浅析电子节气门技术在大众车系上的应用

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1、使用与维拍 浅析电子节气门技术在大众车系上的应用 宜兴市交通职业技术学校 ( 2 1 4 2 0 0 ) 邵 夕娟 电子节气门控制 ( E P C) 系统 的优点在 于能根据驾驶人 的需求及 整车的行驶 状 况确定节气门的最佳开度 ， 保证车辆最佳 的动力性和燃油经济性 ， 并具有牵引力控 制、 巡行控制等功能 ， 提高安全性和乘坐舒 适性。 目前， 大众车系绝大部分车型均采用 了电子节气门，本文通过阐述大众车系电 子节气 门控制系统的基本结构 、 工作原理 、 控制策略和发展现状 ，使读者对电子节气 门技术有较深入 的理解。 1 电子节气门控制系统的组成 大众车系电子节气 门控制系统主要由

2、加速踏板模块 、 节气门控制模块( J 3 3 8 ) 、 发 动机 E C U( J 2 2 O ) 、 电子 节气门控制系统故 障指示灯 ( K1 3 2 ) 、 制动灯开关 ( F ) 、 制动踏 板开关( F 4 7 ) 及离合器踏板开关( F 3 6 ) 等部 分组成， 如图 1 所示。 1 , 1 加速踏板模块 加速踏板模块由 2 个加速踏板位置传 感器( G7 9与 G1 8 5 ) 组成 ， 如图2所示。2个 传感器都是滑动触点电位计 ， 安装在同一根 轴上， G1 8 5中串联了一个电阻( 图3 ) 。 2个加 速踏板位置传 感器 的基准 工作 电压 均 由 E C U提供。

3、 随着加速踏板位置的变化 ， 电位 计 阻值也发生线性变化 ，由此产生反应加 速踏板下踏量大小和变化速率的电压信号 图 1 电子节气门控制系统 基 本原 理 ( 图 4 ) 输入 E C U 。2 个加速踏板位置 传感器的信号值是倍数关系 。如表 1 所列。采用 2个加速踏板位置传感器 信号 的作用是监测并确保信 号的正 确性。出于安全考虑 ， 每个加速踏板 位置传感器都有单独 的电源、 信号线 和搭铁线。 当一个加速踏 板位置传感器 失 效 ， 系统监测到还有一个加速踏板位 图2 加速踏板模块 置传感器信号时， 启动怠速运转模 式 ， 节气门要全开很慢 ； 系统还通 发 动 机 E C U

4、f l I 【 l 】 I 】 l l G7 9 G1 8 5 图 3 加速踏板模块控制电路 一一一 星 D T c P 2 5 4 4的含义为变速器转矩请求电路故障。用故障检测仪观察故障代码 ， 若 设 置 了 D T c P 0 6 0 4 ，则 更 换 发 动 机 E c u ；若 未 设 置 D T C P 0 6 0 4 ，则 更 换 变 速 器 控 制 I 模 块 。 J ( 续完) ( 收稿 ：2 0 0 9 - 1 1 - 0 7 ) ： S , m 图4 加速踏板位置 传感器特性 汽车维护与修理2 0 1 0 3 6 9 侠 用 与 维 护 - l _ _ _ l l _ _

5、 l _ _ _ - | l 表 1 发 动机数 据流 显 示数 据值 _ _ _ _一一 节气门位置 节气 门位置 加速踏板位置 加速踏板 传感器 传感器 位置传感器 2 ( G 1 8 7 ) ( Gl 8 8 ) 传感器 1 ( G 7 9 ) ( G 1 8 5 ) 0 1 0 0 1 0 0 O 0 一 9 8 0 4 9 注 ： 1 0 0 相应的信号 电压为 5 V 过制动灯开关和制动踏板开关信号来 判别怠速。此时舒适系统被关闭， 如关 闭巡行、 发动机制动调节等功能 ， E P C 故障指示灯点亮，故障存储器 内存储 有故障代码。当 2个加速踏板位置传 感器都失效时 ，发动机在

