电子节气门系统的基本工作原理

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1、电子节气门系统的基本工作原 理liiJ电子节气门和普通机械节气门的区别？普通节气门是有一根油门拉线来控制的，他有阀片位置传感器和步进电机组成. 怠速是有步进电机控制.加油时，油门线拉动阀片打开，节气门阀片位置传感器 也跟着转动（它是一个可变电阻器）,改变其阻值大小，然后把变化电压信号输出 给 ECU.电子节气们是有加速传感器,执行电机和2个节气门阀片位置传感器组成. 加油们的时候加速传感器本身的电压就信号就开始变化,然后给执行电机的电 压也就变化，电机工作打开阀片的角度也就变化,2个传感器是一样的（一个是备 用）把信号给汽车ECU.电子节气门系统的基本工作原理1、前言节气门的作用是控制发动机的

2、进I三|=|气流量，决定发动机的运行工况。驾驶员通过操 作加速踏板来操纵节气门开度。加速踏板和节气 门的连接方式有两种：刚性连接和柔性连接。传 统油门采用刚性连接，即通过拉杆或拉索传动连 接加速踏板和节气门的机械连接方式，因此节气 门开度完全取决于加速踏板的位置，即驾驶员的 操作意图，但从动力性和经济性角度来看，发动 机并不总是完全处于最佳运行工况，而且驾驶员 的误操作也给安全性带来隐患。在混合动力车 中，由于发动机和电池组成多能源动力系统，刚 性连接方式不能实现各动力源之间的能量分配 管理，因此，它必将被柔性连接方式所取代。柔 性连接方式取消了传统的机械连接，通过电控单 元控制节气门快速精确

3、地定位，因此又称为电子 节气门。它的优点在于能根据驾驶员的需求愿望 以及整车各种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、巡航控制等控制功能，提高安全性 和乘坐舒适性。本文通过阐述电子节气门系统的基本结 构、工作原理、控制策略和发展现状，使读者对 电子节气门有深入的理解。2、电子节气门系统的基本结构和工作原 理2.1电子节气门系统的基本结构 电子节气门系统的基本结构主要包括：a. 加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器由两个无触点线性 电位器传感器组成，在同一基准电压下工作，基 准电压由ECU提供。随着加速踏板位置的改变， 电位器阻值也发生线性的变化，

4、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输入 ECU。b. 节气门位置传感器11和踏板位置传感器类似，节气门位置传感 器也是由两个无触点线性电位器传感器组成，且 由ECU提供相同的基准电压。当节气门位置发生 变化时，电位器阻值也随之线性地改变，由此产 生相应的电压信号输入ECU，该电压信号反映节 气门开度大小和变化速率。c. 节气门控制电机节气门控制电机一般选用步进电机或直 流电机，经过两级齿轮减速来调节节气门开度。 早期以使用步进电机为主，步进电机精度较高、 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的要求，所 以现在比较多地采用直流电机，直流

5、电机精度 高、反应灵敏、便于伺服控制。d. 控制单元（ECU）控制单元（ECU）是整个系统的核心，包 括两部分：信息处理模块和电机驱动电路模块。信息处理模块接受来自加速踏板位置传 感器的电压信号，经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电机驱动电路 模块。电机驱动电路模块接受来自信息处理模块的信号，控制电机转动相应的角度，使节气门 达到或保持相应的开度。电机驱动电路应保证电 机能双向转动。2.2电子节气门系统的工作原理liiJ电子节气门系统的工作原理如下：驾驶员 操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相应的 电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对 输入的信号进行滤波，以消除

6、环境噪声的影响， 然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率 解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需 求，得到相应的节气门转角的基本期望值。然后 再经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取 其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转 速、档位、节气门位置、空调能耗等等，由此计 算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角 期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把 相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制 电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置 传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控 制单元，形成闭环的位置控制。节气门驱动电机一般为步进电机或直流 电机，两者的控制方式也有所不同。驱动

7、步进电机常采用H桥电路结构，控制单元通过发出的脉 冲个数、频率和方向控制电平对步进电机进行控 制。电平的高低控制步进电机转动的方向，脉冲 个数控制电机转动的角度，即发出一个脉冲信 号，步进电机就转动一个步进角，脉冲频率控制 电机转速，转速与脉冲频率成正比。因此，通过 对上述三个参数的调节可以实现电机精确定位 与调速。=1=1控制直流电机采用脉冲宽度调制（PWM） 技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高， 可靠性高。控制单元通过调节脉宽调制信号的占 空比来控制宜流电机转角的大小，电机方向则是 由和节气门相连的复位弹簧控制的。电机输出转 矩和脉宽调制信号的占空比成正比。当占空比一 定，电机输出转

8、矩与回位弹簧阻力矩保持平衡 时，节气门开度不变；当占空比增大时，电机驱 动力矩克服回位弹簧阻力矩，节气门开度增大； 反之，当占空比减小时，电机输出转矩和节气门 开度也随之减小。11ECU对系统的功能进行监控，如果发现故 障，将点亮系统故障指示灯，提示驾驶员系统有 故障。同时电磁离合器被分离，节气门不再受电机控制。节气门在回位弹簧的作用下返回到一个 小开度的位置，使车辆慢速开到维修地点。3、电子节气门系统的控制策略3.1基于发动机扭矩需求的节气门控制传统油门的节气门开度完全取决于驾驶=1员的操作意图。电子节气门系统的节气门开度并 不完全由加速踏板位置决定，而是控制单元根据 当前行驶状况下整车对发

