CN104234841A - 一种汽车电子节气门控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车电子节气门控制装置和方法，其中装置包括：曲线设置模块，用于设置电子节气门平衡阻力曲线；开度检测模块，用于检测电子节气门的当前开度；起点值选择模块，用于根据开度检测模块检测的电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在曲线设置模块设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择进行PID增量调节的PWM起点值；增量调节模块，用于根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式，以起点值选择模块选择的PWM起点值对电子节气门的当前开度进行PID增量调节，以使电子节气门的当前开度趋近于目标开度。实施本发明，可解决电子节气门动作滞后和超调现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机技术领域，尤其涉及一种汽车发动机的电子节气门控制方法和装置。
背景技术
现有技术中，汽车的汽车节气门，采用钢丝绳和拉杆与汽车驾驶室内的油门踏板相连。驾驶员通过脚踩油门踏板的行程来控制节气门的开度，从而改变进气通道的开度，调节发动机的进气量，以达到改变发动机输出功率的目的。
这种节气门控制方式很难根据汽车的不同工况相应地做出精确调整，特别是在冷起动、低负荷、过渡工况和怠速工况更是如此，因而导致汽车的经济性下降和排放的降低。同时，该节气门控制方式也不能支持现在流行的定速巡航功能的实现，无法减轻驾驶员的疲劳度和实现汽车驾驶智能化。
随着电子技术的日益发展，电子节气门成为全电控发动机上最重要的控制装置，并已经开始广泛应用到各种车辆上，其优点在于可使节气门快速地控制在最佳开度，并可设置多种控制功能开改善驾驶安全性和舒适性。
电子节气门的原理在于通过电子节气门控制电机驱动汽车节气门运动，回复弹簧起回位作用，起到减速齿轮组成减小电机转速增大扭矩的作用，并通过位置传感器反馈节气门位置。但是这种电子节气门控制系统大多集成在国外ECU控制系统中，价格高昂且无法用于自主产品的开发。
目前国内流行的电子节气门控制系统大多采用PID算法，但是电子节气门是一个存在非线性时变阻尼特性的系统，因此其存在如下缺点：
现有的PID算法仅采用一组参数，不管整定出何组参数，都是无法真正实现电子节气门快速跟随功能的。即使采用多组PID参数，也会在某些工况下存在超调量大、抖动大、调节时间长和静态偏差大等性能问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的电子节气门动作滞后和超调现象，提供一种汽车电子节气门控制装置和方法。
本发明提供的一种汽车电子节气门控制装置，包括：
曲线设置模块，用于设置电子节气门平衡阻力曲线；
开度检测模块，用于检测所述电子节气门的当前开度；
起点值选择模块，用于根据所述开度检测模块检测的电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述曲线设置模块设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择进行PID增量调节的PWM起点值；
增量调节模块，用于根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式，以所述起点值选择模块选择的PWM起点值对所述电子节气门的当前开度进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度。
其中，所述曲线设置模块，包括：
上限值设置单元，用于设置电子节气门平衡阻力上限值曲线；
中间值设置单元，用于设置电子节气门平衡阻力中间值曲线；
下限值设置单元，用于设置电子节气门平衡阻力下限值曲线。
其中，所述控制装置还包括：
电压检测模块，用于通过汽车发动机的控制单元的端口检测电子节气门的电源供电电压；
温度检测模块，用于通过所述汽车发动机的控制单元和冷却水传感器，检测汽车发动机的冷却水温度。
其中，所述上限值设置单元包括：
第一驱动力调节单元，用于在所述电压检测模块检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块检测到发动机冷却水温度为常温时，逐渐增加电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变大方向运动时，减小所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变大方向运动；
第一驱动力记录单元，用于记录所述第一驱动力调节单元在调节过程中的多个电子节气门控制电机驱动力的值；其中，电子节气门控制电机驱动力 的值满足：
= ( + )；
为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
上限值设置单元，用于由所述第一驱动力记录单元记录的多个电子节气门控制电机驱动力的值得到所述电子节气门平衡阻力上限值曲线。
其中，所述下限值设置单元包括：
第二驱动力调节单元，用于在所述电压检测模块检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块检测到发动机冷却水温度为常温时，逐渐减小电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变小方向运动时，增大所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变小方向运动；
第二驱动力记录单元，用于记录所述第二驱动力调节单元在调节过程中的多个电子节气门控制电机驱动力的值；其中，电子节气门控制电机驱动力的值满足：
= (-)；
为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
