[發明專利]基于自適應滑模技術的電子節氣門控制方法

有效

• 申請號: 201710981759.6
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107701315B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 王海;劉林峰;何平;郁明;姜蒼華
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F02D9/10
• 分類號: F02D9/10;F02D41/14
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種基于自適應滑模技術的電子節氣門控制方法。本方法包括實時采集腳腳踏板角θ_d和當前節氣門輸出角θ_t并計算出系統誤差e；通過自適應魯棒滑模控制算法計算出節氣門的最佳控制電壓u，并按照公式T＝u/12換算出電機驅動器設定的占空比T；驅動器從電子控制單元得到的占空比T來驅動節氣門，得到輸出節氣門輸出角度θ_t1。本發明克服了現有技術中電子節氣門參數不確定性問題，解決了齒輪間隙扭矩的存在增加了電子節氣門控制系統的非線性特性以及控制精度低的問題，實現了對非線性動力學的節氣門的快速、準確的控制。

技術領域

本發明涉及一種電子節氣門控制方法，尤其是一種基于自適應滑模技術的電子節氣門控制方法。

背景技術

在全球汽車企業日趨激烈競爭的背景下，如何以科學的方法與手段，使我國汽車電控系統自主研發能力得到提升，以實現我國從消費大國向制造強國的轉型是我們目前所面臨的重大機遇與挑戰。作為汽車工業不斷發展的重要手段，汽車電控技術的使用能夠有效地改善汽車的動力性、舒適性以及行車安全性等。

傳統節氣門是機械式的，屬于剛性連接，即駕駛員通過踩踏油門踏板直接對進氣量進行控制，這種控制方式不僅不能實現進氣量的精確控制，而且駕駛員的誤操作會帶來嚴重的安全問題。電子節氣門的出現很好地解決了這一難題。區別于傳統節氣門，電子節氣門開度并不由駕駛員通過踩踏油門踏板直接決定，而是電子控制單元(ElectronicControl Unit,ECU)根據車輛當前行駛工況下所需要的總扭矩，計算得到與之對應的節氣門最佳開度，進而通過控制電機使節氣門閥片旋轉到相應的開度，這樣就會確保發動機在車輛處于不同工況下時發動機均能處于最佳工作狀態，以減少廢氣排放，提高車輛的行駛穩定性。由于傳統節氣門己不能滿足人們對車輛性能的各種需求，電子節氣門及其控制問題應運而生。

相比于傳統機械式的節氣門，電子節氣門具有傳統節氣門無法比擬的優勢。近年來，國內外許多文獻表明電子節氣門控制算法的研究己趨向成熟，然而遺憾的是，電子節氣門在轉動過程中，受到復位彈簧扭矩、阻尼力矩、粘性摩擦扭矩、包機驅動力矩、齒輪間隙扭矩及擾動的作用，并存在非線性不確定因素的影響，以致許多研究對其控制存在的問題考慮分析不全面，進而導致設計的控制器無法確保其魯棒性，使得控制器控制精度變差。此外，電子節氣門的長時間使用會導致節氣門閥片產生油污積碳、電機老化、齒輪傳遞機械特性變差及節氣門參數變化等問題。

近年來，Sheng Wang和Bao Yan在《Nonlinear Dynamics》期刊上發表的論文《Fruit fly optimization algorithm based fractional order fuzzy-PID controllerfor electronic throttle》(“基于分數階模糊PID控制器的電子節氣門果蠅優化算”——非線性動力學,2013,73(1-2):611-619.)中提出了電子節氣門分階模糊PID控制器，并應用果蠅優化算法對控制器的參數進行了優化設計。值得注意的是，在控制器的設計過程中并沒有考慮到齒輪間隙扭矩這一非線性因素對控制器控制性能的影響。

隨后，YadavA K和Gaur P將電子節氣門控制應用于混合動力車輛的速度控制，在《Nonlinear Dynamics》期刊上發表的論文《Robust adaptive speed control ofuncertain hybrid electronic vehicle using electronic throttle control withvarying road grade》(“采用變坡度電子節氣門的不確定混合動力汽車魯棒自適應速度控制”——非線性動力學,2014,76(1):305-321.)中提出了自學習模糊PID控制器，并設計了基于滑模控制機理的模型參考系統，以獲得較好的魯棒性。遺憾的是，符號函數的使用會使滑模控制產生高頻抖動，進而影響控制器的控制性能。