汽车智能电子控制系统浅论

一、电子节气门控制系统的重要组成部件

电子节气门控制系统的组成：节气门体位置传感器（TP），油门踏板行程位置传感器（APP），节气门作动器，节气门控制模块，发动机控制电脑板ECU。节气门体位置传感器（TP）：一般情况下，节气门体内装有两对电位计，节气门体内的两对电刷根据节气门的移动量来接触可变电阻器，触点上的变化的电压信号被发送到ECU。也就是说节气门体总成设有2个节气门位置传感器。一个传感器用于向ECU发送信号，使ECU确定实际的节气门开度，而另一个则用于检测控制传感器的异常，以确保传感器的可靠性。通过节气门的开启和关闭，可以对发动机进气量进行控制。油门踏板行程位置传感器（APP）：当油门踏板被驾驶员踩下时，电阻发生改变，从而导致信号电压发生变化，用于监控加速踏板的开度。此传感器将改变的电压值发送到ECU，一个电位计用于向ECU发送驾驶员所操纵的加速踏板行程，而另外一个则用于监视传感器值是否正常，以确保传感器的可靠性。两个传感器具有不同的可变电阻范围，传感器支架上还设置有限位器，其设置有限位器，其设计意图是如果连杆转动超过一定量时，则油门踏板拉线连杆将撞击到限位器上。节气门控制模块与作动器：节气门控制模块是受到ECU控制，然后节气门控制模块控制作动器。在节气门控制单元不向电机提供电源时，节气门在节气门体内的缺省弹簧力的作用下，从其全闭位置稍微开启一点；当向电机供电时，电机将通过中间齿轮，实现节气门的开启和关闭；开启和关闭节气门的力矩采用负荷控制；当断定驾驶员要求快速加速时，施加到电机的电流量将增大，从而加大转动力矩，以迅速作出反应；当力矩水平达到能够满足目标节气门开度的水平时，负荷率即受到控制，以保持节气门的位置；在关闭方向上，当使负荷系数小于被保持的恒定值时，节气门即在节气门回位弹簧力的作用下回位；当需要快速减速时，如驾驶员突然松开加速踏板时，电机的极性将被反转，以完全关闭节气门。发动机控制单元（ECU)：接收踏板位置传感器信号，根据输入电压信号计算得知所需动力。并根据其他如急加速，空调，自动变速器起步的扭矩信号，计算出实际的节气门开度。同时还监控节气门系统。

二、电子节气门控制系统的控制策略

发动机实际扭矩是通过发动机转速、点火提前角和发动机负荷信号等求得。ECU将实际扭矩与理论扭矩进行对比，电子节气门系统（ETCS）的节气门开启角度并不完全由油门踏板位置决定，而是ECU根据当前行驶状况下整车对发动机的全部扭矩需求，计算出节气门的最佳开度，从而控制节气门控制模块驱动节气门电机使节气门到达相应的开度，发动机电控系统将通过对节气门适当的调节使实际扭矩值和理论扭矩值一致。传统油门的节气门开度完全取决于驾驶员脚的操作动作。

三、电子节气门控制系统的主要特点

1.电子节气门控制系统的最大优点是使实际扭矩与理论扭矩实现最大重叠，从而实现发动机全范围的最佳扭矩的输出。2.ETCS系统在各种情况下对空燃比进行精确控制，使燃烧更加充分，同时也降低了废气的产生,改善了车辆的排放性能，3.节气门位置传感器与油门踏板位置传感器采用了冗余设计，可使两个传感器相互检测，当一个传感器发生故障时能及时被识别，在很大程度上增加了系统的可靠性，保证行车的安全性，具有更高的车辆行驶可靠性。4.驾驶员可根据不同的行车需要通过模式开关选择不同的工作模式，通常有正常模式、动力模式和雪地模式三种，区别在于节气门对加速踏板的响应速度不同。5.电子节气门控制系统可按照大气压强和海拔高度的函数关系对节气门开度进行补偿，保证发动机输出动力和油门踏板位置的关系保持稳定。6.精确控制节气门开度。首先由ECU对各种工况信息和传感器信号做出判断并处理，接着计算出最佳的节气门开度，再由驱动电机控制节气门达到相应的油门开启角度。除了以上这些优点外，电子控制节气门系统还存在一些缺点：1.成本高；2.汽车在起步时会产生油门迟滞；3.非线性影响。

四、电子节气门控制系统的故障案例分析

故障一：故障现象：一辆广本自动挡车辆，已行驶里程113000KM，曾出过事故，现在出现行驶时升档很晚（换挡迟滞）的故障，在其他修理厂已经修过自动变速箱，清洗过油路，检测过变速箱各个传感器与控制单元工况，完全正常，但故障仍然存在。分析：自动变速箱换挡除了变速箱自身原因，主要和车速、节气门位置传感器、发动机转速信号等有关。通过检测发现发动机转速与车速信号完全正常。最后检查节气门位置传感器，发现节气门位置传感器插座外壳断裂，可能是由于事故造成的，更换节气门总成，故障排除。结论：节气门位置传感器外壳断裂，引起电路接触不良，传给ECU的位置信号不是很准确，造成换挡点不准确，加速缓慢或换挡不畅。故障二：故障现象：一辆广本自动挡车辆，按照正常操作，起动发动机，踩刹车，手拨换挡杆，不能从P档移出换挡杆。分析：换挡联锁电路故障，节气门位置传感器故障。按照维修手册检查，换挡联锁电路正常，怠速时检查节气门位置传感器信号TPS数值大于0.5V，更换节气门体，故障排除。结论：车辆怠速时，如果TPS数值大于0.5V，ECU就会认为此时发动机不是处于怠速状态，此时挂档会有危险，而且对发动机和变速箱寿命不利，所以ECU不给换挡锁电磁阀信号，使其不工作，换挡杆不能移出P当。

目前，ETCS已经向集成化和集中控制方向发展，如将怠速控制、巡航控制、减小换档冲击控制、节气门回位控制及车辆稳定性控制等多种功能集成；或者是将制动防抱死控制系统、牵引力控制系统及驱动防滑控制系统综合在一起进行制动控制。随着ETC等电控系统在汽车上越来越多的应用，各种传感器和电子控制单元急剧增多，造成了整车控制电路复杂、车辆上导线的数量增加。采取多种控制策略相结合，可以提高ETC的控制精度及反应速度。此外，各个系统的信息资源要能够共享。这些都对汽车的综合布线和信息共享提出了更高要求。

本文作者：姜国华工作单位：无锡南洋职业技术学院汽车工程与管理学院实训室