9S08DZ60 as the main control chip, ST's L298P as the driver chip, and the software is designed by Keil MDK. Then set up the test bench and set different throttle target opening to test the error of the actual opening. Finally, by analyzing the experimental data obtained, the conclusion that the electronic throttle control system designed in this paper can meet the accuracy requirements under the various target opening degrees of the throttle valve is obtained.

Key words: Electronic Throttle；PID control；Test

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1概述 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1 ETC技术研究情况 2

1.2.2常见进气节流机构 2

1.2.3发展趋势及前景 4

1.3电子节气门控制技术的研究意义 6

1.4本文研究的主要内容 6

1.5 成本估算 6

第二章 ETC系统原理 8

2.1 ETC系统的结构 8

2.2 ETC控制原理 10

2.3 MC9S08DZ60基本功能 11

2.3.1 MC9S08DZ60简介 11

2.3.2时钟分配 15

2.3.3 MC9S08DZ60操作模式： 15

2.4 PID介绍 16

2.4.1 PID简介 16

2.4.2 PID结构及原理 16

2.5 PWM简介 17

第三章 电子节气门控制系统设计 19

3.1 电子节气门控制方式 19

3.2硬件电路的设计 19

3.2.1 Altium Designer软件介绍 19

3.2.2 MC9S08DZ60单片机最小系统设计 19

3.2.3 节气门直流电机驱动电路 22

3.2.4 串口通信电路 23

3.3 软件程序设计 24

3.3.1 Keil MDK软件介绍 24

3.3.2 部分代码介绍 25

第四章 节气门控制系统的试验验证 27

4.1 试验测试设备 27

4.2 试验数据及分析 27

4.2.1 数据处理 27

4.2.2 误差分析 29

第五章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2展望 31

参考文献 32

致谢 35

第一章 绪论

1.1概述

节气门的实质就是用来控制发动机的空气进气量的一道阀门，空气在进入进气管后与汽油混合从而产生可燃混合气，再通过点火燃烧做功^[1]。

传统节气门几乎没有电子设备，都是机械式的利用凸轮机构驱动。其基本结构如图1-1。怠速工况，节气门由步进电机来控制。加速工况，油门拉线拉动节气门阀片，使得进气面积增大，增大空气的进气量。老式的节气门使用一套拉杆系统来完成驾驶员一踩油门踏板，节气门开度就随之变化的运动。这种方式属于刚性连接，输入输出量相同，就是所谓的用脚踩多少，节气门就打开多少。主要由油门踏板、钢丝（或拉杆）、节气门体等部分组成。

图1-1 老式节气门示意图

传统机械式节气门的开度变化能很好地反映司机的踩油门踏板的程度和速度。它还具有构造不复杂、反应迅速、可靠性高等优点。但是，从燃油经济性和发动机的动力性的角度来看控制精度低，节气门开度只能通过油门踏板控制而不能根据发动机的实际工况做出精确的调整。尤其在低负荷，冷起动等特殊工况下，更加难以控制。此外，驾驶员的操作失误也会带来安全隐患。

汽车电子节气门控制ETC（Electronic Throttle Control）技术改变了传统拉线式节气门的刚性机械式连接，用柔性连接的方式，利用电控技术以一种新的方式使得节气门的开度能够与发动机的实时工况更好的配合。

1.2国内外研究现状

1.2.1 ETC技术研究情况

国外对ETC的研究已有三十多年的历史^[2]。早在上世纪70年代末，国外就开始了相关的研究。但是当时的技术落后，且由于成本高费用昂贵，当时的电子节气门只能应用于少量高档轿车，使用面狭隘。所以当时的电子节气门技术发展十分地迟缓，直到近些年技术水平、市场条件、需求量有所改善，这项技术才被真正重视起来。近年，国外多家公司十分看好电子节气门控制技术的前景并投入了很大的人力物力到研究中去，从而促进了这项技术的快速发展。国外的奔驰、福特以及丰田等品牌的高档汽车已广泛采用ETC系统^[3]。国外很多专家学者提出了许多控制方法，如日本东京大学的Asaka Kitahara等人采用了LQG(Linear Quadratic Gaussian)控制方法^[4]。

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