第六章电子节气门技术教学文稿

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• 2.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 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 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 对较大。因此，线性电磁式节气门很少在汽车上应用。
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• 三、电子节气门技术的实际应用 • 1.丰田的ETCS-I • 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。
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• 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， 在加速踏板踩下的全程范围内，可向节气门控制 单元输出0-5V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 不同输出特性的输出信号，其中VPA1信号指示 加速踏板的实际开度，用于发动机的控制， VPA2信号则用于VPA1传感器的故障检测。
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， 以利于保证汽车的稳定性和驱动力。 – 车辆稳定控制(VSC)系统协调控制：根据ABS和TRC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VSC系统达 到最佳状态。 – 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。
• 该系统主要由加 速踏板、加速踏 板位置传感器、 节气门控制单元、 数据总线、执行 器、节气门位置 传感器和节气门 机构等部分组成。
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• 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 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 的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。经过 CAN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 信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。
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• 电子节气门的分类 • 1.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。 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 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 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 在汽车上。
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• ETCS-i智能电子节气门的控制功能如下： • (1)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 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。
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• 3.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 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 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 制精度不高。因此，步进电动机式节气门也较少在汽 车上应电子节气门系统实现非线性伺服控制，主要的控制功能
有：
– 牵引控制：发动机正常进气控制。 – 怠速控制(ISC)：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
现自动换挡。 – 节气门回位控制(TRC)：在驱动轮产生过大打滑量的情况下，节
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• 4.直流伺服电动机式节气门
– 直流伺服电动机采用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 PWM信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PWM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。
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• 二、电子节气 门技术的发展
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• 3.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 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 做出适当的反应。如第二代Delphi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 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 工作。系统诊断检测包括检查CPU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 (如性能限制模式、强制怠速模式以及发动机关闭 模式等)。
第六章电子节气门技术
• 电子节气门技术的研究始于20世纪70年代 后期，80年代开始问世。90年代开始应用。
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• 一、电子节气门技术
• 所谓电子节气门(Electronic Throttle Control， ETC)，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 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 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(ABS)、滑移率控制 (ASR)、牵引力控制(TRC)、巡航控制(CCS)等控 制功能的实现奠定基础，从而提高安全性和乘坐 舒适性。
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• 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， 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。
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• 1.可选工作模式 • 正常模式：大多数驾驶条件下。 • 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