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Jetta汽车电子油门二级减速系统运动仿真及控制原理研究

摘要:

随着汽车工业的快速发展，汽车的高科技含量也越来越高。

节油、环保、自动化程度高、多功能合一、更好的舒适性是当今汽车的发展方向。

但随着各国对节能、环保的要求越来越高，靠改进硬件的设计已很难解决问题，因此，如何精确地控制燃油在汽缸中的燃烧，使能效比更高、排放更环保，只能借助现代计算机精确控制技术。

电子油门正是在这一背景下产生的新一代控制技术。

本课题就是对电子油门的基本结构和工作原理等方面进行了研究，并着重分析研究电子油门中的二级减速系统和电机部分。

本文主要内容是运用SOLIDWORKS建模，然后通过ADAMS进行运动学仿真，并对其输出结果进行分析。

使得我们对电子油门有更进一步的认识。

关键字：

电子油门；二级减速系统；SOLIDWORKS；ADAMS

ThesimulationandcontroltheoryresearchoftwodecelerationsysteminJettaautomobileelectronicthrottle

Abstract:

Withtherapiddevelopmentofautomobileindustry,automobilesincreasinglyhigh-tech.Fuel-efficient,environmentallyfriendly,highdegreeofautomation,multi-functionalone,bettercomfortintoday'svehicledevelopment.Butwiththenationalenergy-savingandenvironmentalprotectionhavebecomeincreasinglydemanding,improvingthehardwaredesignhasbeenverydifficulttosolvetheproblem,therefore,howtopreciselycontrolthecombustionoffuelinthecylinder,improvetheenergyefficiency,emissionsmoreenvironmentallyfriendly,onlycanbepreciselycontrolledbymoderncomputertechnology.Electronicthrottleisanewgenerationofcontroltechnologyinthiscontextproduces.Thistopicresearchthebasicstructureoftheelectronicthrottleandworkingprincipleandotheraspects,andfocusedontheanalysisofthedecelerationsystemandthesteppermotoroftheelectronicthrottle.WedraftthemodelingbySOLIDWORKS,thenmakekinematicssimulationbyAdams,andanalysisitsoutput.Sothatwecanhaveabetterunderstandingofelectronicthrottle.

Keywords:

electronicthrottle;thedecelerationsystem;SOLIDWORKS;ADAMS

1绪论

1.1汽车发展历程及电子设备在汽车上的应用

汽车如今已成为我们生活中不可或缺的交通工具,它自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。

这一百年，汽车发展的速度是如此惊人！

如今众所周知的汽车品牌比如:

奔驰、宝马、通用、福特、丰田、本田等都有近百年的历史了，汽车工业逐渐成为一个世界性的制造产业。

发明之初的汽车也不是现在的式样，如果你能见到当时的汽车，你也可能认为这不是汽车。

19世纪末20世纪初，欧美一些主要资本主义国家都相继完成了工业革命，随着生产力大幅度地增长，要求用于交通运输的工具也要有相应的发展。

世界汽车的发展历史大约经历了110年，19世纪末期开始至第一次世界大战期间约20-30年间，便形成了一个汽车的发明家时期，也是发达国家汽车工业的初步形成时期。

从德国人奔驰和戴姆勒于1886年制造的第一辆汽车开始，各国都争相发展汽车，使汽车工业有了日新月异的变化。

法国制成第一辆汽车的时间是1890年；美国是1893年；英国是1896年；日本是1907年；俄罗斯是1910年；而我国自主制造的第一辆汽车解放牌卡车于1956年问世，这也标志着我国也步入了汽车时代。

图1.11886年1月29日，两位德国人

卡尔·本茨和戈特利布·戴姆勒获得世界上第一辆汽车的专利权，标志着世界上第一辆汽车诞生

Fig.1.1January29,1886,KarlBenzandGottliebDaimlerobtain

thepatentsofthefirstcaroftheworld,itmarksthebirthoftheworld'sfirstcar

最近几十年随着科学技术的飞速发展，汽车工业发展十分迅速，朝着多元化、人性化、可持续环保等方向发展。

其中电子技术在汽车工业中应用的越来越多。

使得现代汽车变得智能化、多媒体化、网络化，不仅提高了汽车的动力性、经济性、安全和环保性，改善了行驶的稳定性和舒适性，而且推动了汽车工业的发展，从而推动了电子工业的发展。

因此，大力发展汽车电子化、智能化、多媒体化和网络化，加快汽车电子化速度，是启动和振兴汽车工业的重要手段。

也是国汽车零部件企业的新的经济增长点。

  电子技术和计算机技术的发展为汽车技术性能的提高，经济性和舒适性的改善，乃至对减少汽车废气污染都创造了良好的条件。

汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。

据统计，目前平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比达23%以上。

在一些豪华轿车上使用单片微型计算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成本的50%以上，目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。