6、 l 5 0 0 r mi n 左右运行，踩加速踏板无反应。同样 E P C故障指示灯点亮，故障存储器内 存储有故障代码。 1 2 节气门控制模块 节气门控制模块主要由2个节气 门位置传感器( G1 8 7 、 G1 8 8 ) 和节气 门 定位电动机 ( G 1 8 6 ) 等组成 ( 图 5 ) ， 图 6 为节气门控制模块结构。 发动机 E C U的节气 门位置信号 是 由2个节气门位置传感器( 图 7 ) 提 供的。与加速踏板位置传感器类似的 是 ，这 2个节气 门位置传感器也是滑 动触点电位计， 安装在同一根轴上 ， 由 E C U提供相 同的基准工作电压。当节 气门位置发生变化时

7、， 电位计阻值也 随之线性地变化 ， 由此产 生相应的电 压信号输入 E C U， 该 电压信号反映节 J 3 3 8 L E C U I I l Gl 8 7 G1 8 8 图 5 节气门控制模块电路 7 0 汽车维护与修理2 0 1 0 3 气 门开 度 大 小 和 变化 速 率。 2 个节气门位置传感器 的信 号 曲线 是相反 的 ， 信 号在i 剜 9 量数据块中是以百 分 比来表示的，如表 1所 列。 2个节气门位置传感器 反向连接 ， 实现阻值的反向 变化， 即2个节气门位置传 节气门位置传感器2 图 6 节气门控制模块结构 感器阻值变化量之和为零。 对 2个节 气 门位置传感器施

8、加相同的电压 ， 两 者输出的电压信号也相应反向变化 ， 且其和始终等于供电电压。 装用 2个节气门位 置传感器是 为了精确和备用。 当一个节气门位置 传感器失效 ， 系统使用另一个节气 门 位置传感器信号 ， 对加速踏板位置的 响应不变 ，但巡行等功能关闭。E P C 故障指示灯点亮 ， 故障存储器储存故 障代码。当 2个节气门位置传感器信 号均 中断时， 发动机在 1 5 0 0 r mi n左 右运行，踩加速踏板时无变化。E P C 故障指示灯点亮 ， 故障存储器储存故 障代码。 节气门定位 电动机一般选 用直 流电动机 ， 经过 2级齿轮减速来调节 节气门开度。 节气 门可在全关与全开

9、 之间无级地定位。 早期 以使用步进电 动机为主 ，步进电动机精度较高、 能 耗低 、 位置保持特性较好 ， 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 比较多地 图 7 节气门位置传感器 采用直流 电动机 ， 直流电动机精度高、 反应灵敏、 便于伺服控制。节气 门定位 电动机根据发动机 E C U发出的指令控 制节气门开度。当节气 门定位 电动机 上没有电压时 ，弹簧复位系统把节气 门设置在紧急运行位置 ，车辆只能在 高 怠速状 态 下行驶 并且 功能 受到 限 制。此时 ， E P C故 障指示灯点 亮， 舒适 系统功能被关闭。图 8为节气 门控制 模块控制

10、原理。 1 3发动机 E C U 发动机 E C U( J 2 2 0 ) 是整个系统 的 图 8 节气门控制模块控制原理 自 一 一 龅 核心 ，它包括功能处理器和监视处理 器 2部分 ( 图9 ) 。 对于电子节气 门控制 系统来说 。功能处理器又由信息处理 模块和节气门定位电动机驱动电路模 使用与维护 障计数器的故障数被增加 1次。在监 视处理器没有识 别出5个错误的应答 后， 发动机则被熄火。如果功能处理器 没有作 出应答 或应答 的 时间点不正 功能处理器 监视处理器 图 9 发 动机 ECU( J 2 2 0) 块组成。信息处理模块接收来 自加速 踏板位置传感器的电压信 号 ， 经

11、过处 理后得到节气 门的最佳开度 ， 并把相 应的 电压信 号发送到 节气 门定位 电 动机驱动 电路模块 ， 控制节气 门定位 电动机转动相应的角度 ， 使节气 门达 到或保持相应的开度。节气门定位电 动机 驱动 电路应 保证 电动机 能双 向 转动。 监视处理 器连续 地对 功能处 理 器 的功能进行监控 ， 同时 ， 它也检 查 功能 处理 器 的输 出信号 并把 它与 自 己的计算结果进行比较。功能处理器 和监视 处理器通过 查询 与应答 功能 来相互进行检查 。如果发现故 障 ， 发 动机 E C U控制停止点火和喷油来使 发动机熄火。 监视处理器会查询功能处理器 ， 例 如查询发动