下限值设置单元，用于由所述第二驱动力记录单元记录的多个电子节气门控制电机驱动力的值得到所述电子节气门平衡阻力下限值曲线。
其中，所述中间值设置单元用于在所述电压检测模块检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块检测到发动机冷却水温度为常温时，由所述上限值设置单元设置的电子节气门平衡阻力上限值曲线和所述下限值设置单元设置的电子节气门平衡阻力下限值曲线的中间值，得到所述电子节气门平衡阻力中间值曲线。
其中，所述曲线设置模块还包括：
低温阻力增量调节单元，用于在所述温度检测模块检测到所述发动机冷却水温度为低温时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加低温阻力增量；和/或
电压阻力增量调节单元，用于在所述电源检测模块检测到所述电源供电电压发生变化时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加电压阻力增量。
其中，所述起点值选择模块，包括：
差值计算单元，用于计算所述开度检测模块检测得到的当前开度与目标开度之间的差值；
起点值选择单元，用于当所述差值计算单元计算所得当前开度与目标开度的差值的绝对值小于X时，在所述电子节气门平衡阻力中间值曲线上取值作为进行PID增量调节的PWM起点值；当所述当前开度比所述目标开度小X时，在所述电子节气门平衡阻力上限值曲线上取值作为PWM起点值；当所述当前开度比所述目标开度大X时，在所述电子节气门平衡阻力下限值曲线上取值作为PWM起点值；其中，所述X满足0≤X≤2%。
其中，所述增量调节模块，包括：
绝对值计算单元，用于计算所述开度检测模块11检测得到的当前开度与目标开度之间的差值的绝对值；
慢速增量调节单元，用于在所述绝对值计算单元计算所得的目标开度与当前开度之间的差值的绝对值小于等于Y时，采用慢速增量PID调节方式进行PID增量调节；
快速增量调节单元，用于在所述差值计算单元计算所得的目标开度与当前开度之间的差值的绝对值大于Y时，采用快速增量PID调节方式进行PID增量调节；其中，所述Y满足3%≤Y≤5%。
另一方面，本发明还提供一种汽车电子节气门控制方法，包括：
设置电子节气门平衡阻力曲线；
检测电子节气门的当前开度；
根据电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择进行PID增量调节的PWM起点值；
根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式，以所述PWM起点值对所述电子节气门的当前开度进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力曲线，包括：
设置电子节气门平衡阻力上限值曲线；
设置电子节气门平衡阻力中间值曲线；
设置电子节气门平衡阻力下限值曲线。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力曲线之前，还包括：
通过汽车发动机的控制单元的端口检测电子节气门的电源供电电压；
通过所述汽车发动机的控制单元和冷却水传感器，检测汽车发动机的冷却水温度。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力上限值曲线，包括：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，逐渐增加电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变大方向运动时，减小所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变大方向运动，此过程中的电子节气门控制电机驱动力满足：
= ( + )；
其中， 为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
由此过程中的多个的值得到所述电子节气门平衡阻力上限值曲线。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力下限值曲线，包括：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，逐渐减小电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变小方向运动时，增大所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变小方向运动，此过程中的电子节气门控制电机驱动力满足：
= ( - )；
其中， 为所述电子节气门的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
由此过程中的多个的值得到所述电子节气门平衡阻力下限值曲线。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力中间值曲线，包括：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，取所述电子节气门平衡阻力上限值曲线和所述电子节气门平衡阻力下限值曲线的中间值，得到所述电子节气门平衡阻力中间值曲线。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力曲线，还包括：
在所述电源供电电压发生变化时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加电压阻力增量；和/或
在所述发动机冷却水温度为低温时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加低温阻力增量。
其中，所述根据电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述已设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择PWM起点值进行PID增量调节，包括：
