祁先來(lái)

（湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000）

1 閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)概述

閉環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出量（被控參數(shù)）通過(guò)測(cè)量元件和變換發(fā)送單元反饋回來(lái)作用于控制器，形成閉合回路，這種控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，也叫反饋控制系統(tǒng)，如圖1 所示。其優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)糾正外部干擾和系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)變化引起的偏差，這樣就可以采用精度不太高而成本較低的元件，組成一個(gè)較為精確的控制系統(tǒng)。而開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用不產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)，即無(wú)反饋測(cè)量元件和反饋?zhàn)儞Q發(fā)送單元。

圖1 閉環(huán)控制原理

發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)是由多個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)組成的復(fù)雜管理系統(tǒng)。其組成與工作原理如圖2 所示。

2 怠速控制系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的控制，通常采用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行反饋控制。ECU根據(jù)各種傳感器的輸入信號(hào)確定一個(gè)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，根據(jù)比較差值，確定與目標(biāo)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的控制量，去驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)氣量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（怠速控制閥）。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)工作原理

在怠速控制系統(tǒng)中，ECU需要根據(jù)節(jié)氣門位置信號(hào)和車速信號(hào)確認(rèn)怠速工況，當(dāng)節(jié)氣門完全關(guān)閉和車速為零時(shí)，才進(jìn)行怠速控制。節(jié)氣門全關(guān)時(shí)，節(jié)氣門位置傳感器內(nèi)怠速觸點(diǎn)閉合，怠速觸電開(kāi)關(guān)將信號(hào)輸送給ECU，ECU據(jù)此判定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速工況。此時(shí)，如果ECU通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于怠速范圍時(shí)，ECU向怠速控制閥發(fā)出調(diào)整信號(hào)，減小控制閥的開(kāi)度，減少怠速時(shí)的進(jìn)氣量，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低；反之，則增大控制閥的開(kāi)度來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由此，ECU根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)對(duì)怠速實(shí)施反饋控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在正常的怠速范圍內(nèi)，如圖3 所示為怠速控制程序框圖。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷突然增加時(shí)，如空調(diào)壓縮機(jī)開(kāi)啟，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下降甚至熄火。此時(shí)，ECU控制的怠速系統(tǒng)會(huì)將工況變化的信號(hào)輸送到電腦的邏輯電路中進(jìn)行運(yùn)算，由比較電路與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，然后輸出修正補(bǔ)償信號(hào)，驅(qū)動(dòng)怠速控制器，使控制閥開(kāi)度適度加大。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度很低時(shí)，為了縮短暖機(jī)時(shí)間，怠速控制系統(tǒng)會(huì)將怠速提高到1200r/min，實(shí)現(xiàn)快怠速。

此外，諸如近光燈開(kāi)啟、系統(tǒng)電壓補(bǔ)償、車速補(bǔ)償和減速調(diào)節(jié)因素也都受到怠速控制系統(tǒng)的控制。

圖3 怠速反饋控制原理

3 可變配氣系統(tǒng)

豐田汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣系統(tǒng)的閉環(huán)控制如圖3 所示。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量、節(jié)氣門位置和水溫計(jì)算出一個(gè)最優(yōu)氣門正時(shí)，凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制指令選擇至VVT-i控制器的不同油路以處于提前、滯后或保持這三個(gè)不同的工作狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)來(lái)自凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器的信號(hào)檢測(cè)實(shí)際的氣門正時(shí)，從而盡可能地進(jìn)行反饋控制，以獲得預(yù)定的氣門正時(shí)。

圖4 可變氣門正時(shí)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元送給凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥的占空比大于50%時(shí)，油壓作用于氣門正時(shí)提前側(cè)的葉片室，使進(jìn)氣凸輪軸向氣門正時(shí)的提前方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元送給凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥的占空比小于50%時(shí)，油壓作用于氣門正時(shí)延遲側(cè)的葉片室，使進(jìn)氣凸輪軸向氣門正時(shí)的延遲方向旋轉(zhuǎn)；發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元對(duì)各傳感器輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并計(jì)算出氣門正時(shí)的角度，根據(jù)凸輪軸位置傳感器輸入的反饋信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到目標(biāo)氣門正時(shí)后，凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥關(guān)閉油道并保持油壓，即氣門正時(shí)保持不變。

發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中閉環(huán)反饋輔助控制系統(tǒng)有很多，如節(jié)氣門電控系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)、二次空氣噴射系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、巡航系統(tǒng)等等。這些反饋控制系統(tǒng)一般都具有學(xué)習(xí)控制功能。例如在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中，由于磨損等原因會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制閥的性能發(fā)生變化，雖然怠速控制開(kāi)啟的位置未變，但實(shí)際的怠速轉(zhuǎn)速會(huì)與電控單元內(nèi)存中設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速略有差異，此時(shí)電控單元利用反饋控制使怠速回到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，怠速控制閥將會(huì)有一個(gè)新的位置，同時(shí)電控單元將會(huì)把這個(gè)新位置的值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，以便在以后的怠速控制中使用。

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