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智能“电子节气门控制系统”的控制原理及优越性

2012-04-29任广文

科教导刊 2012年9期
关键词:优越性

任广文

摘 要 本文主要分析了现代汽车的智能“电子节气门控制系统”的控制原理,智能“电子节气门控制系统”的汽车具有最佳动力性、燃油经济性,并具有牵引力控制(ASR)、巡航控制(CCS)、怠速控制(ISC)等等功能,提高了乘坐的舒适性和安全性,同时减轻了发动机的排放污染。将来的发展趋势——“电子节气门控制系统”必然代替机械节气门控制系统。

关键词 电子节气门 控制原理 优越性

中图分类号:TP273文献标识码: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

节气门即人们常听说的发动机“油门”,早期的节气门是由驾驶员操作加速踏板通过拉线或拉杆来控制的。这种控制方式不能保证发动机总是处于最佳的运行状态,甚至带来安全隐患。

现代汽车广泛安装了智能“电子节气门系统”,这种操作油门的方式是柔性的,即通过发动机控制单元(ECU)控制节气门,使其精确、快速地到达开度位置。它的优点是能够根据驾驶员的愿望以及整车的行驶状况确定节气门最佳的开度位置,即使在驾驶员过猛踩下加速踏板的情况下,发动机控制单元也可以独自控制发动机的扭矩,保证车辆的最佳动力性、燃油经济性和排放性。

1 智能“电子节气门控制系统”的组成

电子节气门控制系统由发动机控制单元(ECU)、加速踏板模块、节气门控制单元组成,如图1所示。

1.1 加速踏板模块

由加速踏板机构和其位置传感器组成。加速踏板位置传感器由两个相同的传感器组成。随着加速踏板位置的改变,传感器的信号也随之改变,并把这一信号传给ECU,确定加速踏板当前的位置和变化速率;同时加速踏板模块还设置了一个怠速开关和一个节气门全开位置开关并将信号传递到发动机控制单元(ECU),以实现驾驶员的意图。

1.2 发动机控制单元(ECU)

发动机控制单元(ECU)是整个系统的核心,包括两个部分:信息处理模块和电机驱动电路模块。

信息模块接收来自加速踏板位置传感器的电压信号,根据信号以及存储的驾驶员独特操纵驾驶特征(例如,驾驶员踩踏加速踏板的习惯),以及冬季雨雪天气特殊操纵控制需求,汽车行驶在高海拔地区时的海拔高度补偿等,计算出驾驶员需要的发动机动力,并将此信息转换为发动机的扭矩数值;通过发动机控制单元(ECU)中的电机驱动电路模块发出指令,使节气门驱动装置令节气门处于最佳开度位置。另外,发动机控制单元(ECU)还能够根据发动机管理系统的其他功能要求:例如:发动机转速信息,车速限制,以及制动系统、自动变速器、自动空调等对发动机的要求来控制节气门的开度。

发动机控制单元(ECU)同时监控“电子节气门控制系统”以防止故障发生。

1.3 节气门控制单元

节气门控制单元由节气门体、节气门位置传感器、节气门驱动电机等组成。

节气门位置传感器把节气门位置的信号传送发动机控制单元(ECU)。节气门驱动电机一般由步进电机或直流电机来调节节气门的开度。早期,以使用步进马达为主,步进马达的控制精度较高、能耗低、位置保持性较好,但其高速性能较差,不能满足节气门较高的动态响应性能要求。所以现在比较多的是采用直流电机,直流电机响应速度快,控制精度高、反映灵敏,便于控制;这种直流电机根据发动机控制单元(ECU)的指令调节节气门偏转角度,对于大部分节气门转动位置,其定位精度一般在?.5的范围内。当发动机怠速运转时,节气门阀片的转角精确度甚至能控制在?.1的范围内。