当所述当前开度与目标开度的差值的绝对值小于X时，在所述电子节气门平衡阻力中间值曲线上取值作为进行PID增量调节的PWM起点值；
当所述当前开度比所述目标开度小X时，在所述电子节气门平衡阻力上限值曲线上取值作为PWM起点值；
当所述当前开度比所述目标开度大X时，在所述电子节气门平衡阻力下限值曲线上取值作为PWM起点值；
其中，所述X满足0≤X≤2%。
其中，所述根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度，包括：
当所述目标开度与当前开度之间的差值的绝对值小于等于Y时，采用慢速增量PID调节方式进行PID增量调节；
当所述目标开度与当前开度之间的差值的绝对值大于Y时，采用快速增量PID调节方式进行PID增量调节；
其中，所述Y满足3%≤Y≤5%。
实施本发明，具有如下有益效果：
由于本发明首先设置了对电子节气门进行增量PID调节的电子节气门平衡阻力曲线，因此当电子节气门的当前开度需要调节时，直接在该平衡阻力曲线上选择进行增量PID调节的PWM起点值，即可使电子节气门的阀片快速达到动作的临界点。另外，本发明进行增量PID调节时，根据电子节气门的当前开度和目标开度之间的差值，分别采用对应的增量PID调节方式，可消除电子节气门超调现象，使得电子节气门响应更快。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电子节气门阀片受力分析图；
图2为本发明的电子节气门平衡阻力曲线示意图；
图3为本发明的汽车电子节气门控制装置的一个结构示意图；
图4为本发明的汽车电子节气门控制装置的又一结构示意图；
图5为本发明的汽车电子节气门控制装置的曲线设置模块的一个结构示意图；
图6为图5所示的曲线设置模块中的上限值设置单元的结构示意图；
图7为图5所示的曲线设置模块中的下限值设置单元的结构示意图；
图8为本发明的汽车电子节气门控制装置的曲线设置模块的又一结构示意图；
图9为本发明的汽车电子节气门控制装置的起点值选择模块的结构示意图；
图10为本发明的汽车电子节气门控制装置的增量调节模块的结构示意图；
图11为本发明的汽车电子节气门控制方法实施例的一个流程示意图；
图12为本发明的汽车电子节气门控制方法实施例的又一流程示意图；
图13为本发明的汽车电子节气门控制方法实施例的又一流程示意图；
图14为本发明的汽车电子节气门控制方法实施例的又一流程示意图。
具体实施方式
在具体描述本发明的电子节气门控制方法和装置之前，首先对电子节气门的基本结构做一些介绍。
电子节气门系统主要包括：油门踏板位置传感器，油门踏板位置传感器由在同一基准电压下工作的两个无触点线性电位器传感器组成，基本电压由发动机控制单元ECU提供，随着油门踏板位置的改变，电位器阻值发生线性的变化，由此产生反应油门踏板移动量和油门踏板变化率的大小的电压信号输入ECU；节气门位置传感器，其由两个无触点线性电位器传感器组成，且由ECU提供相同的基准电压，当节气门位置发生变化时，电位器阻值也随之线性的改变，由此产生相应的电压信号输入ECU，该电压信号反应节气门开度大小和变化速率；节气门控制电机，一般选用直流驱动电机或步进电机，经过两级齿轮减速来调节节气门开度；发动机的控制单元ECU是整个节气门系统的核心，其包括两个部分：信息处理模块和电机驱动电路模块，该信息处理模块接收来自油门踏板位置传感器的电压信号，经过处理后得到节气门的目标开度，并把相应的电压信号发送到电机驱动电路模块；电机驱动电路模块接收来自信息处理模块的信号，控制电机转动相应的角度，使节气门达到或保持相应的开度。
在电子节气门开始工作后，油门踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式，油门踏板移动量和油门踏板变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门开度的基本期望值。然后经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号，如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等等，由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门开度期望值进行PID调节补偿，得到节气门的目标开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到目标开度的位置，此过程称之为增量PID调节。经过增量PID调节，使得电子节气门的当前开度趋近于目标开度之后，节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。
在电子节气门工作过程中，电子节气门的阀片会受到很多外力干扰，在对其进行增量PID调节时，如何使得电子节气门快速趋近于目标开度，同时避免超调现象，从而提高汽车发动机的性能是本发明主要解决的技术问题。
本发明为了解决该技术问题，采用的技术方案的核心在于首先设置了进行增量PID调节的电子节气门平衡阻力曲线，以该曲线为基础选择增量PID调节的起点值和方式，可以使电子节气门快速达到动作临界点，使其开度快速趋近于目标开度。
为设置电子节气门平衡阻力曲线，本发明首先对电子节气门的受力做如下分析：
电子节气门是由控制电机（如直流电机或步进电机）驱动节气门运动，回复弹簧起回位作用，同时伴随有摩擦阻力。
如图1所示为电子节气门阀片受力分析，由于摩擦力的方向始终与电子节气门阀片运动方向相反，回复弹簧提供的弹簧力与电子节气门阀片所处的位置相反，而直流电机提供的驱动力方向是由驾驶员通过踩踏油门踏板人为决定，这三种力的不同组合可得到各种不同的复杂工况。本实施例中仅以分析电子节气门阀片在初始开度的上方，并向开度变大方向运动和向开度变小方向运动的临界状态为例。
（1）要想电子节气门阀片向开度变大方向运动，那么电子节气门的控制电机提供的驱动力必须克服回复弹簧的弹簧拉力和由此引发的摩擦力，由此可得如下的关系式。
>= ( + ) ……………………①
