汽车电子节气门控制策略及发展分析

郑邵娄

（洛阳市黄河软轴控制器股份有限公司，河南 洛阳 471000）

气节门是汽车发动机重要组成部门，其主要作用是控制空气进入发动机。空气一旦进入进气管后与汽油进行混合，形成可燃性混合气，从而燃烧形成做工。传统气节门主要是通过一个机械连杆进行控制，其产生噪音极大，操作困难，导致发动机的燃油经济性能和排放性能较差。随着科学技术不断发展，实现电子气节门控制，其通过增加相应的传感器和电控单元，实时控制气节门开关，并能实现发动及扭矩控制和精确空燃比例，进而有效提升汽车行使的动力性、平稳性、经济性，并能有效降低环境污染。

1 汽车电子节气门系统基本结构组成

电子气节门控制系统包括气节门、气节门位置传感器、气节门控制单元ECU、气节门执行器、气节门指示灯以及油门踏板位置传感器等，所有用于确定、调整和监控节气门位置的零部件都属于电子节气门系统。

2 汽车电子节气门系统工作原理

加速踏板角度传感器将司机需要加速或减速的信息传递给气节门电子控制单元ECU，ECU 收到信息后，计算出最佳的气节门位置，并对执行器发送控制信号。执行器根据收到的信息计算出最佳气节门开度位置，然后，ECU 通过CAN 总线与其他电控单元及其他电控单元进行通讯，了解其他系统的工作运行状况。在发动机运行过程中各种传感器会给ECU传递信息，进而调整节气门位置，让其开度位置达到司机所需要的理想位置。整个系统控制过程是典型的闭环位置反馈控制，并具有监视功能。

2.1 加速踏板角度传感器

电子气节门的出现取代了加速踏板与气节门之间的机械连接，其主要是在加速踏板上设置角度传感器，能检测驾驶员踩下的加速踏板角度，并将加速踏板角度信号转变成电信号传输给控制单元，故也称其为线控操作。加速踏板的角度传感器主要由可编程的霍尔芯片与转动磁铁组成，加速踏板运动带着转动磁铁旋转从而使霍尔芯片感应的磁通量发现改变，霍尔芯片根据检测到的磁通量变化而输出相应的电信号给发动机电控单元。

2.2 节气门位置传感器

气节门位置传感器也称为气节门开度传感器或气节门开关。其主要是检测发动机的运行状况。发动机电控单元根据气节门位置传感器的输入信号确定发动机的符合。不同汽车的输出功能不同，故安装的气节门类型也不相同，主要安装的类型包括通断输出和线性输出。

（1）通断型气节门位置传感器。通断型气节门位置传感器组成结构包括怠速触电、大负荷触电、动触点等。当气节门处于完全关闭状态时，动触点与怠速触电闭合、IDL 信号输出高电平，表明发动机处在怠速工况。当节气门处于完全闭合至50%开度时，动触点悬空，PSW 和IDL 都输出低电平；当气节门开度大于50%时，动触点与大负荷触电闭合，PSW 信号输出高电平，表明发电机处于大负荷工况。

（2）线性输出气节门位置传感器。线性输出气节门位置传感器实际是上气节门轴驱动滑臂的电位计。滑臂上有连通的双触点与基板上制出的双规厚膜电阻接触，由滑臂触点将两个厚膜电阻短接，在一个厚膜电阻的一端由控制单元供给5V 基准电压。在滑臂随气节门转动时，双轨厚膜鼎足之间的电阻值发生变化，由另一个厚膜电阻和一端输出的电压就与气节门开度呈线性关系。

2.3 怠速开关

怠速开关装载气节门体内，与气节门主驱动轴直接相连。其是触点式开关，在气节门驱动机构复位时，该触电开关闭合，并出书信号给发动机控制系统让发动机进入怠速状态。发动机ECU 根据该信号及发动机的负荷来调整怠速供油量和发动机转速。当气节门打开时，怠速触电开关断开，发动机ECU根据这一信号进行从怠速状态过度到小负荷的喷油控制。怠速开关的信号还可以作为发动机控制系统判断是否进行怠速自动控制和急减速断油控制的信号。

2.4 怠速直流电动机

在发动机怠速运行过程中，由于发动机冷却液温度低、空调运转、动力转向的加入等原因，导致发动机负荷增大时，为保持发动机处在稳定怠速状态下，怠速直流电动机经一套齿轮机构推动气节门，加大其开度增加发动机的进气量，进而提高发动机的转速。在发动机怠速减载时，在怠速直流电机作用下，使节气门的开度减小，避免发动机超速，从而使发动机在怠速情况下稳定运行。

3 汽车电子气节门未来发展

3.1 向集成化和综合控制方向发展

集成化和综合控制不仅是电气气节门控制系统的发展法相，也是企业电子控制系统的发展必然趋势。其发展方向不仅能简化电子气节门控制系统，有效降低制造成本，还能提高各系统之间的信息交流。目前，我国电子气节门控制系统已向集成化和综合控制方向发展，如将怠速控制、减速换挡冲击控制、气节门回位控制等多种功能实现集成化。或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。

3.2 结合多种控制方法进行综合控制

采用多种控制策略相结合的方法，能有效提高ETC 的控制精度就反映速度。目前，汽车电子气节门的发展方向由线性控制到非线性控制，从单一模式控制到多模式控制，从传统的PID 控制到将PID 与现代控制理论相结合的控制。在使用传统PID 控制时，由于控制承参数整定方法复杂，导致参数整定性能较差，进而影响汽车发动机运行。因此，将多模式控制、滑模变结构控制等方法用于电子气节门控制系统中。滑模变结构控制具有较强的非线性，该方法与系统的参数与直接关系。神经网络控制系统与PID 控制相结合，能明显提升电气气节门控制的适应能力。当前，这些理论还存在较大缺陷，还需进行不断完善，在今后的发展中才能较好应用于电子气节门控制系统中。

3.3 车载网络、总线技术在汽车电子气节门控制中的应用

随着我国ECT 的大量普及，对各种传感器和电子控制单元需求量逐渐增加，进而导致整个车辆控制线路复杂、车辆上导线数量增加。为实现各系统之间资源共享，对汽车的控制系统布线和信息共享系统提出更高要求。车载网络技术是CAN 总线控制器局域网，它能安全可靠地传输电子数据系统，并实现数据共享及系统集成化功能。此技术的发展降低了布线复杂度，提高了汽车电子控制系统的安全运行。因此，在汽车电子气节门发展过程中，CAN 总线技术也是未来发展趋势。

4 结语

由此可见，电子气节门对汽车发动机的重要性。电子气节门控制系统相较于传统的气节门控制系统，能有效减少机械故障发生，节省燃料，进而提升车辆行使可靠性。在未来汽车行业发展中，电子气节门作为先进车辆控制与安全系统的关键技术之一，必然有良好的发展前景。