汽車智能電子控制系統淺論

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一、電子節氣門控制系統的重要組成部件

電子節氣門控制系統的組成：節氣門體位置傳感器（TP），油門踏板行程位置傳感器（APP），節氣門作動器，節氣門控制模塊，發動機控制電腦板ECU。節氣門體位置傳感器（TP）：一般情況下，節氣門體內裝有兩對電位計，節氣門體內的兩對電刷根據節氣門的移動量來接觸可變電阻器，觸點上的變化的電壓信號被發送到ECU。也就是說節氣門體總成設有2個節氣門位置傳感器。一個傳感器用于向ECU發送信號，使ECU確定實際的節氣門開度，而另一個則用于檢測控制傳感器的異常，以確保傳感器的可靠性。通過節氣門的開啟和關閉，可以對發動機進氣量進行控制。油門踏板行程位置傳感器（APP）：當油門踏板被駕駛員踩下時，電阻發生改變，從而導致信號電壓發生變化，用于監控加速踏板的開度。此傳感器將改變的電壓值發送到ECU，一個電位計用于向ECU發送駕駛員所操縱的加速踏板行程，而另外一個則用于監視傳感器值是否正常，以確保傳感器的可靠性。兩個傳感器具有不同的可變電阻范圍，傳感器支架上還設置有限位器，其設置有限位器，其設計意圖是如果連桿轉動超過一定量時，則油門踏板拉線連桿將撞擊到限位器上。節氣門控制模塊與作動器：節氣門控制模塊是受到ECU控制，然后節氣門控制模塊控制作動器。在節氣門控制單元不向電機提供電源時，節氣門在節氣門體內的缺省彈簧力的作用下，從其全閉位置稍微開啟一點；當向電機供電時，電機將通過中間齒輪，實現節氣門的開啟和關閉；開啟和關閉節氣門的力矩采用負荷控制；當斷定駕駛員要求快速加速時，施加到電機的電流量將增大，從而加大轉動力矩，以迅速作出反應；當力矩水平達到能夠滿足目標節氣門開度的水平時，負荷率即受到控制，以保持節氣門的位置；在關閉方向上，當使負荷系數小于被保持的恒定值時，節氣門即在節氣門回位彈簧力的作用下回位；當需要快速減速時，如駕駛員突然松開加速踏板時，電機的極性將被反轉，以完全關閉節氣門。發動機控制單元（ECU)：接收踏板位置傳感器信號，根據輸入電壓信號計算得知所需動力。并根據其他如急加速，空調，自動變速器起步的扭矩信號，計算出實際的節氣門開度。同時還監控節氣門系統。

二、電子節氣門控制系統的控制策略

發動機實際扭矩是通過發動機轉速、點火提前角和發動機負荷信號等求得。ECU將實際扭矩與理論扭矩進行對比，電子節氣門系統（ETCS）的節氣門開啟角度并不完全由油門踏板位置決定，而是ECU根據當前行駛狀況下整車對發動機的全部扭矩需求，計算出節氣門的最佳開度，從而控制節氣門控制模塊驅動節氣門電機使節氣門到達相應的開度，發動機電控系統將通過對節氣門適當的調節使實際扭矩值和理論扭矩值一致。傳統油門的節氣門開度完全取決于駕駛員腳的操作動作。

三、電子節氣門控制系統的主要特點

1.電子節氣門控制系統的最大優點是使實際扭矩與理論扭矩實現最大重疊，從而實現發動機全范圍的最佳扭矩的輸出。2.ETCS系統在各種情況下對空燃比進行精確控制，使燃燒更加充分，同時也降低了廢氣的產生,改善了車輛的排放性能，3.節氣門位置傳感器與油門踏板位置傳感器采用了冗余設計，可使兩個傳感器相互檢測，當一個傳感器發生故障時能及時被識別，在很大程度上增加了系統的可靠性，保證行車的安全性，具有更高的車輛行駛可靠性。4.駕駛員可根據不同的行車需要通過模式開關選擇不同的工作模式，通常有正常模式、動力模式和雪地模式三種，區別在于節氣門對加速踏板的響應速度不同。5.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補償，保證發動機輸出動力和油門踏板位置的關系保持穩定。6.精確控制節氣門開度。首先由ECU對各種工況信息和傳感器信號做出判斷并處理，接著計算出最佳的節氣門開度，再由驅動電機控制節氣門達到相應的油門開啟角度。除了以上這些優點外，電子控制節氣門系統還存在一些缺點：1.成本高；2.汽車在起步時會產生油門遲滯；3.非線性影響。

四、電子節氣門控制系統的故障案例分析

故障一：故障現象：一輛廣本自動擋車輛，已行駛里程113000KM，曾出過事故，現在出現行駛時升檔很晚（換擋遲滯）的故障，在其他修理廠已經修過自動變速箱，清洗過油路，檢測過變速箱各個傳感器與控制單元工況，完全正常，但故障仍然存在。分析：自動變速箱換擋除了變速箱自身原因，主要和車速、節氣門位置傳感器、發動機轉速信號等有關。通過檢測發現發動機轉速與車速信號完全正常。最后檢查節氣門位置傳感器，發現節氣門位置傳感器插座外殼斷裂，可能是由于事故造成的，更換節氣門總成，故障排除。結論：節氣門位置傳感器外殼斷裂，引起電路接觸不良，傳給ECU的位置信號不是很準確，造成換擋點不準確，加速緩慢或換擋不暢。故障二：故障現象：一輛廣本自動擋車輛，按照正常操作，起動發動機，踩剎車，手撥換擋桿，不能從P檔移出換擋桿。分析：換擋聯鎖電路故障，節氣門位置傳感器故障。按照維修手冊檢查，換擋聯鎖電路正常，怠速時檢查節氣門位置傳感器信號TPS數值大于0.5V，更換節氣門體，故障排除。結論：車輛怠速時，如果TPS數值大于0.5V，ECU就會認為此時發動機不是處于怠速狀態，此時掛檔會有危險，而且對發動機和變速箱壽命不利，所以ECU不給換擋鎖電磁閥信號，使其不工作，換擋桿不能移出P當。

目前，ETCS已經向集成化和集中控制方向發展，如將怠速控制、巡航控制、減小換檔沖擊控制、節氣門回位控制及車輛穩定性控制等多種功能集成；或者是將制動防抱死控制系統、牽引力控制系統及驅動防滑控制系統綜合在一起進行制動控制。隨著ETC等電控系統在汽車上越來越多的應用，各種傳感器和電子控制單元急劇增多，造成了整車控制電路復雜、車輛上導線的數量增加。采取多種控制策略相結合，可以提高ETC的控制精度及反應速度。此外，各個系統的信息資源要能夠共享。這些都對汽車的綜合布線和信息共享提出了更高要求。

本文作者：姜國華工作單位：無錫南洋職業技術學院汽車工程與管理學院實訓室