（2）要想电子节气门阀片向开度变小方向运动，那么回复弹簧的弹簧拉力必须克服直流电机的反向驱动力和由此引发的摩擦力。如果直流电机提供的驱动力与回复弹簧的弹簧拉力同方向，那么电子节气门阀片肯定向开度变小方向运动，此处不作重点分析。由此可得如下的关系式。
>= ( + )……………………②
由①、②可得到电子节气门阀片静止的三根平衡阻力曲线。如图2所示：
第一根是平衡上限值曲线，其满足 = ( + )，处于最上方；第二根是平衡下限值曲线，其满足 = (-)，处于最下方；第三根是平衡中间值曲线，其满足 = ，处于中间。
参见图3~图10，为本发明提供的一种汽车电子节气门控制装置的结构示意图。
如图3所示，本发明提供的一种汽车电子节气门控制装置，包括：
曲线设置模块10，用于设置电子节气门平衡阻力曲线；具体的，该平衡阻力曲线如图2所示。
开度检测模块11，用于检测所述电子节气门的当前开度；
起点值选择模块12，用于根据所述开度检测模块11检测的电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述曲线设置模块10设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择进行PID增量调节的PWM起点值；
增量调节模块13，用于根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式，以所述起点值选择模块12选择的PWM起点值对所述电子节气门的当前开度进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度。
为了使本发明提供的控制装置适应不同的电压和温度环境，本发明的曲线设置模块10在设置平衡阻力曲线时，综合考虑电压和温度因素，因此本发明提供的控制装置如图4所示，其还包括：
电压检测模块14，用于通过汽车发动机的控制单元的端口检测电子节气门的电源供电电压；
温度检测模块15，用于通过所述汽车发动机的控制单元和冷却水传感器，检测汽车发动机的冷却水温度。需要说明的是，汽车的电子节气门都安装在发动机的进气口，紧邻发动机缸体，因此检测发动机的冷却水温度可以作为电子节气门的环境温度。
电压检测模块14和温度检测模块15所检测到的电压和/或温度，是本发明的曲线设置模块10进行曲线设置的参考因素，如图5所示，本发明实施例提供的曲线设置模块10，其具体包括：
上限值设置单元100，用于设置电子节气门平衡阻力上限值曲线；
中间值设置单元101，用于设置电子节气门平衡阻力中间值曲线；
下限值设置单元102，用于设置电子节气门平衡阻力下限值曲线。
如图6所示，上限值设置单元100包括：
第一驱动力调节单元1000，用于在所述电压检测模块14检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块15检测到发动机冷却水温度为常温时，逐渐增加电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变大方向运动时，减小所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变大方向运动；
第一驱动力记录单元1001，用于记录所述第一驱动力调节单元1000在调节过程中的多个电子节气门控制电机驱动力的值；其中，电子节气门控制电机驱动力的值满足：
= ( + )；
为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
上限值设置子单元1002，用于由所述第一驱动力记录单元1001记录的多个电子节气门控制电机驱动力的值得到所述电子节气门平衡阻力上限值曲线。
需要说明的是，本实施例中所述的电压检测模块14检测到电源供电电压稳压是指电压为14V，且所述温度检测模块15检测到发动机冷却水温度为常温是指温度为20℃，之后不再说明。
第一驱动力调节单元1000逐渐增加电子节气门控制电机驱动力可以通过ECU逐渐增大PWM波占空比来实现；相反，减小电子节气门控制电机驱动力可以通过ECU逐渐减小PWM波占空比来实现。
如图7所示，所述下限值设置单元101包括：
第二驱动力调节单元1010，用于在所述电压检测模块14检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块15检测到发动机冷却水温度为常温时，逐渐减小电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变小方向运动时，增大所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变小方向运动；
第二驱动力记录单元1011，用于记录所述第二驱动力调节单元1010在调节过程中的多个电子节气门控制电机驱动力的值；其中，电子节气门控制电机驱动力的值满足：
= (-)；
为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
下限值设置子单元1012，用于由所述第二驱动力记录单元1011记录的多个电子节气门控制电机驱动力的值得到所述电子节气门平衡阻力下限值曲线。
其中，第二驱动力调节单元1010逐渐增加电子节气门控制电机驱动力可以通过ECU逐渐增大PWM波占空比来实现；相反，减小电子节气门控制电机驱动力可以通过ECU逐渐减小PWM波占空比来实现。
其中，所述中间值设置单元102用于在所述电压检测模块14检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块15检测到发动机冷却水温度为常温时，由所述上限值设置单元1000设置的电子节气门平衡阻力上限值曲线和所述下限值设置单元1010设置的电子节气门平衡阻力下限值曲线的中间值，得到所述电子节气门平衡阻力中间值曲线。
当电源电压发生变化，控制电机输出的驱动力也会随之变化，例如：当电源电压大于14V，在相同的PWM占空比条件下，控制电机输出的驱动力比电源电压为14V时大，当电源电压小于14V，控制电机输出的驱动力比14V时小；当发动机发生低温情况时，电子节气门运动引发的摩擦阻力增大明显。
