淺談如何進行節氣門異常檢測及保養提醒

黃玉平　曹石　魏倩雯

摘 要：本文設計了一種檢測節氣門異常的方法，利用通過傳感器采集的實際進氣流量來校驗通過節氣門相關參數計算的進氣流量，如果兩者的相對偏差在積分累加后超過一定范圍，則說明當前節氣門存在異常，并且本方法考慮到了故障檢測的使能條件，防止誤判。

關鍵詞：節氣門異常 進氣流量 診斷方法

Discussion on How to Detect and Remind Abnormal Throttle Maintenance

Huang Yuping，Cao Shi，Wei Qianwen

Abstract：This paper designs a method of anomaly detection throttle through the sensors to collect the actual inlet flow i to check related parameters， which is calculated by throttle air intake flow. If the relative deviation of the two after the integral accumulation is over a certain range， the abnormal shows the throttle， and this method takes into consideration of the enabling conditions of fault detection to prevent miscarriage.

Key words：throttle failure， inlet flow， diagnostic methods

1 研究背景

上世紀70年代開始進行電子節氣門研究工作，產品在80年代陸續問世，比如在寶馬轎車上也開始裝置ETC，90年代豐田研制了ETC系統ETCS[1]，進而豐田在保留原機械控制的ETCS系統基礎上發展到智能控制的ETCS-I系統[2]。

2 發展趨勢

電子節氣門的發展大致可分為三個方面：

2.1 向集成化和綜合控制方向發展

在電子節氣門控制系統中集成化和綜合控制是必然的發展趨勢，而且也是整個汽車電子控制系統的發展方向。它的優點是簡化了電子節氣門控制系統，使制造成本降低，并且能夠使各系統之間的信息交流更加順暢增強。現有的ETC系統在集成化和集中控制方向發展主要有：將怠速控制、降低換檔沖擊控制、巡航控制、節氣門回位控制以及車輛穩定性控制等多種功能集成;或者是將防抱死制動控制系統、牽引力控制系統以及驅動防滑控制系統集成一起，進行綜合制動控制。

2.2 結合多種控制方法進行綜合控制

采用此種多控制策略相結合的方式，可以有效提升ETC系統的控制精度及響應速度。由線性控制到非線性控制，由單一模式控制到多模式控制，由傳統的PID控制到傳統PID結合現代控制理論的控制是目前的主要發展方向。

2.3 車載網絡、總線技術的應用

目前ETC等電控系統越來越多的在汽車上應用，需要大量的傳感器和電子控制單元，這就導致越來越復雜的整車控制電路以及越來越多的導線數量，而且要求各個系統的信息資源能夠共享，這些都對汽車的綜合布線和信息共享提出了更高要求。現在國際上普遍采用的車載網絡技術是CAN總線控制器局域網。

3 節氣門工作原理

節氣門的作用是控制空氣進入發動機，是一道可控閥門，空氣進入進氣管后會和汽油混合變成可燃混合氣，從而燃燒完成做功。節氣門是當今電噴車發動機系統最重要的部件之一，它的上部連接空氣濾清器空氣格，下部連接發動機缸體，相當于汽車發動機的咽喉。節氣門的臟污程度與汽車加速是否靈活有很大的關系，節氣門清潔可以降低油耗，并且可以使發動機靈活且動力強勁。節氣門主要包括傳統拉線式和電子節氣門兩種：（1）傳統的發動機節氣門工作是通過拉索（軟鋼絲）或者拉桿，一端與油門踏板連接，另一端連接節氣門連動板而實現操縱;（2）電子節氣門的工作主要依靠節氣門位置傳感器，根據發動機所需能量，控制節氣門的開啟角度，從而調節進氣量的大小[3]。

4 節氣門故障

在汽油機以及天然氣發動機當中節氣門作為進氣系統的核心零部件，其主要作用是控制空氣或者混合氣進入發動機的流量大小，從而影響發動機的相關性能指標。在長時間的使用過程中節氣門會出現位置傳感器信號漂移、回位彈簧老化、積碳以及異物卡滯等情況，上述情況下只有在發生嚴重故障時ECU才能檢測出來故障，對于輕微的故障或者異常如果不及時發現會進一步影響發動機的相關性能指標，如動力不足、油耗增加等。

針對以上問題，本文設計了一種檢測節氣門異常的方法，及早發現問題，提醒用戶檢修保養。

5 故障檢測方法

主要技術方案是采用某種算法校驗不同計算方式下的進氣流量差異程度，進一步反映當前節氣門是否正常。具體實施方案如下：

（1）將以節氣門相關參數計算得到的進氣流量定義為變量A，A的具體數值是根據節氣門開度、節氣門前后壓差以及節氣門口徑等參數通過節流公式計算得到的，將通過流量傳感器或者節氣門后壓力傳感器真實采集計算的實際進氣流量定義為變量B。

（2）本文默認通過流量傳感器或者節氣門后壓力傳感器計算得到的實際流量B為準確值來校驗變量A的有效性，從而推導出節氣門是否異常。

（3）檢測機理：正常情況下，變量A和B是幾乎相等的，如果A和B在一定時間內的偏差因子C大于等于標定量1或者小于等于標定量2，則說明節氣門存在異常，需要觸發故障提醒用戶檢修或保養。

（4）將變量A和B計算的偏差因子定義為C，其含義為A與B差值與目標A的比值的積分累加值，用來反映一定時間t內兩者的偏差情況，其計算方法如下：，其中t是該積分功能每次使能的時間。該變量C的初始值設定為1，每次T15下電時該變量存入EEPROM，下次上電后從EEPROM中讀取該數值參與積分運算。

（5）由于在一些特定工況下，如啟動階段、低負荷工況以及相關傳感器故障時，流量A、B本身存在一定的偏差，為避免該類工況對故障和積分的判斷產生影響，所以將該故障判斷以及偏差因子C的積分加上使能條件D，使能條件D滿足時使能故障檢測和積分計算，使能條件D主要包括：①發動機轉速在一定范圍內;②無節氣門相關故障;③無節氣門前后溫度壓力及流量傳感器故障;④油門踏板開度大于一定數值等。

具體的控制流程圖如圖1。

6 結語

筆者設計此方案無需額外增加傳感器執行器，不增加成本，并且可以自動實現節氣門在嚴重故障前的預判斷，判斷出節氣門異常，提醒用戶提前檢修保養，以免造成發動機整體性能惡化造成的動力不足、油耗高等問題。

參考文獻：

[1]朱盛.電子節氣門控制系統的開發[J].汽車化油器，1996（2）：1.

[2]劉漢軍，王慧.豐田智能電子節氣門控制系統[J].汽車與配件，2000（29）：1-2.

[3]郭孔輝，付皓，丁海濤.汽車電子節氣門控制器開發[J].科學技術與工程，2008，8（2）：446-450.

作者簡介：黃玉平：（1986.05—），碩士，工程師，濰柴動力股份有限公司。研究方向：發動機電控技術。

曹 石：（1987.11—），碩士，高級工程師，濰柴動力股份有限公司。研究方向：發動機控制系統技術及智能檢測技術研究。

魏倩雯：（1988.09—），碩士，工程師，濰柴動力股份有限公司。研究方向：燃料電池發動機控制技術研究。