12、机转速或点火提前角， 然后 它检查回答是否正确。如果回答不正 确， 就会在监视处理器的故障计数器中 输入 1次故障数。 在累计了 5个错误的 回答后 ， 发动机会被熄火。 为了监控监视处理器。 功能处理器 故意给出一个错误的应答。 如果监视处 理器识别出该错误应答 ， 则该错误应答 就会被记录在错误计数器 中并反馈给 功能处理器。 如果监视处理器没有识别 出该错误的应答 。则功能处理器中故 确 ， 发动机立即停 止运转 。 从而 达到监控的效果。图 l 0为发动 机 E C U控制原理。 1 4制动灯开 关 ( F) 和制 动踏 板开关( F 4 7 ) 一般制动灯开关( F ) 和制动 踏板

13、开关( F 4 7 ) 都集成在制动踏板的 部件 中。图 1 1 为 2 个开关的电路 。 当 制动踏板未踩下时， 制动灯开关 F 是 断开的， 它从 3 O号接线柱获得电压 ； 制 动踏板开关“ F 4 7 ” 是接通的， 它从 1 5号 接线柱获得电压。当发动机 E C U接收 到“ 制动踏板已踩下” 的开关信号 ， 控制 巡行功能关闭。这 2个开关的信号作 为发动机 E C U的后备信息 ， 如果加速 踏板位置传感器发生故障时 ，则 以怠 输出信号 厂 图 1 O 发 动机 ECU 控制 原理 _、 发 动机 EC U F F 4 7 图 l l 制动灯开关 ( F ) 和 制动踏板开关

14、( F 4 7 ) 的电路 速信号替代。如果其中一个加速踏板 位置传感器发生故障，或者发现输入 信号不正常 ， 发动机 E C U开始执行 以 下功能 ：关闭巡行控制等舒适系统的 功能；如果另一个加速踏板位置传感 器也发生故障 ，那么发动机被限制运 行于高怠速， 踩加速踏板无反应。此时 E P C故障指示灯点亮，故障存储器内 储存故障代码。 1 5 离合器踏板开关( F 3 6 ) 如 图 1 2所示 ，离合器踏板 开关 ( F 3 6 ) 反馈离合器踏板位 置信息 。离 合器踏板被踩下时， 发动机 E C U接收 到离合器踏板开关信号 ， 控制巡 行系 统和负载变化功能关闭。该离合器开 关从

15、 1 5号接线柱获得电压 ，在离合 器 踏板未踩下时 ，该开关是接通的。 由于 系统不对其进行监控 。 所 以当该 开关出现故 障时，无故障代码存储 ， 也无替代值。 1 6 E P C故障指示灯( K1 3 2 ) 一般 E P C故障指示灯 ( 图 1 3 ) 位 图 1 2 离合器踏板开关( F 3 6 ) 电路 J 2 8 5 图 1 3 E P C故障指示灯 ( K1 3 2 ) 电路 汽 车维 护与修 理2 0 1 0 3 7 1 使用与维护 于仪表盘上， 它是一个黄色的灯 ， 上有 “ E P C ” 标记。E P C故障指示灯直接 由 发动机 E C U通过搭铁线进行控制。如

16、系统正常， 接通点火开关后 E P C故障 指示灯亮 3 S 后熄灭。如系统有故障 ， 发动机 E C U激活 E P C故障指示灯， 并 将故障代码储存在故障存储器中。这 就是通常所说的自检过程 ，能检测出 电子节气门控制系统的好坏 ，方便驾 驶人和维修工的判断。E P C故障指示 灯出故障后对节气 门的功能无影响 ， 但会在故障存储器中存储故障代码。 2 电子节气 门控制系统 的工 作原理 2 1 电子节气门控制系统的工作原理 如图 1 4所示， 在驾驶人操纵加速 踏板时 ，加速踏板位置传感器产生相 应的电压信号输入发动机 E C U，发动 机 E C U首先对输入的信号进行滤波， 以消除环境哚声的影响 ，然后根据 当 前的工作模式、加速踏板移动