因此，为了适应不同的电压和温度条件，本发明的汽车电子节气门控制装置的曲线设置模块10在非稳压和低温条件下，还需要对其设置的曲线进行调节，具体的，参见图8，曲线设置模块10除包括如图5所示的单元之外，还包括：
低温阻力增量调节单元103，用于在所述温度检测模块15检测到所述发动机冷却水温度为低温时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加低温阻力增量；和/或
电压阻力增量调节单元104，用于在所述电源检测模块14检测到所述电源供电电压发生变化时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加电压阻力增量。
在曲线设置模块10设置好如图2所示的电子节气门平衡阻力曲线之后，本发明的控制装置即可以该曲线为基础，选择PWM起点值和对应的增量PID调节方式对电子节气门的开度进行调节。
其中，对于PWM起点值和增量PID调节方式的选择无先后顺序的限制。
参见图9，本发明提供的汽车电子节气门控制装置的起点值选择模块12，包括：
差值计算单元120，用于计算所述开度检测模块11检测得到的当前开度与目标开度之间的差值；
起点值选择单元121，用于当所述差值计算单元120计算所得当前开度与目标开度的差值的绝对值小于X时，在所述电子节气门平衡阻力中间值曲线上取值作为进行PID增量调节的PWM起点值；当所述当前开度比所述目标开度小X时，在所述电子节气门平衡阻力上限值曲线上取值作为PWM起点值；当所述当前开度比所述目标开度大X时，在所述电子节气门平衡阻力下限值曲线上取值作为PWM起点值；其中，所述X满足0≤X≤2%，具体的，X可以取值为0或1%或2%。
起点值选择模块12进行PWM起点值选择的具体过程将在后续方法实施例中详细描述。
参见图10，本发明提供的汽车电子节气门控制装置的增量调节模块13，包括：
绝对值计算单元130，用于计算所述开度检测模块11检测得到的当前开度与目标开度之间的差值的绝对值；
慢速增量调节单元131，用于在所述绝对值计算单元130计算所得的目标开度与当前开度之间的差值的绝对值小于等于Y时，采用慢速增量PID调节方式进行PID增量调节；
快速增量调节单元132，用于在所述差值计算单元计算所得的目标开度与当前开度之间的差值的绝对值大于Y时，采用快速增量PID调节方式进行PID增量调节；其中，所述Y满足3%≤Y≤5%，具体的Y可以取值为3%或4%或5%。
增量调节模块13进行增量PID调节的具体过程将在后续方法实施例中详细描述。
实施本发明提供的汽车电子节气门控制装置，由于本发明的曲线设置模块首先设置了对电子节气门进行增量PID调节的电子节气门平衡阻力曲线，因此当电子节气门的当前开度需要调节时，起点值选择模块直接在该平衡阻力曲线上选择PWM的起点值，即可使电子节气门的阀片快速达到动作的临界点。另外，本发明的增量调节模块进行增量PID调节时，根据电子节气门的当前开度和目标开度之间的差值，分别采用对应的增量PID调节方式，可消除电子节气门超调现象，使得电子节气门响应更快。
下面结合图11~图14，详细描述本发明提供的一种汽车电子节气门控制方法实施例。
参见图11，为本发明提供一种汽车电子节气门控制方法实施例的流程示意图。
如图11所示，本发明提供的方法，包括：
步骤100，设置电子节气门平衡阻力曲线；该平衡阻力曲线如图2所示；
步骤101，检测电子节气门的当前开度；
步骤102，根据电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择进行PID增量调节的PWM起点值；
步骤103，根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式，以所述PWM起点值对所述电子节气门的当前开度进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度。
为了使本发明提供的控制装置适应不同的电压和温度环境，本发明在设置平衡阻力曲线时，综合考虑电压和温度因素，因此所述设置电子节气门平衡阻力曲线之前，还包括：
通过汽车发动机的控制单元的端口检测电子节气门的电源供电电压；
通过所述汽车发动机的控制单元和冷却水传感器，检测汽车发动机的冷却水温度。
其中，步骤100所述的设置电子节气门平衡阻力曲线，包括：
设置电子节气门平衡阻力上限值曲线；
设置电子节气门平衡阻力中间值曲线；
设置电子节气门平衡阻力下限值曲线。
该三条曲线的设置过程分别如下：
其中，所述设置电子节气门平衡阻力上限值曲线过程如下：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，逐渐增加电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变大方向运动时，减小所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变大方向运动，此过程中的电子节气门控制电机驱动力满足：
= ( + )；
其中， 为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
由此过程中的多个的值得到所述电子节气门平衡阻力上限值曲线。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力下限值曲线过程如下：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，逐渐减小电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变小方向运动时，增大所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变小方向运动，此过程中的电子节气门控制电机驱动力满足：
= ( - )；
其中， 为所述电子节气门的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
由此过程中的多个的值得到所述电子节气门平衡阻力下限值曲线。
