第六章电子节气门技术.ppt

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1第六章电子节气门第六章电子节气门2第一节概述第一节概述一、电子节气门技术一、电子节气门技术二、电子节气门技术的发展二、电子节气门技术的发展三、电子节气门技术的实际应用三、电子节气门技术的实际应用3电子节气门技术的研究始于电子节气门技术的研究始于2020世纪世纪7070年代年代后期，后期，8080年代开始问世。

年代开始问世。

9090年代开始应用。

年代开始应用。

4一、电子节气门技术一、电子节气门技术所谓电子节气门所谓电子节气门（ElectronicThrottleControl（ElectronicThrottleControl，ETC）ETC），是一种柔性控制系统，通过节气门体上，是一种柔性控制系统，通过节气门体上的电动机驱动节气门，取消了传统节气门与加速的电动机驱动节气门，取消了传统节气门与加速踏板之间的直接机械连接，在电控单元的控制下，踏板之间的直接机械连接，在电控单元的控制下，可实现节气门开度的快速精确控制。

相对于传统可实现节气门开度的快速精确控制。

相对于传统的机械式节气门，电子节气门系统能根据驾驶人的机械式节气门，电子节气门系统能根据驾驶人的需求愿望以及整车各种行驶状况确定节气门的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，最佳开度，保证车辆最佳的动力性和燃油经济性，并能够为防抱死制动系统并能够为防抱死制动系统（ABS）（ABS）、滑移率控制、滑移率控制（ASR）（ASR）、牵引力控制、牵引力控制（TRC）（TRC）、巡航控制、巡航控制（CCS）（CCS）等控制等控制功能的实现奠定基础，从而提高安全性和乘坐舒功能的实现奠定基础，从而提高安全性和乘坐舒适性。

适性。

5电子节气门的分类电子节气门的分类1.1.电液式节气门电液式节气门电液式节气门大多数应用在有液压系统的工程机械中。

电液式节气门大多数应用在有液压系统的工程机械中。

它具有结构简单、成本低、驱动力大、功耗低等特点，它具有结构简单、成本低、驱动力大、功耗低等特点，其电液控制的转换主要通过高速开关数字阀实现，控其电液控制的转换主要通过高速开关数字阀实现，控制精度高，对液压油没有太高的要求。

但是由于液压制精度高，对液压油没有太高的要求。

但是由于液压系统存在供油压力波动，液压执行机构之间的摩擦力系统存在供油压力波动，液压执行机构之间的摩擦力以及阀所具有的启闭特性等方面的影响，其位置响应以及阀所具有的启闭特性等方面的影响，其位置响应不精确，速度响应慢。

因此，电液式节气门很少应用不精确，速度响应慢。

因此，电液式节气门很少应用在汽车上。

在汽车上。

2.2.线性电磁铁式节气门线性电磁铁式节气门电磁铁式节气门用比例电磁铁作为控制器。

它用电磁电磁铁式节气门用比例电磁铁作为控制器。

它用电磁力作为驱动力，其中控制信号为电流信号，具有结构力作为驱动力，其中控制信号为电流信号，具有结构简单、体积小、控制方便、响应速度快、稳态精度高简单、体积小、控制方便、响应速度快、稳态精度高等优点，但它的最大作用力受到线圈匝数和最大工作等优点，但它的最大作用力受到线圈匝数和最大工作电流的限制，且在一定的工作负荷下所需的电功耗相电流的限制，且在一定的工作负荷下所需的电功耗相对较大。

因此，线性电磁式节气门很少在汽车上应用。

对较大。

因此，线性电磁式节气门很少在汽车上应用。

673.3.步进电动机式节气门步进电动机式节气门步进电动机式节气门通过步进电动机直接驱动节气门步进电动机式节气门通过步进电动机直接驱动节气门轴实现节气门的开度控制。

驱动步进电动机通常采用轴实现节气门的开度控制。

驱动步进电动机通常采用桥式电路结构，控制单元通过发出的脉冲个数、频率桥式电路结构，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动机进行控制。

