汽车电子节气门控制系统实验台架设计与开发
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传统的怠速控制通常是由步进电机改变怠速旁通阀的进气量来实 现的，而在电子节气门系统中，取消了传统的旁通怠速控制阀，ＥＣＵ 采集 传感器信号，在怠速工况下直接控制电子节气门的开度来获得最佳的怠
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崔宏巍 汽车电子节气门控制系统实验台架设计与开发
速转速，节气门是根据实际怠速值与规定怠速值的偏差来开启或关闭。 这两种方式的怠速控制比较如图 ３ 所示。 １．２ 牵引力控制
科技情报开发与经济
ＳＣＩ／ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＆ ＥＣＯＮＯＭＹ
２００５ 年 第 １５ 卷 第 １６ 期
文章编号：１００５－ ６０３３（２００５）１６－ ０２７６－ ０２
收稿日期：２００５－ ０７－ ２７
汽车电子节气门控制系统实验台架设计与开发
崔宏巍
（深圳职业技术学院汽车工程系，广东深圳，５１８０５５）
在牵引力控制系统中，电子节气门起到非常重要的作用，它可以对 牵引力进行精细的控制，保证在车轮不打滑情况下，对发动机输出动力 的调节更加容易，这样就可以避免驾车者的误操作。本试验台架中，通过 两个可以调整的伺服电机来带动齿盘旋转，模拟汽车左右车轮的变化， 实现牵引力的控制。在实验台架中的牵引力控制、车速模拟如图 ４ 所示。
３ 结语
随着技术的飞速发展，我国排放法规的逐渐严格以及电子节气门成
图 ５ 故障模拟功能 本的下降，越来越多的车辆将装配该系统，电子节气门系统对提高车辆的 控制性能，减小油耗及排放，实现发动机精确控制具有非常重要的作用，电 子节气门必将有广阔的市场前景。因此，对于此系统的研究也具有重要的 意义。本文自行设计的电子节气门控制单元与实验台架，在设计与匹配过 程中，从控制性能的多方面进行考虑，方案可行，结构合理，性能良好，在整 个试验过程中，电控系统工作稳定、可靠，表明软件与硬件的设计是合理 的。试验结果也表明了此控制系统的正确性和合理性，本项目的开发，可以 为提高汽车发动机的性能提供技术基础，也为专业教学提供了一种非常实 用的方法和平台。总之，本文所设计的新型汽车电子节气门控制系统实验 台架，具有以下方面的应用：系统可以为各种先进控制方法在汽车发动机 中的应用提供实施的平台，深入研究电子节气门控制方法，有助于汽车电 控系统的自主开发、设计与维修。本控制系统可以作为一套完整的示教工 具，演示电子节气门的结构和工作原理，并且可以进行故障模拟，故障排 除，用于汽车、自动控制等专业的教学与实验。
摘 要：电子节气门是一种柔性控制系统，其优点是可以根据驾驶员愿望以及排放、油
耗和安全需求确定节气门的最佳开度，满足日益严格的汽车尾气排放标准和经济性要
求。研究了汽车发动机电子节气门控制系统，论述了电子节气门控制系统实验台架的
设计方法。
关键词：电子节气门；发动机；实验台架；微控制器
中图分类号：Ｕ４６４
（责任编辑：薛培荣） ───────────────
第一作者简介：崔宏巍，男，１９７４ 年 ８ 月生，２００３ 年毕业于东南大学 仪器科学与工程系（工学博士），讲师，深圳职业技术学院汽车工程系，广 东省深圳市西丽湖，５１８０５５．
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ Ｂｅｎｃｈ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒ ｏｎｉｃ Ｔｈｒ ｏｔｔｌｅ Ｃｏｎｔｒ ｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
参考文献 ［１］ 陶国良．电子节气门技术的发展现状及趋势［Ｊ］．车用发动机，２００３ （８）：１－ ５． ［２］ 冯能莲．电子节气门控制系统研究［Ｊ］．汽车技术，２００４（１）：１－ ４． ［３］ 刘振军． 现代轿车电子节气门系统及其控制 ［Ｊ］． 汽车技术，２００４ （３）：１３－ １６． ［４］ 尹叶舟．基于 ＤＳＰ 的电子节气门控制器的研究［Ｊ］．武汉理工大学学 报，２００３（１０）：３１－ ３４． ［５］ 王幸之．单片机应用系统抗干扰技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学 出版社，２０００．
本文完成的电子节气门控制系统实验台架如图 ２ 所示，系统将实车 中实际应用的加速踏板、制动踏板、踏板位置传感器、电子节气门、曲轴 位置传感器、车速传感器、温度传感器、方向盘、仪表盘等多个零部件安 装整合在一个自行设计的实验台架上，并且通过伺服电机驱动齿盘旋转 提供发动机转速及车速信号，自主开发发动机电子节气门控制单元 （ＥＣＵ），可以模拟实现汽车的怠速控制、牵引力控制、巡航控制以及换档 控制。 １．１ 怠速控制
