鄭邵婁

（洛陽(yáng)市黃河軟軸控制器股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

氣節(jié)門是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)重要組成部門，其主要作用是控制空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)?？諝庖坏┻M(jìn)入進(jìn)氣管后與汽油進(jìn)行混合，形成可燃性混合氣，從而燃燒形成做工。傳統(tǒng)氣節(jié)門主要是通過一個(gè)機(jī)械連桿進(jìn)行控制，其產(chǎn)生噪音極大，操作困難，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能較差。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電子氣節(jié)門控制，其通過增加相應(yīng)的傳感器和電控單元，實(shí)時(shí)控制氣節(jié)門開關(guān)，并能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)及扭矩控制和精確空燃比例，進(jìn)而有效提升汽車行使的動(dòng)力性、平穩(wěn)性、經(jīng)濟(jì)性，并能有效降低環(huán)境污染。

1 汽車電子節(jié)氣門系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)組成

電子氣節(jié)門控制系統(tǒng)包括氣節(jié)門、氣節(jié)門位置傳感器、氣節(jié)門控制單元ECU、氣節(jié)門執(zhí)行器、氣節(jié)門指示燈以及油門踏板位置傳感器等，所有用于確定、調(diào)整和監(jiān)控節(jié)氣門位置的零部件都屬于電子節(jié)氣門系統(tǒng)。

2 汽車電子節(jié)氣門系統(tǒng)工作原理

加速踏板角度傳感器將司機(jī)需要加速或減速的信息傳遞給氣節(jié)門電子控制單元ECU，ECU 收到信息后，計(jì)算出最佳的氣節(jié)門位置，并對(duì)執(zhí)行器發(fā)送控制信號(hào)。執(zhí)行器根據(jù)收到的信息計(jì)算出最佳氣節(jié)門開度位置，然后，ECU 通過CAN 總線與其他電控單元及其他電控單元進(jìn)行通訊，了解其他系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀況。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中各種傳感器會(huì)給ECU傳遞信息，進(jìn)而調(diào)整節(jié)氣門位置，讓其開度位置達(dá)到司機(jī)所需要的理想位置。整個(gè)系統(tǒng)控制過程是典型的閉環(huán)位置反饋控制，并具有監(jiān)視功能。

2.1 加速踏板角度傳感器

電子氣節(jié)門的出現(xiàn)取代了加速踏板與氣節(jié)門之間的機(jī)械連接，其主要是在加速踏板上設(shè)置角度傳感器，能檢測(cè)駕駛員踩下的加速踏板角度，并將加速踏板角度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)傳輸給控制單元，故也稱其為線控操作。加速踏板的角度傳感器主要由可編程的霍爾芯片與轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵組成，加速踏板運(yùn)動(dòng)帶著轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)從而使霍爾芯片感應(yīng)的磁通量發(fā)現(xiàn)改變，霍爾芯片根據(jù)檢測(cè)到的磁通量變化而輸出相應(yīng)的電信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元。

2.2 節(jié)氣門位置傳感器

氣節(jié)門位置傳感器也稱為氣節(jié)門開度傳感器或氣節(jié)門開關(guān)。其主要是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況。發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元根據(jù)氣節(jié)門位置傳感器的輸入信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的符合。不同汽車的輸出功能不同，故安裝的氣節(jié)門類型也不相同，主要安裝的類型包括通斷輸出和線性輸出。

（1）通斷型氣節(jié)門位置傳感器。通斷型氣節(jié)門位置傳感器組成結(jié)構(gòu)包括怠速觸電、大負(fù)荷觸電、動(dòng)觸點(diǎn)等。當(dāng)氣節(jié)門處于完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)與怠速觸電閉合、IDL 信號(hào)輸出高電平，表明發(fā)動(dòng)機(jī)處在怠速工況。當(dāng)節(jié)氣門處于完全閉合至50%開度時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)懸空，PSW 和IDL 都輸出低電平；當(dāng)氣節(jié)門開度大于50%時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)與大負(fù)荷觸電閉合，PSW 信號(hào)輸出高電平，表明發(fā)電機(jī)處于大負(fù)荷工況。

（2）線性輸出氣節(jié)門位置傳感器。線性輸出氣節(jié)門位置傳感器實(shí)際是上氣節(jié)門軸驅(qū)動(dòng)滑臂的電位計(jì)?；凵嫌羞B通的雙觸點(diǎn)與基板上制出的雙規(guī)厚膜電阻接觸，由滑臂觸點(diǎn)將兩個(gè)厚膜電阻短接，在一個(gè)厚膜電阻的一端由控制單元供給5V 基準(zhǔn)電壓。在滑臂隨氣節(jié)門轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雙軌厚膜鼎足之間的電阻值發(fā)生變化，由另一個(gè)厚膜電阻和一端輸出的電壓就與氣節(jié)門開度呈線性關(guān)系。

2.3 怠速開關(guān)

怠速開關(guān)裝載氣節(jié)門體內(nèi)，與氣節(jié)門主驅(qū)動(dòng)軸直接相連。其是觸點(diǎn)式開關(guān)，在氣節(jié)門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)位時(shí)，該觸電開關(guān)閉合，并出書信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)讓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 根據(jù)該信號(hào)及發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷來調(diào)整怠速供油量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)氣節(jié)門打開時(shí)，怠速觸電開關(guān)斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)這一信號(hào)進(jìn)行從怠速狀態(tài)過度到小負(fù)荷的噴油控制。怠速開關(guān)的信號(hào)還可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)判斷是否進(jìn)行怠速自動(dòng)控制和急減速斷油控制的信號(hào)。

2.4 怠速直流電動(dòng)機(jī)

在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行過程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度低、空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向的加入等原因，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，為保持發(fā)動(dòng)機(jī)處在穩(wěn)定怠速狀態(tài)下，怠速直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)一套齒輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)氣節(jié)門，加大其開度增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速減載時(shí)，在怠速直流電機(jī)作用下，使節(jié)氣門的開度減小，避免發(fā)動(dòng)機(jī)超速，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速情況下穩(wěn)定運(yùn)行。

3 汽車電子氣節(jié)門未來發(fā)展

3.1 向集成化和綜合控制方向發(fā)展

集成化和綜合控制不僅是電氣氣節(jié)門控制系統(tǒng)的發(fā)展法相，也是企業(yè)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展必然趨勢(shì)。其發(fā)展方向不僅能簡(jiǎn)化電子氣節(jié)門控制系統(tǒng)，有效降低制造成本，還能提高各系統(tǒng)之間的信息交流。目前，我國(guó)電子氣節(jié)門控制系統(tǒng)已向集成化和綜合控制方向發(fā)展，如將怠速控制、減速換擋沖擊控制、氣節(jié)門回位控制等多種功能實(shí)現(xiàn)集成化?；?qū)⒅苿?dòng)防抱死控制系統(tǒng)。牽引力控制系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)綜合在一起進(jìn)行制動(dòng)控制。

3.2 結(jié)合多種控制方法進(jìn)行綜合控制

采用多種控制策略相結(jié)合的方法，能有效提高ETC 的控制精度就反映速度。目前，汽車電子氣節(jié)門的發(fā)展方向由線性控制到非線性控制，從單一模式控制到多模式控制，從傳統(tǒng)的PID 控制到將PID 與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合的控制。在使用傳統(tǒng)PID 控制時(shí)，由于控制承參數(shù)整定方法復(fù)雜，導(dǎo)致參數(shù)整定性能較差，進(jìn)而影響汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。因此，將多模式控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等方法用于電子氣節(jié)門控制系統(tǒng)中?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制具有較強(qiáng)的非線性，該方法與系統(tǒng)的參數(shù)與直接關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與PID 控制相結(jié)合，能明顯提升電氣氣節(jié)門控制的適應(yīng)能力。當(dāng)前，這些理論還存在較大缺陷，還需進(jìn)行不斷完善，在今后的發(fā)展中才能較好應(yīng)用于電子氣節(jié)門控制系統(tǒng)中。

3.3 車載網(wǎng)絡(luò)、總線技術(shù)在汽車電子氣節(jié)門控制中的應(yīng)用

隨著我國(guó)ECT 的大量普及，對(duì)各種傳感器和電子控制單元需求量逐漸增加，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)車輛控制線路復(fù)雜、車輛上導(dǎo)線數(shù)量增加。為實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間資源共享，對(duì)汽車的控制系統(tǒng)布線和信息共享系統(tǒng)提出更高要求。車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是CAN 總線控制器局域網(wǎng)，它能安全可靠地傳輸電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及系統(tǒng)集成化功能。此技術(shù)的發(fā)展降低了布線復(fù)雜度，提高了汽車電子控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，在汽車電子氣節(jié)門發(fā)展過程中，CAN 總線技術(shù)也是未來發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

由此可見，電子氣節(jié)門對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性。電子氣節(jié)門控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的氣節(jié)門控制系統(tǒng)，能有效減少機(jī)械故障發(fā)生，節(jié)省燃料，進(jìn)而提升車輛行使可靠性。在未來汽車行業(yè)發(fā)展中，電子氣節(jié)門作為先進(jìn)車輛控制與安全系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，必然有良好的發(fā)展前景。