步进电动机和方向控制电平对步进电动机进行控制。

步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的优点，但它的控具有结构简单、可靠性高和成本低的优点，但它的控制精度不高。

因此，步进电动机式节气门也较少在汽制精度不高。

因此，步进电动机式节气门也较少在汽车上应用。

车上应用。

4.4.直流伺服电动机式节气门直流伺服电动机式节气门直流伺服电动机采用直流伺服电动机采用PWMPWM技术，其特点是频率高，效率技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。

控制单元通过调节高，功率密度高，可靠性高。

控制单元通过调节PWMPWM信信号的占空比来控制直流电动机转角的大小。

此外，电号的占空比来控制直流电动机转角的大小。

此外，电动机输出转矩和动机输出转矩和PWMPWM信号的占空比成正比。

由于这些优信号的占空比成正比。

由于这些优点，直流伺服电动机广泛应用于电子节气门的控制。

点，直流伺服电动机广泛应用于电子节气门的控制。

89二、电子节气二、电子节气门技术的发展门技术的发展该系统主要由加该系统主要由加速踏板、加速踏速踏板、加速踏板位置传感器、板位置传感器、节气门控制单元、节气门控制单元、数据总线、执行数据总线、执行器、节气门位置器、节气门位置传感器和节气门传感器和节气门机构等部分组成。

机构等部分组成。

10工作时，驾驶人操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相工作时，驾驶人操纵加速踏板，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，以消除电磁干扰，然后根据当前的工作模式、信号进行滤波，以消除电磁干扰，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶人意图，计算出对发动机转矩踏板移动量和变化率解析驾驶人意图，计算出对发动机转矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。

经过的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。

经过CANCAN总线和其他控制单元进行通信，获取其他工况信息以及各种总线和其他控制单元进行通信，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、挡位、节气门位置、空调系统能传感器信号如发动机转速、挡位、节气门位置、空调系统能耗等，由此计算出整车所需求的全部转矩，通过对节气门转耗等，由此计算出整车所需求的全部转矩，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，驱动控制电动机使节气门达到压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电动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。

反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。

11目前，电子节气门技术的发展趋势为：

目前，电子节气门技术的发展趋势为：

在控制策略上由线性控制发展为非线性控制，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统，从单一的控制功能发展到集成多种控制功能。

能。

121.可选工作模式可选工作模式正常模式：

大多数驾驶条件下。

正常模式：

大多数驾驶条件下。

动力模式：

需要强大功率时。

动力模式：

需要强大功率时。

雪地模式：

维持最大操控性，减少轮胎打雪地模式：

维持最大操控性，减少轮胎打滑。

滑。

132.2.集成多种控制功能集成多种控制功能对电子节气门系统实现非线性伺服控制，主要的控制功能对电子节气门系统实现非线性伺服控制，主要的控制功能有：

有：

牵引控制：

发动机正常进气控制。

牵引控制：

发动机正常进气控制。

怠速控制怠速控制（ISC）（ISC）：

由节气门控制电动机控制节气门开度来完成。

：

由节气门控制电动机控制节气门开度来完成。

减少换挡冲击控制：

自动变速器模拟节气门开度选择传动比，实减少换挡冲击控制：

自动变速器模拟节气门开度选择传动比，实现自动换挡。

现自动换挡。

节气门回位控制节气门回位控制（TRC）（TRC）：

在驱动轮产生过大打滑量的情况下，节气：

在驱动轮产生过大打滑量的情况下，节气门控制单元根据驾驶情况发出指令信号控制电动机关闭节气门，门控制单元根据驾驶情况发出指令信号控制电动机关闭节气门，以利于保证汽车的稳定性和驱动力。

以利于保证汽车的稳定性和驱动力。

车辆稳定控制车辆稳定控制（VSC）（VSC）系统协调控制：

根据系统协调控制：

根据ABSABS和和TRCTRC等的信号由节气等的信号由节气门控制单元施加协调控制来控制节气门开度，使门控制单元施加协调控制来控制节气门开度，使VSCVSC系统达到最佳系统达到最佳状态。