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电子节气门可以进一步改善发动机的经济和排放性能，随着我国汽 车工业的快速发展，需要对电子节气门相关技术进行细致和深入的研 究，应用先进的计算机、电子技术和现代控制理论等最新成果，开发新一 代的汽车控制系统，大幅度提高汽车的动力性、经济性、排放性等综合性 能。
１ 汽车电子节气门控制系统构建
在传统汽车发动机节气门系统中，油门踏板和节气门之间是刚性连 接，操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接加速踏板，另一端 连接节气门连动板而工作。这种传统机械式油门开度完全受控于加速踏 板开度，即取决于驾驶员的操作，所以并不总是在最佳运行状态，它的应 用也受到了很多限制，并且缺乏精确性。在汽车电子技术和计算机技术 飞速发展的情况下，电子节气门应运而生。与传统节气门相比，电子节气 门明显的优点是可以用线束来代替拉索或者拉杆，在节气门旁边安装一 只微型直流电动机，用电动机来驱动节气门开度，即所谓的“导线驾驶”， 用导线代替了原来的机械传动机构，可以根据加速踏板移动量及其变化 率解析驾驶意图，获取节气门转角的基本期望值，并且通过采集各种传 感器信号，得到当前发动机工况参数信息，经过控制器的运算和处理，发 出指令，驱动电子节气门，使节气门开度在各种工况下处于最佳状态，由 此获得优良的发动机性能。这两种节气门结构比较如图 １ 所示。
ＣＵＩ Ｈｏｎｇ－ｗｅｉ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗｉｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ， ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂｅｎｃｈ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ’ｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ； ｅｎｇｉｎｅ； ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂｅｎｃｈ ； ｍｉｃｒｏ－ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
本刊 Ｅ－ ｍａｉｌ5ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 经验交流
图 ４ 车速模拟 １．３ 巡航控制百度文库
在巡航运行模式下，车速传感器将车速信号输入 ＥＣＵ，ＥＣＵ 输出指 令驱动伺服电机，控制节气门开度。在此系统中，根据行驶阻力的变化由 控制系统自动调节发动机节气门开度，可以使行驶车速保持稳定。 １．４ 换挡控制
电子节气门控制系统主要由加速踏板、踏板位置传感器、ＥＣＵ（电控 单元）、电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在加速踏板内 部，随时监测加速踏板的位置。当监测到踏板高度位置有变化，会立即将 此信息送往 ＥＣＵ，ＥＣＵ 对该信息和其他系统传来的数据信息进行运算处 理，计算出一个最佳的控制信号，通过驱动模块传送给电机，电机驱动节 气门执行机构。由于电子节气门系统是通过 ＥＣＵ 来调整节气门的，因此 电子节气门系统可以设置各种参数来改善驾驶的安全性和舒适性，其中 最常见的就是怠速控制，牵引力控制、巡航控制和换档控制。
在自动变速器汽车中，电子节气门通过采集换挡信号，调整节气门开 度，节气门控制与变速器控制同步，可以减少换挡冲击，实现自动换挡。
２ 实验台架故障模拟功能的开发
本系统可以作为一套完整的实验和开发工具，可演示电子节气门的 结构和工作原理，并且可以在此基础上进行故障模拟，故障排除，用于汽 车、自动控制等专业的教学与实验。故障模拟功能是通过人机交互的 ＬＣＤ 液晶显示屏与按键完成的，具体内容包括：读取故障码，清除故障 码，执行器动作，设置硬故障、软故障模拟，波形显示等。操作者通过简洁 的人机交互界面，就可以对电子节气门控制系统中的各种传感器、执行 器完成故障模拟的设置，学生可以在此基础上练习故障排除，并且能够 利用波形显示观察各种传感器的信号输出变化情况，有助于深入理解和 掌握电子节气门及其控制系统的工作原理，提高学生开发和维修先进电 子控制系统的能力。故障模拟功能如图 ５ 所示。
文献标识码：Ａ
汽车发展至今已经进入计算机与电子化时代，越来越多的部件需要 电子控制来优化汽车整体性能。从基本的电控燃油喷射，点火系统微机 控制，到电控节气门，可变配气定时以及缸内直喷，稀燃技术等，汽车发 动机管理系统已经越来越复杂化和智能化，它需要对各个子系统进行综 合控制，并且应用现代控制领域的先进成果，结合汽车发动机的燃烧理 论，改进和优化发动机本身结构，使汽车发动机的排放性、经济性与功 率、扭矩、噪声等综合性能得到进一步的提高。
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崔宏巍 汽车电子节气门控制系统实验台架设计与开发