人们越来越认识到，离开了电子技术，汽车就难以满足日益严格的法规要求，也无法适应顾客对汽车使用的方便性、舒适性、高效性及经济性的要求。

汽车工业的长足进步，也是以电子技术（特别是计算机、集成电路技术）为动力而实现的。

汽车电子技术进入了其发展的第三个阶段，这是对汽车工业的发展最有价值、最有贡献的阶段，也将是优化人-汽车-环境的整体关系最为重要的阶段。

超微型磁体、超高效电机及集成电路的微型化，为集中控制汽车提供了基础（例如制动、转向和悬架的集中控制以及发动机和变速器的集中控制）。

纵观近几十年来汽车技术方面的重大成就，几乎无一例外地是应用电子技术的结果。

采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。

由此可见电子技术在现代汽车中的应用已经越来越多，并且效果显著。

使得安全性、环保性大大提高。

据统计，2005年全国共发生道路交通事故450254起，造成98738人死亡、469911人受伤，直接财产损失18．8亿元[1]。

我国每年交通事故50万起，因交通事故死亡人数均超过10万人，相当于一个小型县，居世界第一。

有数据表明，每5分钟就有一人丧身车轮，每1分钟都会有一人因为交通事故而伤残。

每年因交通事故所造成的经济损失达数百亿元。

车辆在雨雪天等特殊气候条件下运行，由于路面的附着系数减小，极大地影响了汽车的制动效能，致使制动距离延长，尤其是在紧急制动时，会发生侧滑，严重时会掉头旋转。

如果是在有车辙的雪路上行驶，左右轮分别行驶在雪地上和露出的地面上，产生剧烈旋转的危险性更大。

此时若紧急制动，车辆的方向就失去控制;而如果是弯道，车辆则可能沿切线从路边滑出或闯入对面的车道。

另外，当车辆在高速行驶时，驾驶员对前面突然出现的障碍物恐怕也难以很快地做出制动的反应，这也是酿成交通事故的重大隐患之一。

因此，开发出实现自动减小节气门开度的电子控制系统，可有效地缩短制动距离，使驾驶员从人车环境的闭环系统中解放出来，保障交通和人身的安全起着极为重要的作用[2]。

另外，经验不够丰富的驾驶员对油门踏板和制动踏板的使用次数相对偏高，油门开度的变化相对较频繁、变化范围也相对较大，这无疑会降低了汽车燃油的经济性。

由此可见，安全问题是汽车行业最关注也是最难解决的问题，随着汽车在人们生活中的应用越来越来广，买车的人越来越多，安全问题就更加显著。

因此对汽车的安全性能要求更高，为此许多电子技术应用到汽车上，例如：

ABS汽车防抱死系统，ESP电子稳定程序，EBD电子制动力分配系统，EBA紧急制动辅助装置，BAS制动力辅助系统，ASR驱动（轮）防滑系统，TCS牵引力控制系统等等。

本课题就针对汽车电子油门系统作了一个系统的分析与研究，让我们对电子油门有更加深刻的认识。

1.2课题研究的背景及研究内容

目前，在汽车控制技术中，电传线驱理念已得到广泛的重视、研发与应用。

比如电驱刹车（Brake-by-Wire），电驱转向（Steer-by-Wire）等[3]。

所谓电传线驱，也就是把钢缆、杠杆等机构的机械动作改为通过电线（ElectricalWire）传输的电子信号驱动电机动作。

采用电驱控制，信号传输精确，电机动作迅速，可进行反馈控制和补偿；没有机械磨耗问题。

除此之外，汽车上许多现有的配备皆可简化，重量可以减轻，这对汽车设计、对油耗表现都会有正面的功效。

比如，现行的液压刹车系统如果换成电驱刹车系统之后，刹车将只是从刹车踏板传出一个快刹或慢刹、刹得重或刹得轻的电子信号，这个信号传向轮子上的刹车执行器执行，即由电机来驱动刹车卡钳夹住刹车碟盘执行刹车动作。

因此，液压刹车系统的刹车总泵、刹车分泵、刹车油管、刹车油、真空辅助泵全部都可取消，这样既可减轻重量、减少油耗、提高刹车系统的可靠度，又可减少保养项目和耗材的花费，由此可见电驱控制的优越之处。

电子油门控制系统是采用电驱控制，称为电驱油门（throttle-by-Wire）[4]。

一般汽车的节气门控制，其是在踏下加速踏板之后，经由连杆拉动钢缆而控制节流阀，脚踩得愈深，钢缆拉动的幅度愈大，节气门开启的角度也就愈大，进气愈多、喷油量也就跟着增多，加速就会增快，这种机制是从化油器时代就一直沿用至今。

随着电子技术的快速进步，传统的机械控制、液压控制技术相对来说，都比不上电子控制的快速与精准，因此在配合上就会有些滞后，造成反应不够迅速与直接；除此之外，钢缆式的控制机构还会有机械磨耗的问题，使用时间愈久，控制就会愈不精准、反应也就愈慢，因此和很多其他的控制系统一样，汽车的节气门控制也不得不走上电子化的路线。

节气门控制改成电驱之后，当驾驶人右脚掌踩下加速踏板时，其实他只是在传送一个信号，传送一个油门踩踏深浅与快慢的信号，这个信号会被发动机管理系统接收和解读，然后根据工况信号进行相应调整，再发出控制指令要节气门快速或缓和开启它应当开张的角度。

我们知道，操纵节气门开度就能控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。

传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏板（加速踏板），另一端联接节气门连动板而工作。

但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性，在日新月异的汽车电子技术发展形势下，一种电子油门（EGAS）应运而生[5]。

电子油门的研究工作起源于20世纪7