1.4 电子节气门控制系统的故障指示灯

故障指示灯向驾驶员或维修人员提示电子节气门系统是否工作正常。

2 智能电子节气门控制系统的工作原理

如图2(a)所示,当驾驶员踩踏加速踏板时,加速踏板位置传感器产生的相应电压信号输入到发动机控制单元(ECU),控制单元首先对输入的信号进行滤波,以消除环境电磁杂波的影响,然后根据当前的工作模式、踏板的移动量和变化速率了解驾驶员的意图,并计算出对发动机扭矩的基本要求,得到相应的节气门转角的理论值。然后,发动机控制单元(ECU),再参照其他工况信息如:发动机转速、变速器的档位、速度限制、巡航控制等,计算出汽车所需的全部扭矩,得出节气门开度的最佳值,并把相应的电压信号传递到节气门控制单元,驱动节气门控制电机使节气门处于最佳的开度位置。如图2(b)所示,节气门位置传感器把节气门阀片的开度信号反馈给发动机控制单元,同时根据变速器档位、空气流量、制动等信号形成闭环的节气门位置控制〔见图2(c)〕。

图2

发动机控制单元(ECU)对电子节气门系统进行监控,若发现故障,系统故障指示灯会亮,提醒驾驶员,系统有故障,同时节气门与驱动电机之间的电磁离合器脱离。节气门不再受驱动电机的控制。节气门阀片在回位弹簧的作用下,返回到一个小开度的位置,汽车慢速开到维修厂进行检修。

3 智能电子节气门控制系统的控制过程

图3

电子节气门控制系统也称为电动线控驾驶系统,当驾驶员踩下加速踏板时,节气门位置传感器把该信息传递给发动机控制单元(ECU),发动机控制单元(ECU)将驾驶员输入的信号传递给节气门控制单元,节气门转动到相应的角度,发动机产生相应的一定扭矩。同时,发动机控制单元(ECU)出于内部扭矩的要求(启动、三元催化装置的预热、怠速控制、动力限制、速度限制、 控制)和外部扭矩的要求〔自动变速器(换挡点时的扭矩变化)、制动系统(牵引力控制系统、发动机制动控制系统)、空调系统(空调压缩机接通/关闭)、巡航控制系统〕,独立于加速踏板的位置而调整节气门的位置,使发动机产生指定扭矩或称理论扭矩。

发动机控制单元(ECU),通过比较指定扭矩与实际扭矩,如图3,发现两个数值有差别时,系统将同时处理两条路径的信息:第一条路径:改变影响到增压的控制变量,如:①改变增压压力(涡轮增压发动机)。②改变节气门阀片的位置。

第二条路径:改变(除增压压力)影响短期扭矩的控制变量。如:①点火正时。②燃油喷射时间。③气缸压缩压力。使发动机发出的扭矩与实际需要的扭矩相匹配。

4 装有智能“电子节气门控制系统”的汽车,许多性能得到改善

(1)精确控制节气门开度,使汽车的排放性能得到改善。据实验,碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NOX)的排放量可以减少15%左右,降低了有害物质的排放量。

(2)消除了变速器换挡时的碰撞冲击现象,延长了变速器的使用寿命,提高了乘坐的舒适性。

(3)补偿了海拔高度的变化。当汽车行驶在高海拔地区时,大气压力下降,空气稀薄,氧含量下降,导致发动机动力下降。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调整补偿。保证发动机输出动力和加速踏板的位置关系保持稳定。

(4)改善了汽车行驶的可靠性。由于汽车发动机采用智能电子芤控制系统,可以省去巡航控制装置(CCS)、怠速控制装置(ISC)等,需要的零部件减少,结构更加简单,由电脑集中控制,电路的工作可靠性明显越高。

(5)保证汽车各系统协调工作,提高了汽车的动力性和燃油经济性。

5 展望

从汽车整体的角度来看,智能电子节气门控制系统的应用,提高了汽车的动力性、经济性和降低了排放性,改善了行驶稳定性和乘坐的舒适性。随着车载网络技术的应用,将向集成化综合控制方面发展,对汽车的各方面性能会有很大提高。

最新资料表明,在美国,2008年已有大约60%的轿车采用了不同形式的电子节气门控制系统,相信,随着我国汽车技术的进步,不久的将来“电子节气门控制系统”的技术将会在现代汽车上得到全面应用。

参考文献

[1] 张凤山.智能电子节气门控制系统.北京:机械工业出版社,2010.3.

[2] 韩玉敏.汽车智能电子节气门控制系统的研究.交通科技与经济,2006(2).

[3] 马明芳.电子节气门的基本结构与工作原理及控制功能.汽车运用,2008(9).

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