智能“電子節氣門控制系統”的控制原理及優越性

任廣文

摘 要 本文主要分析了現代汽車的智能“電子節氣門控制系統”的控制原理，智能“電子節氣門控制系統”的汽車具有最佳動力性、燃油經濟性，并具有牽引力控制（ASR）、巡航控制（CCS）、怠速控制(ISC)等等功能，提高了乘坐的舒適性和安全性，同時減輕了發動機的排放污染。將來的發展趨勢——“電子節氣門控制系統”必然代替機械節氣門控制系統。

關鍵詞 電子節氣門 控制原理 優越性

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A

Control Principle and the Advantages of Intelligent

"Electronic Throttle Control System"

REN Guangwen

(Zhengde Polytechnic College, Nanjing, Jiangsu 211106)

Abstract This paper analyzes the control principle of the modern car intelligent "electronic throttle control system," intelligent "electronic throttle control system" car with the best performance, fuel economy and traction control (ASR), cruise control (CCS) idle Speed Control (ISC) function, improved ride comfort and safety, while reducing engine emissions pollution. The future trend of development - the electronic throttle control system must replace the mechanical throttle control system.

Key words electronic throttle; control principle; advantage

節氣門即人們常聽說的發動機“油門”，早期的節氣門是由駕駛員操作加速踏板通過拉線或拉桿來控制的。這種控制方式不能保證發動機總是處于最佳的運行狀態，甚至帶來安全隱患。

現代汽車廣泛安裝了智能“電子節氣門系統”，這種操作油門的方式是柔性的，即通過發動機控制單元（ECU）控制節氣門，使其精確、快速地到達開度位置。它的優點是能夠根據駕駛員的愿望以及整車的行駛狀況確定節氣門最佳的開度位置，即使在駕駛員過猛踩下加速踏板的情況下，發動機控制單元也可以獨自控制發動機的扭矩，保證車輛的最佳動力性、燃油經濟性和排放性。

1 智能“電子節氣門控制系統”的組成

電子節氣門控制系統由發動機控制單元（ECU）、加速踏板模塊、節氣門控制單元組成，如圖1所示。

1.1 加速踏板模塊

由加速踏板機構和其位置傳感器組成。加速踏板位置傳感器由兩個相同的傳感器組成。隨著加速踏板位置的改變，傳感器的信號也隨之改變，并把這一信號傳給ECU，確定加速踏板當前的位置和變化速率；同時加速踏板模塊還設置了一個怠速開關和一個節氣門全開位置開關并將信號傳遞到發動機控制單元（ECU），以實現駕駛員的意圖。

1.2 發動機控制單元（ECU）

發動機控制單元（ECU）是整個系統的核心，包括兩個部分：信息處理模塊和電機驅動電路模塊。

信息模塊接收來自加速踏板位置傳感器的電壓信號，根據信號以及存儲的駕駛員獨特操縱駕駛特征（例如，駕駛員踩踏加速踏板的習慣），以及冬季雨雪天氣特殊操縱控制需求，汽車行駛在高海拔地區時的海拔高度補償等，計算出駕駛員需要的發動機動力，并將此信息轉換為發動機的扭矩數值；通過發動機控制單元（ECU）中的電機驅動電路模塊發出指令，使節氣門驅動裝置令節氣門處于最佳開度位置。另外，發動機控制單元（ECU）還能夠根據發動機管理系統的其他功能要求：例如：發動機轉速信息，車速限制，以及制動系統、自動變速器、自動空調等對發動機的要求來控制節氣門的開度。

發動機控制單元（ECU）同時監控“電子節氣門控制系統”以防止故障發生。

1.3 節氣門控制單元

節氣門控制單元由節氣門體、節氣門位置傳感器、節氣門驅動電機等組成。

節氣門位置傳感器把節氣門位置的信號傳送發動機控制單元（ECU）。節氣門驅動電機一般由步進電機或直流電機來調節節氣門的開度。早期，以使用步進馬達為主，步進馬達的控制精度較高、能耗低、位置保持性較好，但其高速性能較差，不能滿足節氣門較高的動態響應性能要求。所以現在比較多的是采用直流電機，直流電機響應速度快，控制精度高、反映靈敏，便于控制；這種直流電機根據發動機控制單元（ECU）的指令調節節氣門偏轉角度，對于大部分節氣門轉動位置，其定位精度一般在?.5的范圍內。當發動機怠速運轉時，節氣門閥片的轉角精確度甚至能控制在?.1的范圍內。

1.4 電子節氣門控制系統的故障指示燈

故障指示燈向駕駛員或維修人員提示電子節氣門系統是否工作正常。

2 智能電子節氣門控制系統的工作原理

如圖2（a）所示，當駕駛員踩踏加速踏板時，加速踏板位置傳感器產生的相應電壓信號輸入到發動機控制單元(ECU)，控制單元首先對輸入的信號進行濾波，以消除環境電磁雜波的影響，然后根據當前的工作模式、踏板的移動量和變化速率了解駕駛員的意圖，并計算出對發動機扭矩的基本要求，得到相應的節氣門轉角的理論值。然后,發動機控制單元（ECU），再參照其他工況信息如：發動機轉速、變速器的檔位、速度限制、巡航控制等，計算出汽車所需的全部扭矩，得出節氣門開度的最佳值，并把相應的電壓信號傳遞到節氣門控制單元，驅動節氣門控制電機使節氣門處于最佳的開度位置。如圖2(b)所示，節氣門位置傳感器把節氣門閥片的開度信號反饋給發動機控制單元，同時根據變速器檔位、空氣流量、制動等信號形成閉環的節氣門位置控制〔見圖2（c）〕。

圖2

發動機控制單元（ECU）對電子節氣門系統進行監控，若發現故障，系統故障指示燈會亮，提醒駕駛員，系統有故障，同時節氣門與驅動電機之間的電磁離合器脫離。節氣門不再受驅動電機的控制。節氣門閥片在回位彈簧的作用下，返回到一個小開度的位置，汽車慢速開到維修廠進行檢修。

3 智能電子節氣門控制系統的控制過程

圖3

電子節氣門控制系統也稱為電動線控駕駛系統，當駕駛員踩下加速踏板時，節氣門位置傳感器把該信息傳遞給發動機控制單元（ECU），發動機控制單元(ECU)將駕駛員輸入的信號傳遞給節氣門控制單元，節氣門轉動到相應的角度，發動機產生相應的一定扭矩。同時，發動機控制單元(ECU)出于內部扭矩的要求（啟動、三元催化裝置的預熱、怠速控制、動力限制、速度限制、 控制）和外部扭矩的要求〔自動變速器（換擋點時的扭矩變化）、制動系統（牽引力控制系統、發動機制動控制系統）、空調系統（空調壓縮機接通/關閉）、巡航控制系統〕，獨立于加速踏板的位置而調整節氣門的位置，使發動機產生指定扭矩或稱理論扭矩。

發動機控制單元(ECU)，通過比較指定扭矩與實際扭矩，如圖3，發現兩個數值有差別時，系統將同時處理兩條路徑的信息：第一條路徑：改變影響到增壓的控制變量，如：①改變增壓壓力（渦輪增壓發動機）。②改變節氣門閥片的位置。

第二條路徑：改變（除增壓壓力）影響短期扭矩的控制變量。如：①點火正時。②燃油噴射時間。③氣缸壓縮壓力。使發動機發出的扭矩與實際需要的扭矩相匹配。

4 裝有智能“電子節氣門控制系統”的汽車，許多性能得到改善

（1）精確控制節氣門開度，使汽車的排放性能得到改善。據實驗，碳氫化合物（HC）和氮氧化合物（NOX）的排放量可以減少15%左右，降低了有害物質的排放量。

（2）消除了變速器換擋時的碰撞沖擊現象，延長了變速器的使用壽命，提高了乘坐的舒適性。

（3）補償了海拔高度的變化。當汽車行駛在高海拔地區時，大氣壓力下降，空氣稀薄，氧含量下降，導致發動機動力下降。電子節氣門控制系統可按照大氣壓強和海拔高度的函數關系對節氣門開度進行調整補償。保證發動機輸出動力和加速踏板的位置關系保持穩定。

（4）改善了汽車行駛的可靠性。由于汽車發動機采用智能電子芤控制系統，可以省去巡航控制裝置（CCS）、怠速控制裝置(ISC)等，需要的零部件減少，結構更加簡單，由電腦集中控制，電路的工作可靠性明顯越高。

（5）保證汽車各系統協調工作，提高了汽車的動力性和燃油經濟性。

5 展望

從汽車整體的角度來看，智能電子節氣門控制系統的應用，提高了汽車的動力性、經濟性和降低了排放性，改善了行駛穩定性和乘坐的舒適性。隨著車載網絡技術的應用，將向集成化綜合控制方面發展，對汽車的各方面性能會有很大提高。

最新資料表明，在美國，2008年已有大約60%的轎車采用了不同形式的電子節氣門控制系統，相信，隨著我國汽車技術的進步，不久的將來“電子節氣門控制系統”的技術將會在現代汽車上得到全面應用。

參考文獻

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