其中，所述设置电子节气门平衡阻力中间值曲线过程如下：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，取所述电子节气门平衡阻力上限值曲线和所述电子节气门平衡阻力下限值曲线的中间值，得到所述电子节气门平衡阻力中间值曲线。
需要说明的是，为了适应不同的电压和温度条件，本发明的汽车电子节气门控制方法在非稳压和低温条件下，还需要对其设置的曲线进行调节，因此所述设置电子节气门平衡阻力曲线的步骤，还包括：
在所述电源供电电压发生变化时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加电压阻力增量；和/或
在所述发动机冷却水温度为低温时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加低温阻力增量。
在设置好电子节气门平衡阻力曲线的基础上，可根据电子节气门当前开度和目标开度之间的关系，选择PWM起点值和增量PID调节方式对电子节气门进行增量PID调节，其先后顺序不受限制。
本发明实施例中，仅以先选择PWM起点值为例进行说明。
如图12所示，在所述已设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择PWM起点值进行PID增量调节的步骤，包括：
步骤200，计算电子节气门当前开度与目标开度之间的差值；
步骤201，当所述当前开度与目标开度的差值的绝对值小于X时，也即目标开度和当前开度相差在正负X之内时，在所述电子节气门平衡阻力中间值曲线上取值作为进行PID增量调节的PWM起点值；
步骤202，当所述当前开度比所述目标开度小X时，在所述电子节气门平衡阻力上限值曲线上取值作为PWM起点值；
步骤203，当所述当前开度比所述目标开度大X时，在所述电子节气门平衡阻力下限值曲线上取值作为PWM起点值；
其中，所述X满足0≤X≤2%，X的取值具体可以为0、或1%、或2%。
具体实现中，如果当前开度接近目标开度，则起点PWM波占空比就是最终PWM波占空比，也就是固定PWM波占空比输出（在图2的中间平衡曲线上取）；如果当前开度小于目标开度，则选择平衡点的上限值（在图2的最上方平衡曲线上取）为起点进行增量PID调节；如果当前开度大于目标开度，则选择平衡点的下限值（在图2的最下方平衡曲线上取）为起点进行增量PID调节。这样能使增量PID控制算法在最短时间起作用，驱动电子节气门阀片运动，达到当前开度快速跟随目标开度的目的。
下面再描述根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度的具体实现过程，如图13所示，包括：
步骤300，计算电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值；
步骤301，当所述目标开度与当前开度之间的差值的绝对值小于等于Y时，采用慢速增量PID调节方式进行PID增量调节；
步骤302，当所述目标开度与当前开度之间的差值的绝对值大于Y时，采用快速增量PID调节方式进行PID增量调节；
其中，所述Y满足3%≤Y≤5%。具体实现中，Y可以取值为3%、或4%、或5%。
在具体实现中，可以根据电子节气门当前开度、目标开度和初始开度三者关系，分成多组PID调节参数，采用快速PID或慢速PID调节方式进行分段调节，使电子节气门当前开度快速、稳定接近目标开度，同时不使其产生超调现象。理论上，分成越多组PID，调节越好，如图14所示，以8组PID参数，且当前开度和目标开度相差5%为例进行说明：
(state = 1): 当前开度和目标开度都在初始开度之上，且目标开度和当前开度相差5%开度以上，采用快速增量PID控制算法。
(state = 2): 当前开度和目标开度都在初始开度之上，且目标开度和当前开度相差5%开度以下，采用慢速增量PID控制算法。
(state = 3): 当前开度和目标开度都在初始开度之下，且目标开度和当前开度相差5%开度以上，采用快速增量PID控制算法。
(state = 4): 当前开度和目标开度都在初始开度之下，且目标开度和当前开度相差5%开度以下，采用慢速增量PID控制算法。
(state = 5): 当前开度在初始开度之上，而目标开度在初始开度之下，且目标开度和当前开度相差5%开度以上，采用快速增量PID控制算法。
(state = 6): 当前开度在初始开度之上，而目标开度在初始开度之下，且目标开度和当前开度相差5%开度以下，采用慢速增量PID控制算法。
(state = 7): 当前开度在初始开度之下，而目标开度在初始开度之上，且目标开度和当前开度相差5%开度以上，采用快速增量PID控制算法。
(state = 8): 当前开度在初始开度之下，而目标开度在初始开度之上，且目标开度和当前开度相差5%开度以下，采用慢速增量PID控制算法。
快速增量PID控制算法是指选定的PID参数，能使直流电机快速增加或减小驱动力，其能使PWM占空比快速增加或减小，从而使电子节气门当前开度快速接近目标开度；慢速增量PID控制算法是指选定的PID参数，能使直流电机缓慢增加或减小驱动力，其能使PWM占空比缓慢增加或减小，从而使电子节气门当前开度稳定接近目标开度，且不产生超调现象。
实施本发明提供的汽车电子节气门控制方法，由于本发明首先设置了对电子节气门进行增量PID调节的电子节气门平衡阻力曲线，因此当电子节气门的当前开度需要调节时，直接在该平衡阻力曲线上选择进行增量PID调节的PWM起点值，即可使电子节气门的阀片快速达到动作的临界点。另外，本发明进行增量PID调节时，根据电子节气门的当前开度和目标开度之间的差值，分别采用对应的增量PID调节方式，可消除电子节气门超调现象，使得电子节气门响应更快。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种汽车电子节气门控制装置，其特征在于，包括：
曲线设置模块，用于设置电子节气门平衡阻力曲线；
开度检测模块，用于检测所述电子节气门的当前开度；