状态。

巡航控制：

车速由节气门控制电动机控制节气门来实现车速控制。

巡航控制：

车速由节气门控制电动机控制节气门来实现车速控制。

143.3.监视系统及失效保护监视系统及失效保护为了行车安全，增强系统可靠性，电子节气门系为了行车安全，增强系统可靠性，电子节气门系统控制需要有强大的故障检测功能。

电子节气门统控制需要有强大的故障检测功能。

电子节气门系统可持续地监视各种信号及工作状况，并及时系统可持续地监视各种信号及工作状况，并及时做出适当的反应。

如第二代做出适当的反应。

如第二代DelphiDelphi电子节气门系电子节气门系统中，其安全特色之一是使用两个加速踏板位置统中，其安全特色之一是使用两个加速踏板位置传感器和两个节气门位置传感器，两者可相互监传感器和两个节气门位置传感器，两者可相互监测，即使其中有一个传感器出错，系统也能正常测，即使其中有一个传感器出错，系统也能正常工作。

系统诊断检测包括检查工作。

系统诊断检测包括检查CPUCPU在内的所有部件，在内的所有部件，若有故障，则进行备份并进入安全运行模式若有故障，则进行备份并进入安全运行模式（如性如性能限制模式、强制怠速模式以及发动机关闭模式能限制模式、强制怠速模式以及发动机关闭模式等等）。

15三、电子节气门技术的实际应用三、电子节气门技术的实际应用1.1.丰田的丰田的ETCS-IETCS-I主要由节气门位置传感器、加速踏板位置传感器、节气门主要由节气门位置传感器、加速踏板位置传感器、节气门驱动电动机、其他传感器、执行器和节气门控制单元组成。

驱动电动机、其他传感器、执行器和节气门控制单元组成。

16驾驶人踩下加速踏板时，传感器的滑动触头随踏驾驶人踩下加速踏板时，传感器的滑动触头随踏板轴转动，其输出电压与节气门的开度成正比，板轴转动，其输出电压与节气门的开度成正比，在加速踏板踩下的全程范围内，可向节气门控制在加速踏板踩下的全程范围内，可向节气门控制单元输出单元输出0-5V0-5V的电压。

为了确保可靠性，采用双的电压。

为了确保可靠性，采用双系统输出，即安装了两个线性传感器，具有两个系统输出，即安装了两个线性传感器，具有两个不同输出特性的输出信号，其中不同输出特性的输出信号，其中VPA1VPA1信号指示加信号指示加速踏板的实际开度，用于发动机的控制，速踏板的实际开度，用于发动机的控制，VPA2VPA2信信号则用于号则用于VPA1VPA1传感器的故障检测。

传感器的故障检测。

17ETCS-iETCS-i智能电子节气门的控制功能如下：

智能电子节气门的控制功能如下：

（1）

（1）正常模式非线性控制正常模式非线性控制通过控制节气门，调整到适合加速踏板作用力和发动通过控制节气门，调整到适合加速踏板作用力和发动机转速等驾驶条件的最佳节气门角度，从而实现优异机转速等驾驶条件的最佳节气门角度，从而实现优异的节气门控制性能和所有工作范围内的舒适操作。

的节气门控制性能和所有工作范围内的舒适操作。

（2）

（2）怠速控制怠速控制当驾驶人松开加速踏板时，可根据加速踏板位置传感当驾驶人松开加速踏板时，可根据加速踏板位置传感器信号判定发动机进入怠速工况，再根据温度信号、器信号判定发动机进入怠速工况，再根据温度信号、发动机负荷等控制节气门开度，保持发动机在理想的发动机负荷等控制节气门开度，保持发动机在理想的怠速状态。

怠速状态。

（3）（3）牵引力节气门控制牵引力节气门控制防滑控制单元根据轮速和车速信号，判定驱动车轮出防滑控制单元根据轮速和车速信号，判定驱动车轮出现打滑现象，及时控制节气门电动机，关小节气门开现打滑现象，及时