9、动机的全部扭矩需求， 计算出节气门的最佳开度，从而控制电机驱动节 气门到达相应的开度。因此，节气门的实际开度 并不完全与驾驶员的操作意图一致。liiJ控制单元根据整车扭矩需求获得所需的 理论扭矩，而实际扭矩通过发动机转速、点火提 前角和发动机负荷信号求得。在发动机扭矩调节 过程中，控制单元首先将实际扭矩与理论扭矩进 行对比，如果两者有偏差，发动机电控系统将通 过适当的调节作用使实际扭矩值和理论扭矩值 一致。3.2传感器冗余设计电子节气门系统采用2个踏板位置传感 器和2个节气门位置传感器，如图2所示，传感 器两两反接，实现阻值的反向变化，即两个传感I=jw器阻值变化量之和为零。对两个传感器施加相

10、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。从控制角度讲，使用一个传感器就可使系 统正常运转，但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。3.3可选的工作模式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，如图4所示。在正常模式 下，节气门对加速踏板的响应速度适合于大多数 行驶工况。在动力模式下，节气门加快对加速踏 板的响应速度，发动机能提供额外的动力。在附 着较差的工况下（比如：雪地，雨天

11、）驾驶员可 选择雪地模式驾驶车辆，此时节气门对加速踏板 的响应降低，发动机输出的功率比正常情况下 小，使车轮不易打滑，保持车辆稳定行驶。3.4海拔高度补偿在海拔较高的地区，大气压下降，空气稀I=jw=1薄，氧气含量下降，导致发动机输出动力下降。 此时电子节气门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 机输出动力和加速踏板位置的关系保持稳定。3.5控制功能扩展及其原理早期的电子节气门功能比较简单，在形式 上采用一个机械式的主节气门串联一个电控的 辅助节气门，往往只能实现某一单一的功能。现 代电子节气门则独立成一个系统，可实现多种控 制功能，既提高行驶可靠性，又使结构

12、简化，成 本降低。主要有如下控制功能：a. 牵引力控制（ASR）牵引力控制系统又称驱动防滑系统。它的 作用是当汽车加速时将滑移率控制在一定的范 围内，从而防止驱动轮快速滑动。它的功能一是 提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。它通过 减少节气门开度来降低发动机功率从而达到控 制目的。原理如下：控制单元采集加速踏板的位 置、车轮速度和方向盘转向角度等信号，通过计 算求得滑移率，并产生相应的控制电压信号，通 过数据总线把信号传送至控制单元，依据此信 号，控制单元将减少节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率。此时控制单元对节气门 发出的控制信号将不受驾驶员驾驶意图的影响， 这样就可以避免驾车者的

13、误操作。b. 巡航控制（CCS）=1=1=1巡航控制系统又称为速度控制系统，它是 一种减轻驾车者疲劳的装置。当驾驶员开启该系 统时，车速将被固定下来，驾驶员不必长时间踩 踏加速踏板。原理如下：车速传感器将车速信号 输入控制单元，控制单元根据行驶阻力的变化输 出信号自动调节节气门开度，当汽车阻力增大 （上坡）和车速降低时，控制节气门开度增大， 反之减小，使行驶车速保持稳定。c. 怠速控制（ISC）电子节气门系统取消了怠速调节阀，而是 直接由控制单元调节节气门开度来实现车辆的 怠速控制。d. 减少换档冲击控制根据当前车速、节气门开度以及发动机转 速等信号，控制单元选择合适的传动比，实现自 动换档。

14、4、电子节气门系统的发展现状电子节气门的研究工作起源于20世纪70年代，80年代开始有产品问世，近10年来,外对电子节气门的研究取得了非常迅速的发 展。发展趋势可总结为：在控制策略上由线性控 制发展为非线性控制，由辅助电子节气门发展为 独立的电子节气门系统，从单一的控制功能发展 到集成多种控制功能，兼顾提高动力性、经济性、 操纵稳定性、排放性和乘坐舒适性。目前，国外多家公司已对电子节气门系统作了深入的研发，比如德国Bosch，Pierburg，Delphi， Visteon，日本 Toyota，Hitachi，Denso，意大利Marelli等已推出系列化产品应 用于各种品牌的中高档轿车。虽然

15、国内某些轿 车，如POLO，也配备了电子节气门系统，但目 前对ETC还没有系统深入的研究，也没有成熟的 产品。5、结束语电子节气门系统的研发已有了很大的进 步，但在技术上仍不成熟，因此应用也并不十分 广泛，但是电子节气门系统对提高车辆动力性、 经济性、安全性、乘坐舒适性，降低排放有重大 意义。在21世纪新能源开发和电控技术飞速发 展的形势下，随着生产成本下降以及排放要求不断提高，电子节气门系统的普及使用将成为必 然。电子节气门和普通机械节气门的区别？普通节气门是有一根油门拉线来控制的，他有阀片位置传感器和步进电机组成. 怠速是有步进电机控制.加油时,油门线拉动阀片打开，节气门阀片位置传感器 也跟着转动（它是一个可变电阻器）,改变其阻值大小，然后把变化电压信号输出 给 ECU.电子节气们是有加速传感器,执行电机和2个节气门阀片位置传感器组成. 加油们的时候加速传感器本身的电压就信号就开始变化,然后给执行电机的电 压也就变化，电机工作打开阀片的角度也就变化,2个传感器是一样的（一个是备 用）把信号给汽车ECU.