探究汽車電子節氣門控制策略

郭婭紅

摘要：本文簡單分析了汽車節氣門控制應用現狀，闡述了ETC控制系統的工作原理以及應用優勢，介紹了電液式、步進電機、伺服電機三種常見的節氣門控制技術，對ETC控制系統控制策略進行了說明。

關鍵詞：汽車;電子節氣門;控制策略

0 ?引言

從汽車的電子驅動原理出發，衍生出新型的電子產品，即汽車電子節氣門（下文簡稱“ETC”），控制過程利用傳感器、電控單元等，精準控制ETC開度。當前，在汽車的穩定性、驅動防滑、變速控制等多個控制系統當中都會使用ETC技術，調整節氣門為最佳的狀態，保證車輛的行駛安全。

1 ?汽車節氣門控制應用現狀

傳統上使用機械式的節氣門控制系統，駕駛員只需腳踏加速踏板，轉動節氣門拉鎖閥片，就能對發動機進氣量實現控制。此系統結構相對簡單，同時維修成本較低，但是機械控制方式，需要依賴駕駛人員主觀意識展開操作，難以按照汽車實際的工況做出控制策略的調整。一旦汽車負荷增加、路況發生變化時，難以將節氣門開度進行靈活轉變，降低汽車使用性能，導致燃料不能充分燃燒，增加有害氣體向大氣中的排量。

2 ?汽車電子節氣門系統工作原理和應用優勢

2.1 工作原理

ETC系統工作時，程序較為復雜，由加速踏板中的傳感器接收信號，將其傳遞到控制單元當中展開分析和計算，輸出節氣門預期的開度值，將此值和節氣門位置處傳感器反饋結果展開對比，完成電機啟動，優化節氣門的開度控制。從系統工作本質角度講，ETC控制系統在整個控制流程主要通過閉環反饋方式進行，即便車輛系統存在故障，仍然能夠保證系統監視功能，保證車輛穩定行駛。

2.2 應用優勢

應用ETC控制系統時，其控制性能較強，主要有以下三方面優勢：第一，利用“行車電腦”（或稱為ECU）識別傳感器信號、工況信息等，并展開處理，之后計算出節氣門的開度，最后利用驅動電機對節氣門展開控制，保持油門的開啟角度處于最優標準。第二，ETC系統對環境的適應性能較強，可在不同情況下控制“空燃比”，保證車輛能動性。使用該系統控制技術，可有效降低汽車行駛環節產生的廢氣，降低能源消耗，提升發動機性能。第三，ETC系統設計主要使用傳感器冗余方式，從其控制性能角度考慮，只需使用傳感器，即可保證節氣門的正常運行，但是該系統使用2個傳感器，進行冗余設計，可實現相互檢測，同時進一步提升系統控制穩定性[1]。

3 ?常見的電子節氣門控制技術

3.1 電液式控制

通常液壓式控制技術主要應用在工程機械的控制當中，此技術具有強大的驅動力，同時操作簡單，節能性良好，技術經濟特點顯著。在電子節氣門的控制方面，利用此技術的原理為使用數字閥，控制電液轉換，對于液壓油要求不高。但是在應用過程可能出現供油壓力波動問題，受到各個執行機構之間的閥門啟閉、摩擦力等影響，出現節氣門的位置響應精確度不高的問題，因此，現代化的汽車ETC控制系統，不使用此控制技術。

3.2 步進電機控制

使用步進電機實現對汽車的電子節氣門進行控制，主要原理為使用電機實現對節氣門軸的驅動，控制油門開度。驅動電機使用橋式電路實現對結構單元的控制，之后按照脈沖數量、電機頻率和方向等控制電平，最終實現驅動電機。大量實踐經驗證明，此技術的應用結構組成較為簡單，應用成本相對較低，但實際控制精準度和標準還存在一定差距，因此，不適合應用在ETC控制系統當中。

3.3 伺服電機控制

在控制電子節氣門過程，使用直流式伺服電機需要依靠脈沖寬度的調制技術完成節氣門的驅動，對比于電液式、步進電機兩種控制方式，此技術的應用具有良好的控制精度，同時控制可靠性較高。因為，使用伺服電機，在氣節門控制單元內可按照脈寬信號的占空比，實現對電機轉角的調控，因此，在ETC控制系統當中，大多會選擇此控制技術。

4 ?汽車電子節氣門系統及控制策略

4.1 系統組成

ETC系統當中還有多種組成模塊，常見的為傳感器、踏板、控制單元和執行器等，其中節氣門的傳感器主要用于對其開度信號進行檢測，最終變成控制系統反饋信號;踏板傳感器主要用于控制駕駛員的行車意圖;控制單元分為處理模塊、驅動電路兩個部分;執行器主要分為執行電機、減速機構兩部分。在ETC控制系統當中，節氣門為保證空氣供給的重要部分，在汽車控制系統中占據重要地位。

4.2 控制要求

在汽車逐漸向智能化和電子化等方向發展過程，為響應汽車節能減排等需求，解決機械電子門控制系統存在的弊端。使用ETC控制系統，代替節氣門的拉鎖，在設置驅動電機、齒輪傳動各類組件。ETC系統當中，使用異步電機控制節氣門開度范圍，駕駛員可按照汽車行駛工況，靈活操控加速探踏板，將信息向發動機的控制單元中傳遞出去，之后控制單元可將踏板信息轉化成控制信號，向節氣門的定位器當中傳遞，最后由驅動電機對節氣門角度旋轉進行驅動。

