AMT系統(tǒng)是在傳統(tǒng)手動(dòng)的固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上.應(yīng)用自動(dòng)變速理論，由電控單元控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車輛起步、換擋自動(dòng)操縱。隨著電機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn)，電動(dòng)式AMT成為自動(dòng)變速器的一個(gè)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。而對(duì)節(jié)氣門的精確控制是保證整個(gè)系統(tǒng)換擋品質(zhì)的重要前提。

1 本系統(tǒng)電子節(jié)氣門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)主要由節(jié)氣門電子控制單元、節(jié)氣門位置傳感器、加速踏板位置傳感器、節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電磁離合器等組成。

1.1 節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門開(kāi)度傳感器我們采用的是線性可變電阻型節(jié)氣門位置傳感器.安裝在節(jié)氣門體上與節(jié)氣門

連接，它是一種線性電位計(jì).由節(jié)氣門軸帶動(dòng)電位計(jì)的滑動(dòng)觸點(diǎn)。在不同節(jié)氣門開(kāi)度下，電位計(jì)的電阻也不同，從而將節(jié)氣門開(kāi)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出給ECU，ECU通過(guò)節(jié)氣門位置傳感器可以獲得節(jié)氣門由全閉到全開(kāi)的所有開(kāi)啟角度的連續(xù)變化的模擬信號(hào)，該信號(hào)反映了節(jié)氣門的實(shí)際開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況，是控制不同條件下的擋位變換的主要依據(jù)。

1.2加速踏板位置傳感器

加速踏板位置傳感器位于油門踏板與固定板間的連接處。加速踏板位置傳感器將加速踏板的開(kāi)度轉(zhuǎn)換成表示加速踏板的下踏量大小及變化速率兩種電信號(hào)，一起輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。油門踏板位移傳感器我們采用的和節(jié)氣門開(kāi)度傳感器的一樣.駕駛員通過(guò)油門踏板傳感器反映他對(duì)汽車的控制意圖。油門踏板傳感器與節(jié)氣門的開(kāi)度有間接的關(guān)系.傳感器將油門踏板的角度信號(hào)輸人給ECU來(lái)控制節(jié)氣門開(kāi)度。

1.3節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)

節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)由直流電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和限位機(jī)構(gòu)組成。由ECU發(fā)出指令，節(jié)氣門電機(jī)經(jīng)減速齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門，控制節(jié)氣門的開(kāi)度。

1.4電磁離合器

正常情況下，電磁離合器處于常接合狀態(tài)，使節(jié)氣門電機(jī)開(kāi)啟或關(guān)閉節(jié)氣門。如果電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)發(fā)生故障，該離合器將自動(dòng)分離，以防止節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)錯(cuò)誤地開(kāi)啟或關(guān)閉節(jié)氣門。

2 本系統(tǒng)電子節(jié)氣門的驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)節(jié)氣門、選擋、換擋所選用的電機(jī)都是 LINIX公司的直流電機(jī)。因?yàn)楣?jié)氣門電機(jī)所要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載很小，采用小功率電機(jī)就可以滿足要求，選用功率為10W，電壓為12V，額定轉(zhuǎn)速為3200 r/min的LINIX電機(jī)，如圖3所示。

本系統(tǒng)的處理器采用的是16位的80C196KC單片機(jī)。節(jié)氣門電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片采用的是摩托羅拉公司的汽車專用驅(qū)動(dòng)芯片MC33186，其負(fù)載電流為5A，可以滿足節(jié)氣門電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)要求。

80C196KC和MC33186的連接如圖4所示。

MC33186的INl和IN2既控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速又控制電機(jī)的方向。如果想要電機(jī)正向旋轉(zhuǎn).就向 INl施加一個(gè)PWM信號(hào)，而將IN2置為低電平。如果想使其反向旋轉(zhuǎn)，就將INl置為低電平.而向 IN2施加一個(gè)PWM信號(hào)。PWM信號(hào)的占空比決定了電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很方便。把D11置為低電平，把D12置為高電平，電機(jī)正常工作：把D11置高或者把D12置低都可以使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng).也就是使電機(jī)剎車。表l給出了INl、IN2、D11和D12是如何影響電機(jī)工作的。

3 節(jié)氣門開(kāi)度控制方法和程序模塊的設(shè)計(jì)

節(jié)氣門的控制按工況分主要包括三個(gè)過(guò)程的控制。車輛正常運(yùn)行，沒(méi)有動(dòng)力中斷。這時(shí)節(jié)氣門控制是受踏板輸入量大小的控制，屬實(shí)時(shí)跟蹤控制.實(shí)現(xiàn)駕駛員的操縱意圖；發(fā)生傳動(dòng)系動(dòng)力中斷過(guò)渡過(guò)程的節(jié)氣門控制包括起步和換擋兩種情況。起步、換擋過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的油門主要受ECU控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器接合過(guò)程的協(xié)調(diào)控制。節(jié)氣門控制的水平直接影響著車輛起步與換擋過(guò)程的平順性。

車輛正常行駛時(shí)節(jié)氣門開(kāi)度大小只取決于油門踏板輸入量的大小，在該種工況下節(jié)氣門開(kāi)度控制的實(shí)現(xiàn)方式是：電控單元采樣獲取油門踏板的位置.以當(dāng)前踏板位置形成油門控制的目標(biāo)位置量.根據(jù)該目標(biāo)位置與當(dāng)前節(jié)氣門開(kāi)度的偏差計(jì)算直流電機(jī)運(yùn)行的方向和轉(zhuǎn)速，完成對(duì)油門的自動(dòng)控制。其控制流程如圖5所示。