起点值选择模块，用于根据所述开度检测模块检测的电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述曲线设置模块设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择进行PID增量调节的PWM起点值；
增量调节模块，用于根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式，以所述起点值选择模块选择的PWM起点值对所述电子节气门的当前开度进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度。
2.如权利要求1所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述曲线设置模块，包括：
上限值设置单元，用于设置电子节气门平衡阻力上限值曲线；
中间值设置单元，用于设置电子节气门平衡阻力中间值曲线；
下限值设置单元，用于设置电子节气门平衡阻力下限值曲线。
3.如权利要求2所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
电压检测模块，用于通过汽车发动机的控制单元的端口检测电子节气门的电源供电电压；
温度检测模块，用于通过所述汽车发动机的控制单元和冷却水传感器，检测汽车发动机的冷却水温度。
4.如权利要求3所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述上限值设置单元包括：
第一驱动力调节单元，用于在所述电压检测模块检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块检测到发动机冷却水温度为常温时，逐渐增加电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变大方向运动时，减小所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变大方向运动；
第一驱动力记录单元，用于记录所述第一驱动力调节单元在调节过程中的多个电子节气门控制电机驱动力的值；其中，电子节气门控制电机驱动力 的值满足：
=(+ )；
为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
上限值设置单元，用于由所述第一驱动力记录单元记录的多个电子节气门控制电机驱动力的值得到所述电子节气门平衡阻力上限值曲线。
5.如权利要求4所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述下限值设置单元包括：
第二驱动力调节单元，用于在所述电压检测模块检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块检测到发动机冷却水温度为常温时，逐渐减小电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变小方向运动时，增大所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变小方向运动；
第二驱动力记录单元，用于记录所述第二驱动力调节单元在调节过程中的多个电子节气门控制电机驱动力的值；其中，电子节气门控制电机驱动力的值满足：
=(-)；
为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
下限值设置单元，用于由所述第二驱动力记录单元记录的多个电子节气门控制电机驱动力的值得到所述电子节气门平衡阻力下限值曲线。
6.如权利要求5所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述中间值设置单元用于在所述电压检测模块检测到电源供电电压稳压且所述温度检测模块检测到发动机冷却水温度为常温时，由所述上限值设置单元设置的电子节气门平衡阻力上限值曲线和所述下限值设置单元设置的电子节气门平衡阻力下限值曲线的中间值，得到所述电子节气门平衡阻力中间值曲线。
7.如权利要求6所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述曲线设置模块还包括：
低温阻力增量调节单元，用于在所述温度检测模块检测到所述发动机冷却水温度为低温时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加低温阻力增量；和/或
电压阻力增量调节单元，用于在所述电源检测模块检测到所述电源供电电压发生变化时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加电压阻力增量。
8.如权利要求1至6中任一项所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述起点值选择模块，包括：
差值计算单元，用于计算所述开度检测模块检测得到的当前开度与目标开度之间的差值；
起点值选择单元，用于当所述差值计算单元计算所得当前开度与目标开度的差值的绝对值小于X时，在所述电子节气门平衡阻力中间值曲线上取值作为进行PID增量调节的PWM起点值；当所述当前开度比所述目标开度小X时，在所述电子节气门平衡阻力上限值曲线上取值作为PWM起点值；当所述当前开度比所述目标开度大X时，在所述电子节气门平衡阻力下限值曲线上取值作为PWM起点值；其中，所述X满足0≤X≤2%。
9.如权利要求7所述的汽车电子节气门控制装置，其特征在于，所述增量调节模块，包括：
绝对值计算单元，用于计算所述开度检测模块11检测得到的当前开度与目标开度之间的差值的绝对值；
慢速增量调节单元，用于在所述绝对值计算单元计算所得的目标开度与当前开度之间的差值的绝对值小于等于Y时，采用慢速增量PID调节方式进行PID增量调节；
快速增量调节单元，用于在所述差值计算单元计算所得的目标开度与当前开度之间的差值的绝对值大于Y时，采用快速增量PID调节方式进行PID增量调节；其中，所述Y满足3%≤Y≤5%。
10.一种汽车电子节气门控制方法，其特征在于，包括：
设置电子节气门平衡阻力曲线；
检测电子节气门的当前开度；