在實際應用過程中，需要從汽車燃油消耗以及行駛安全等角度出發，按照發動機的轉矩實際需求實現對節氣門的控制。在ETC控制系統當中，對節氣門的開度產生影響的因素不只包括加速踏板的位置，還包括發動機的控制單元，其按照汽車實際行駛狀態對于轉矩需求，合理計算節氣門最優開度，利用電機通電時間，實現驅動節氣門，達到理想開度狀態。系統中，控制單元能夠獨立在加速踏板位置，實現對節氣門位置的調整。如：發動機可按照汽車駕駛員輸入信息、車輛耗油情況、尾氣排放情況以及安全性能要求等，綜合確定節氣門的位置[2]。

4.3 系統設計

控制電子節氣門過程，發動機系統需要按照內外扭矩需求，如點火提前角、負載信號以及轉速等，展開計算獲得實際扭矩值。系統對信息的處理路徑有兩條。其一，在系統的激活過程，會對增加變量產生影響，以上變量可視為扭矩長期變量需求，主要為節氣門增加壓力、角度等;其二，系統改變會對短期的扭矩變量產生影響，這些變量包括氣缸壓縮、噴射時間以及點火點。系統控制過程主要通過發動機對比控制單元額定扭矩、實際扭矩之間的差異，并采取特定的糾正方法，保證以上重要參數的合理匹配，實現對電子節氣門的控制。該系統的組成單元分別為加速踏板、發動機、節氣門等控制單元，還包括ETC控制系統指示燈。

4.4 控制策略

使用加速踏板這一模塊，檢測踏板信息，同時將信息向發動機的控制單元當中輸入。系統模塊為踏板、傳感器1、傳感器2，這種控制方式能夠使用2個傳感器，保證ETC系統控制的安全性，同時也符合上文中提到的“冗余設計”理念，利用踏板中的傳感器之間的互相配合，以便控制單元按照加速踏板傳感信息，識別出踏板具體位置。

在系統中，發電機的控制單元可按照踏板實際的位置信息，靈活控制電子節氣門的驅動裝置，兼顧到系統扭矩需求，合理確認節氣門的“關閉”、“啟動”，此外，控制單元還能對ETC控制系統進行監控。

在系統節氣門的控制單元當中，主要負責系統工作所需空氣量，由驅動裝置按照發動機指令進行節氣門的激活，由節氣門角度位置傳感器為發動機提供反饋信息，確認節氣門位置，驅動裝置存在電機，受到控制單元控制，保證節氣門能在全開位置、怠速裝置間進行無級定位。

使用此系統控制電子節氣門過程，只需將點火開關打開，發動機的控制系統就能展開自檢，此時故障指示燈為點亮狀態，當系統檢測為正常狀態時，不存在存儲故障時，指示燈就會在3s之后自動熄滅。在自檢環節，如果系統內存在故障時，指示燈不熄滅，該指示燈能夠為駕駛員提供ETC控制系統故障信息。

5 ?汽車電子節氣門控制技術未來發展

ETC控制系統控制技術的應用前景良好，未來該技術會逐漸向綜合控制以及集成化等方向發展。為適應時代的發展，此技術的集成化能夠優化ETC控制系統的結構，降低系統的設計成本，實現各個系統之間的信息實時共享與傳遞。如：當前ETC系統控制的功能集成主要表現在巡航、怠速、緩解換擋沖擊等方面的控制，實現功能的高度集成，同時還能設計出防抱死制動系統，并將其和驅動防滑、牽引控制各個系統之間有機融合。

在科技的迅速發展和創新過程，逐漸完善ETC控制系統功能，多種控制策略之間的融合，不斷提升ETC系統響應速度以及控制精度等，降低系統實際應用環節受非線性因素制約。在融合多種控制策略的系統當中，利用神經網絡、滑模變結構、多模態等控制方法，可控制非線性因素，保持系統各項參數不變的前提下，使ETC系統適應能力不斷增強。在科研人員逐漸探索過程中，電子氣節門相關控制策略也會相繼成熟，發揮其應用優勢[3]。

此外，隨著道路汽車數量逐漸增加，擴大了ETC控制系統應用范圍，各類傳感器、電控單元也相繼投入使用，從此現象考慮，對于整車的控制電路逐漸趨向復雜化，汽車內部的導線數量逐漸增加，造成各類問題頻發，為汽車控制系統的綜合布線、信息共享等提出嚴格要求。對此，按照國標生產，不斷優化總線技術，推廣車載網絡的使用，為ETC控制系統傳輸數據提供安全保障，完成系統集成以及數據共享，不斷降低布線過程的復雜性，提升ETC系統應用過程的控制精度。最大限度保證車輛安全運行。

6 ?結束語

總之，隨著車輛電子節氣門控制技術的廣泛應用，對車輛行駛過程的安全性、環保性以及經濟性提出更高要求，在控制策略的選取過程中，應結合ETC控制系統實際需求逐漸完善，為駕駛人員提供安全的行車環境，保持電子節氣門處于最佳狀態。

參考文獻：

[1]魏玉.汽車電子節氣門控制策略及發展分析[J].汽車實用技術，2019（24）：169-171.

[2]姚杰.汽車電子節氣門技術的現狀及發展趨勢分析[J].內燃機與配件，2018（04）：202-203.

[3]詹華.汽車電子節氣門控制系統研究現狀及發展趨勢[J].吉首大學學報（自然科學版），2017，38（06）：30-37.