我們采用的是類似經(jīng)驗(yàn)算法的增量型PID控制算法。根據(jù)誤差值的不同劃分控制域，輸出節(jié)氣門電機(jī)控制電壓的增量△uθ，其表達(dá)式為：

式中，KP、KP1、KP2為比例常數(shù)；T1為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)；T為采樣周期；e為油門踏板開(kāi)度與節(jié)氣門開(kāi)度的差值。

根據(jù)實(shí)際情況.為了提高控制精度，我們選取了三個(gè)閾值ξ1、ξ2、ξ3，如式（2）所示。當(dāng)|e|>ξ3時(shí)，采用尸控制，使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)，減小穩(wěn)態(tài)誤差；當(dāng)ξ2<|e|≤島時(shí)，采用PD的方法控制；當(dāng)ξ1<|e|≤ξ2時(shí).采用PI的方法控制，以保證系統(tǒng)的控制精度；當(dāng)|e|≤ξ1時(shí)，設(shè)置e=O，即△uθ=0。

4 節(jié)氣門控制臺(tái)架試驗(yàn)

各執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及臺(tái)架由重慶青山責(zé)任有限公司設(shè)計(jì)制造。

本系統(tǒng)選用的是直流電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于系統(tǒng)對(duì)節(jié)氣門執(zhí)行器的位置控制精度和響應(yīng)速度的要求較高。這就要求直流電機(jī)可以維持在很小的步長(zhǎng)下轉(zhuǎn)動(dòng).筆者對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)子程序的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，但發(fā)現(xiàn)單—地改變循環(huán)次數(shù)并不能達(dá)到目的。最終找出了通過(guò)協(xié)調(diào)PWM值和循環(huán)次數(shù)這兩個(gè)量的大小可以使直流電機(jī)維持在很小步長(zhǎng)下轉(zhuǎn)動(dòng)這一控制規(guī)律。

節(jié)氣門ECU對(duì)油門踏板開(kāi)度和節(jié)氣門開(kāi)度分別采集了最大值和最小值，計(jì)算出各自的相對(duì)值，這樣在一定程度上就保證了跟蹤控制的精確性。

根據(jù)圖5和式（2）我們采用匯編語(yǔ)言編制程序并進(jìn)行調(diào)試。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，第一階段使用開(kāi)關(guān)量控制.即設(shè)置一定的足夠大的PWM占空比，效果也很理想。

在第一階段，通過(guò)設(shè)定較大的占空比定值來(lái)完成；在第二階段，通過(guò)調(diào)試選取KP1為30，TD為15，T為10；在第三階段，選取KP2為45，T1為25， T為lO。

確定完PID參數(shù)值后.出現(xiàn)節(jié)氣門開(kāi)度達(dá)不到90°的現(xiàn)象，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)減小ξ1、ξ2、ξ3的值，可以增加開(kāi)度，最終確定ξ1=2、ξ2=5、ξ3=8，此時(shí)油門踏板踩到底的時(shí)候節(jié)氣門可以完全打開(kāi)。

此外，在小油門時(shí)，節(jié)氣門出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，說(shuō)明電機(jī)到達(dá)目標(biāo)位后長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定下來(lái)。最初在第一階段設(shè)置的占空比為FFH（即100%），發(fā)現(xiàn)減小此占空比后，小油門時(shí)不再出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，而且反應(yīng)靈敏，可以穩(wěn)定在很小的開(kāi)度。

把試驗(yàn)中實(shí)時(shí)記錄的油門踏板開(kāi)度和節(jié)氣門開(kāi)度的數(shù)據(jù).利用MATLAB編程得到一組圖形，其中橫坐標(biāo)為記錄的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，即采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，與時(shí)間成正比.縱坐標(biāo)為開(kāi)度值。圖6為節(jié)氣門的階躍曲線.即油門踏板開(kāi)度在100%的情況下。節(jié)氣門開(kāi)度的變化情況。圖7為節(jié)氣門實(shí)時(shí)跟蹤油門踏板的曲線。

圖8、圖9分別為踏入油門踏板和回收油門踏板時(shí)節(jié)氣門的跟蹤曲線。從圖8看出踏入油門的跟蹤過(guò)程中.同一時(shí)刻節(jié)氣門開(kāi)度值比油門踏板開(kāi)度值小一些、節(jié)氣門要滯后油門踏板一些，屬于正常跟蹤。從圖9看出回收油門的跟蹤過(guò)程中，當(dāng)油門踏板開(kāi)度較大時(shí)節(jié)氣門開(kāi)度值比油門踏板開(kāi)度值大，節(jié)氣門要滯后油門踏板，是在允許的滯后，范圍內(nèi)，屬于正常跟蹤。從臺(tái)架的節(jié)氣門的動(dòng)作效果來(lái)看，跟蹤效果很理想。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)中節(jié)氣門電機(jī)選用的是功耗低、力矩大、控制方便的普通直流電機(jī)，并用類似經(jīng)驗(yàn)算法的增

量型PID控制算法對(duì)節(jié)氣門電機(jī)進(jìn)行控制，根據(jù)誤差值的不同劃分成四個(gè)控制域。通過(guò)臺(tái)架調(diào)試，可以對(duì)節(jié)氣門實(shí)現(xiàn)精確的控制，對(duì)節(jié)氣門直流電機(jī)的控制有一定的借鑒性。(

（轉(zhuǎn)載）