根据电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择进行PID增量调节的PWM起点值；
根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式，以所述PWM起点值对所述电子节气门的当前开度进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度。
11.如权利要求10所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述设置电子节气门平衡阻力曲线，包括：
设置电子节气门平衡阻力上限值曲线；
设置电子节气门平衡阻力中间值曲线；
设置电子节气门平衡阻力下限值曲线。
12.如权利要求11所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述设置电子节气门平衡阻力曲线之前，还包括：
通过汽车发动机的控制单元的端口检测电子节气门的电源供电电压；
通过所述汽车发动机的控制单元和冷却水传感器，检测汽车发动机的冷却水温度。
13.如权利要求12所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述设置电子节气门平衡阻力上限值曲线，包括：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，逐渐增加电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变大方向运动时，减小所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变大方向运动，此过程中的电子节气门控制电机驱动力满足：
=(+ )；
其中， 为所述电子节气门的回复弹簧的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
由此过程中的多个的值得到所述电子节气门平衡阻力上限值曲线。
14.如权利要求13所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述设置电子节气门平衡阻力下限值曲线，包括：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，逐渐减小电子节气门控制电机驱动力，当所述电子节气门的阀片向开度变小方向运动时，增大所述电子节气门控制电机驱动力直至所述电子节气门的阀片不再向开度变小方向运动，此过程中的电子节气门控制电机驱动力满足：
=(- )；
其中， 为所述电子节气门的弹簧力；为电子节气门的阀片运动所产生的摩擦力；
由此过程中的多个的值得到所述电子节气门平衡阻力下限值曲线。
15.如权利要求14所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述设置电子节气门平衡阻力中间值曲线，包括：
在所述电源供电电压稳压且所述发动机冷却水温度为常温时，取所述电子节气门平衡阻力上限值曲线和所述电子节气门平衡阻力下限值曲线的中间值，得到所述电子节气门平衡阻力中间值曲线。
16.如权利要求15所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述设置电子节气门平衡阻力曲线，还包括：
在所述电源供电电压发生变化时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加电压阻力增量；和/或
在所述发动机冷却水温度为低温时，在所述电子节气门平衡阻力曲线上增加低温阻力增量。
17.如权利要求10至16中任一项所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述根据电子节气门当前开度和目标开度之间的差值，在所述已设置的电子节气门平衡阻力曲线上选择PWM起点值进行PID增量调节，包括：
当所述当前开度与目标开度的差值的绝对值小于X时，在所述电子节气门平衡阻力中间值曲线上取值作为进行PID增量调节的PWM起点值；
当所述当前开度比所述目标开度小X时，在所述电子节气门平衡阻力上限值曲线上取值作为PWM起点值；
当所述当前开度比所述目标开度大X时，在所述电子节气门平衡阻力下限值曲线上取值作为PWM起点值；
其中，所述X满足0≤X≤2%。
18.如权利要求17所述的汽车电子节气门控制方法，其特征在于，所述根据电子节气门当前开度与目标开度之间的差值的绝对值，选择对应的增量PID调节方式进行PID增量调节，以使所述电子节气门的当前开度趋近于目标开度，包括：
当所述目标开度与当前开度之间的差值的绝对值小于等于Y时，采用慢速增量PID调节方式进行PID增量调节；
当所述目标开度与当前开度之间的差值的绝对值大于Y时，采用快速增量PID调节方式进行PID增量调节；
其中，所述Y满足3%≤Y≤5%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Jian Inventor after: Huang Ruijing Inventor after: Xing Zhihai Inventor after: He Xiaoni Inventor after: Zhang Anwei Inventor before: Huang Ruijing Inventor before: Xing Zhihai Inventor before: He Xiaoni Inventor before: Zhang Anwei |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: HUANG RUIJING XING ZHIHAI HE XIAONI ZHANG ANWEI TO: WU JIAN HUANG RUIJING XING ZHIHAI HE XIAONI ZHANG ANWEI |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |