电子节气门的组成构造及工作原理(图解) |
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汽车电子节气门控制(Electronic Throttle Control,ETC)系统是伴随汽车电子驱动理念而诞生的。ETC系统由位于发动机进气歧管内的电子节气门体(ETB)和专门的控制系统组成。它通过传感器、控制器、节气门驱动装置实现与发动机管理系统(EMS)的配合:根据驾驶员和发动机转矩需求、汽车行驶状态等相关信息快速且精确地控制节气门开度,以此来精确调节进气量,使发动机在最合适的状态下工作;使车辆具有良好的怠速、加速及减速工况过渡性能,从而有效降低排放和燃油消耗,提高汽车的动力性、平稳性、安全性和舒适性;同时ETC系统也能按照车辆其他系统,如驱动防滑控制(ASR)系统、巡航控制(CCS)系统、车辆稳定性控制(VSC)系统等的要求,改变节气门开度和发动机扭矩输出。ETC系统已成为高档轿车的标准配置。 1. 电子节气门的结构组成及工作原理 1.1 节气门的结构 1.1.1 传统节气门![]() 1.1.2 电子节气门 电子节气门作为机电一体化产品,主要由位置传感器、控制系统和执行机构组成,如图2所示。 ![]() ![]() ![]() (4)跛行复位弹簧 电子节气门体内有2个正反弹性系数不同的内置复位弹簧,它们在各自方向独立起作用,并且都有一定的预紧力。如前所述,当驱动电机输出扭矩为0即静态时,复位弹簧使节气门保持一个约9°的开度,这个位置被称为故障安全位置的“跛行回家”(Limp-Home,L-H)位置,因而复位弹簧是电子节气门引入的机械保护装置。 为了实现这一点,主弹簧用于关闭节气门,而另一个位于阀门的柱塞总成上的弹簧,使节气门阀以默认角度打开。当ETC系统或驱动电机出现故障时,复位弹簧可以使节气门阀回到稍高于完全关闭的L—H位置,以保证发动机怠速工作的进气量需求,汽车能“跛行”至最近的车辆维修站。 1.2 节气门位置传感器 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor,TPS)是节气门状态的唯一检测元件,通常有接触型和非接触型2种,用于将实时采集的节气门开度转换为电压信号输出,以便对闭环控制进行位置反馈。 接触型TPS采用输出信号互补式变化的双冗余式传感器测量节气门位置,2路传感器信号虽电压变化趋势相反,但其和值应始终等于供电电源+5 V,这可作为硬件故障识别的依据。当某一路传感器出现异常时,系统及时检测并切换到另一路传感器,从而提高系统的安全性和稳定性。 目前,在许多车辆上使用的节气门位置传感器由带有移动触点的厚膜电阻电位器组成,提供与节气门轴位置成正比的输出信号。非接触型TPS在传感器技术中使用霍尔效应、磁阻或感应原理。基于这些原理,节气门阀的旋转运动被转换成与传感器的旋转角成正比的线性输出电压。与接触型TPS相比,非接触型具有更高的可靠性和更长的使用寿命。 1.3 控制系统 1.3.1电子加速踏板 当驾驶员踩下电子加速踏板,加速踏板角度的变化及其改变的速度,通过节气门位置传感器将信号转换为电信号并传递给控制单元,控制单元由此获得驾驶员的驾驶意图.根据当前行驶状态下发动机整体转矩需求和其他参数,如发动机负荷、发动机转速、冷却液温度等,以及ECU预设的控制策略,控制单元计算出所需进气量,进而计算出节气门最佳开度,控制驱动电机的输出力矩,使电机克服复位弹簧扭矩,节气门阀片轴旋转,达到相应的开度。 1.3.2 ECU ECU是ETC系统的核心,一般集成在EMS中。EMS由大量控制模块(控制回路)和电子节气门控制器组成,其主要任务是根据驾驶员驱动意图控制发动机的输出功率和扭矩,计算所需的进气量和与之对应的喷油量、最佳点火时间。 1.3.3 ETC节气门开度估计策略 节气门开度估计模块是ETC系统的重要组成部分。在ETC节气门开度估计中,通常采用踏板跟随器和基于扭矩这2种方法。弹簧扭矩是分段线性函数且弹簧刚度差异很大,因此弹簧扭矩取决于节气门阀是否处于L-H位置附近。 (1)踏板跟随器策略 踏板跟随器策略通常用于早期的ETC系统,是一种非常简单的节气门开度估计方法.在该方法中,节气门开度角与驾驶员给出的加速踏板位置成比例,但在发生发动机怠速或减速、节气门突然关闭、自动变速器换挡和节气门消除传动间隙等情况时,加速踏板位置与节气门开度不成比例。 驾驶员对汽车动力性能的需求通过加速踏板位置传感器转换为节气门阀的开启输入,此时节气门仅作为踏板位置的输入函数来控制。只考虑驱动因素,其他系统要求(如巡航控制、牵引控制、催化剂加热等)不在节气门的开度估计内,考虑这是踏板跟踪器策略的主要缺点。 (2)基于扭矩的开度估计策略 基于扭矩的开度估计策略是将各种输入,诸如驱动需求、发动机和车辆相关系统需求,转换成发动机扭矩变量,作为发动机控制单元和车辆控制系统内的其他功能的输入。该策略主要由2个查询表组成:一个是驱动一扭矩一踏板,另一个是空气流量。 ![]()
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