汽車電子節氣門控制系統設計探討

摘 要：文章首先分析了電子節氣門的結構組成與驅動原理；然后根據汽車發展需求設計電子節氣門控制系統，以提高汽車行駛的平穩性、動力性與經濟性特征；最后探討了汽車電子節氣門系統的發展趨勢，為拓寬汽車市場奠定堅實基礎。

關鍵詞：電子節氣門；汽車；控制系統

引言

電子節氣門是汽車發動機的重要控制部件，合理設計汽車電子節氣門的控制系統，能夠有效改善汽車發動機的排放性能，實現發動機全范圍的最佳扭矩輸出，提高汽車行駛的可靠性。

1 汽車電子節氣門的結構組成和驅動原理

1.1 電子節氣門的結構組成

電子節氣門主要由復位彈簧、執行電機、節氣門開度傳感器以及齒輪傳動機構成。一般地，復位彈簧是為了保證一旦電子節氣門出現故障，能夠促使電子節氣門始終存在一微小開度驅動汽車行駛到安全地帶；執行電機由直流或步進電機組成，產生相應的電壓信號進行驅動設置；節氣門開度傳感器則是一個滑片式線性電位器，通過與節氣門軸相連接，實時將節氣門開度轉換為標準電壓信號進行命令輸出；齒輪傳動機是傳遞電信號的裝置。值得強調的是，為了有效增強系統穩定性，提高系統診斷故障的能力，電子節氣門中的傳感器采用了特別的冗雜設計。

1.2 電子節氣門的驅動原理

首先將汽車駕駛員操縱加速踏板的信號通過傳感器轉換為相應的電壓信號輸入到節氣門的控制單元，然后由控制單元對輸入的信號進行診斷過濾，有效減弱環境噪聲的不利影響，最后，就當前工作模式以及踏板變化率計算發動機扭矩的基本需求，釋放相應的節氣門轉角達到預期期望。一般地，節氣門的開度信號會先反饋給控制單元，形成一個閉環的控制電路，在控制單元發出的脈沖頻率后，對電機轉動的方向進行有效控制，以實現電機的精確調速以及定位。其中，ECU將會對監控系統功能，一旦發現故障，及時點亮系統故障指示燈，分離電磁離合器，使得節氣門擺脫電機控制，在復位彈簧的作用下保持一個微小開度，保證車輛能夠慢速開至維修地點，防止駕駛員出現危險。

2 汽車電子節氣門控制系統的功能設計

2.1 基于發動機扭矩需求的節氣門控制

一般地，傳統油門的節氣門開度決定于駕駛員的操作方向，而電子節氣門控制系統應改善這一現狀，防止人為因素的意外風險。將電子節氣門開度的控制交由控制單元，使其根據車輛的行駛狀況下及時調整發動機扭矩，根據實際需求計算節氣門的最佳開度，提高汽車行駛的安全性。一般地，控制單元所獲得的扭矩只是根據車輛行駛情況設定的需求扭矩，是一個理論值，而實際扭矩是需要結合汽車點火的提前角、發動機的轉速以及負荷信號共同計算所得，只有將控制單元的理論扭矩與實際扭矩相對比，才能有效調節發動機的扭矩，減弱二者偏差，利用發動機電控系統促進理論扭矩值與實際扭矩值協調一致。

2.2 傳感器冗余設計

在電子節氣門控制系統中的位置傳感器設計中采用了冗余設計，經過兩兩反接，使得兩個傳感器的阻值變化量變為零。雖然，理論上講汽車擁有一個傳感器就能保持系統的正常運轉，但是只有冗余的設計才能夠保證傳感器間互相監督檢測，有效防止因一個傳感器發生障礙導致的系統癱瘓。傳感器的冗余設計促使故障識別及時，有效增加了系統的可靠性，促進了駕駛員在行車過程中的安全程度。

2.3 可選的工作模式

在電子節氣門的控制系統中存在三種形式模式，即動力模式、正常模式與雪地模式。駕駛員在行駛過程中通過模式開關將能便捷的選擇控制系統的工作模式，提高自身行車的穩定性。可選的工作模式是利用控制系統對加速踏板的響應速度改變而形成。一般地，電子節氣門在動力模式下會加快對駕駛員踩下加速踏板的響應速度，通過驅動發動機提供額外的行駛動力，實現汽車的及時加速；電子節氣門在正常模式下的響應速度適用于多數行駛情況，雖然速度弱于加速模式，但可保障行駛的穩定性。一旦車輛遭遇雨地、雪地等較滑的路面情況，駕駛員應及時選擇雪地模式進行車輛駕駛，降低電子節氣門對加速踏板的響應速度，及時減弱發動機的輸出功率，保證車輪的不易打滑，在緩慢行駛中提高汽車的行駛安全穩定性。

2.4 海拔高度補償

汽車一旦遭遇高海拔，發動機的輸出動力將會急速下降，影響汽車的正常行駛。設計海拔高度補償，能夠促使電子節氣門的控制擺脫氣壓下降，空氣稀薄的影響，在壓力傳感器獲得氣壓信號后，根據海拔高度與壓強間的數學關系有效補償節氣門開度，促進發動機的輸出動力與加速踏板位置的關系維持在一個穩定水平，使汽車及時在高海拔行駛也會像在平地一樣暢通無阻。

2.5 控制功能擴展及其原理

隨著科技的發展，電子節氣門控制系統已經實現了多種功能的有效控制，在提高汽車行駛可靠性的基礎上又降低了結構成本。首先，牽引力控制。在汽車加速時，電子節氣門可以將滑移率控制在一定范圍內，通過減少節氣門的開度有效降低發動機功率，從而防止驅動輪的快速滑動，保持汽車的穩定行駛。其次，巡航控制。其是一種減輕駕駛員疲勞的設置，開啟該系統能夠將車速固定下來，使得駕駛員持續踩踏控制器。再次，怠速控制。電子節氣門直接采取由控制單元調節節氣門開度的辦法實現車輛的怠速控制。最后，減弱換檔沖擊控制。控制單元可以根據車速、發動機轉速與節氣門開度等實時信號，有效選擇傳動比，促進了汽車自動換檔功能的實現。

3 汽車電子節氣門系統的發展趨勢

首先，汽車電子節氣門控制系統正向綜合控制與集成化方向發展。綜合控制與集成化能夠有效簡化電子節氣門控制系統的組成，在增強各系統信息交流程度的基礎上降低了制造成本。其次，汽車電子節氣門系統有望利用多種控制形式實現綜合控制。將多種控制策略有機結合，能夠在極短的反應速度內提高系統的控制精度。最后，總線技術與車載網絡的廣泛應用。隨著需求的擴張與科技的進步，電控系統的應用日益增多，導致汽車控制電路愈加復雜，為了有效改善這種現狀，實現系統間信息資源的共享，車載網絡技術成為一大亮點，其不僅擁有數據傳輸的可靠性，同時降低了線路的復雜度，提高了控制系統的安全水平。

參考文獻

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作者簡介：喻尤芬（1986，12-），女，貴州省遵義市，碩士研究生，研究方向：電子技術應用。