[发明专利]基于自适应滑模技术的电子节气门控制方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应滑模技术的电子节气门控制方法。本方法包括实时采集脚脚踏板角θ_d和当前节气门输出角θ_t并计算出系统误差e；通过自适应鲁棒滑模控制算法计算出节气门的最佳控制电压u，并按照公式T＝u/12换算出电机驱动器设定的占空比T；驱动器从电子控制单元得到的占空比T来驱动节气门，得到输出节气门输出角度θ_t1。本发明克服了现有技术中电子节气门参数不确定性问题，解决了齿轮间隙扭矩的存在增加了电子节气门控制系统的非线性特性以及控制精度低的问题，实现了对非线性动力学的节气门的快速、准确的控制。

技术领域

本发明涉及一种电子节气门控制方法，尤其是一种基于自适应滑模技术的电子节气门控制方法。

背景技术

在全球汽车企业日趋激烈竞争的背景下，如何以科学的方法与手段，使我国汽车电控系统自主研发能力得到提升，以实现我国从消费大国向制造强国的转型是我们目前所面临的重大机遇与挑战。作为汽车工业不断发展的重要手段，汽车电控技术的使用能够有效地改善汽车的动力性、舒适性以及行车安全性等。

传统节气门是机械式的，属于刚性连接，即驾驶员通过踩踏油门踏板直接对进气量进行控制，这种控制方式不仅不能实现进气量的精确控制，而且驾驶员的误操作会带来严重的安全问题。电子节气门的出现很好地解决了这一难题。区别于传统节气门，电子节气门开度并不由驾驶员通过踩踏油门踏板直接决定，而是电子控制单元(ElectronicControl Unit,ECU)根据车辆当前行驶工况下所需要的总扭矩，计算得到与之对应的节气门最佳开度，进而通过控制电机使节气门阀片旋转到相应的开度，这样就会确保发动机在车辆处于不同工况下时发动机均能处于最佳工作状态，以减少废气排放，提高车辆的行驶稳定性。由于传统节气门己不能满足人们对车辆性能的各种需求，电子节气门及其控制问题应运而生。

相比于传统机械式的节气门，电子节气门具有传统节气门无法比拟的优势。近年来，国内外许多文献表明电子节气门控制算法的研究己趋向成熟，然而遗憾的是，电子节气门在转动过程中，受到复位弹簧扭矩、阻尼力矩、粘性摩擦扭矩、包机驱动力矩、齿轮间隙扭矩及扰动的作用，并存在非线性不确定因素的影响，以致许多研究对其控制存在的问题考虑分析不全面，进而导致设计的控制器无法确保其鲁棒性，使得控制器控制精度变差。此外，电子节气门的长时间使用会导致节气门阀片产生油污积碳、电机老化、齿轮传递机械特性变差及节气门参数变化等问题。

近年来，Sheng Wang和Bao Yan在《Nonlinear Dynamics》期刊上发表的论文《Fruit fly optimization algorithm based fractional order fuzzy-PID controllerfor electronic throttle》(“基于分数阶模糊PID控制器的电子节气门果蝇优化算”——非线性动力学,2013,73(1-2):611-619.)中提出了电子节气门分阶模糊PID控制器，并应用果蝇优化算法对控制器的参数进行了优化设计。值得注意的是，在控制器的设计过程中并没有考虑到齿轮间隙扭矩这一非线性因素对控制器控制性能的影响。

随后，YadavA K和Gaur P将电子节气门控制应用于混合动力车辆的速度控制，在《Nonlinear Dynamics》期刊上发表的论文《Robust adaptive speed control ofuncertain hybrid electronic vehicle using electronic throttle control withvarying road grade》(“采用变坡度电子节气门的不确定混合动力汽车鲁棒自适应速度控制”——非线性动力学,2014,76(1):305-321.)中提出了自学习模糊PID控制器，并设计了基于滑模控制机理的模型参考系统，以获得较好的鲁棒性。遗憾的是，符号函数的使用会使滑模控制产生高频抖动，进而影响控制器的控制性能。