速转速，节气门是根据实际怠速值与规定怠速值的偏差来开启或关闭。 这两种方式的怠速控制比较如图 ３ 所示。 １．２ 牵引力控制
科技情报开发与经济
ＳＣＩ／ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＆ ＥＣＯＮＯＭＹ
２００５ 年 第 １５ 卷 第 １６ 期
文章编号：１００５－ ６０３３（２００５）１６－ ０２７６－ ０２
收稿日期：２００５－ ０７－ ２７
汽车电子节气门控制系统实验台架设计与开发
崔宏巍
（深圳职业技术学院汽车工程系，广东深圳，５１８０５５）
在牵引力控制系统中，电子节气门起到非常重要的作用，它可以对 牵引力进行精细的控制，保证在车轮不打滑情况下，对发动机输出动力 的调节更加容易，这样就可以避免驾车者的误操作。本试验台架中，通过 两个可以调整的伺服电机来带动齿盘旋转，模拟汽车左右车轮的变化， 实现牵引力的控制。在实验台架中的牵引力控制、车速模拟如图 ４ 所示。
３ 结语
随着技术的飞速发展，我国排放法规的逐渐严格以及电子节气门成
图 ５ 故障模拟功能 本的下降，越来越多的车辆将装配该系统，电子节气门系统对提高车辆的 控制性能，减小油耗及排放，实现发动机精确控制具有非常重要的作用，电 子节气门必将有广阔的市场前景。因此，对于此系统的研究也具有重要的 意义。本文自行设计的电子节气门控制单元与实验台架，在设计与匹配过 程中，从控制性能的多方面进行考虑，方案可行，结构合理，性能良好，在整 个试验过程中，电控系统工作稳定、可靠，表明软件与硬件的设计是合理 的。试验结果也表明了此控制系统的正确性和合理性，本项目的开发，可以 为提高汽车发动机的性能提供技术基础，也为专业教学提供了一种非常实 用的方法和平台。总之，本文所设计的新型汽车电子节气门控制系统实验 台架，具有以下方面的应用：系统可以为各种先进控制方法在汽车发动机 中的应用提供实施的平台，深入研究电子节气门控制方法，有助于汽车电 控系统的自主开发、设计与维修。本控制系统可以作为一套完整的示教工 具，演示电子节气门的结构和工作原理，并且可以进行故障模拟，故障排 除，用于汽车、自动控制等专业的教学与实验。
摘 要：电子节气门是一种柔性控制系统，其优点是可以根据驾驶员愿望以及排放、油
耗和安全需求确定节气门的最佳开度，满足日益严格的汽车尾气排放标准和经济性要
求。研究了汽车发动机电子节气门控制系统，论述了电子节气门控制系统实验台架的
设计方法。
关键词：电子节气门；发动机；实验台架；微控制器
中图分类号：Ｕ４６４
（责任编辑：薛培荣） ───────────────
第一作者简介：崔宏巍，男，１９７４ 年 ８ 月生，２００３ 年毕业于东南大学 仪器科学与工程系（工学博士），讲师，深圳职业技术学院汽车工程系，广 东省深圳市西丽湖，５１８０５５．
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ Ｂｅｎｃｈ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒ ｏｎｉｃ Ｔｈｒ ｏｔｔｌｅ Ｃｏｎｔｒ ｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
参考文献 ［１］ 陶国良．电子节气门技术的发展现状及趋势［Ｊ］．车用发动机，２００３ （８）：１－ ５． ［２］ 冯能莲．电子节气门控制系统研究［Ｊ］．汽车技术，２００４（１）：１－ ４． ［３］ 刘振军． 现代轿车电子节气门系统及其控制 ［Ｊ］． 汽车技术，２００４ （３）：１３－ １６． ［４］ 尹叶舟．基于 ＤＳＰ 的电子节气门控制器的研究［Ｊ］．武汉理工大学学 报，２００３（１０）：３１－ ３４． ［５］ 王幸之．单片机应用系统抗干扰技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学 出版社，２０００．
本文完成的电子节气门控制系统实验台架如图 ２ 所示，系统将实车 中实际应用的加速踏板、制动踏板、踏板位置传感器、电子节气门、曲轴 位置传感器、车速传感器、温度传感器、方向盘、仪表盘等多个零部件安 装整合在一个自行设计的实验台架上，并且通过伺服电机驱动齿盘旋转 提供发动机转速及车速信号，自主开发发动机电子节气门控制单元 （ＥＣＵ），可以模拟实现汽车的怠速控制、牵引力控制、巡航控制以及换档 控制。 １．１ 怠速控制
２７７
电子节气门可以进一步改善发动机的经济和排放性能，随着我国汽 车工业的快速发展，需要对电子节气门相关技术进行细致和深入的研 究，应用先进的计算机、电子技术和现代控制理论等最新成果，开发新一 代的汽车控制系统，大幅度提高汽车的动力性、经济性、排放性等综合性 能。
１ 汽车电子节气门控制系统构建
在传统汽车发动机节气门系统中，油门踏板和节气门之间是刚性连 接，操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接加速踏板，另一端 连接节气门连动板而工作。这种传统机械式油门开度完全受控于加速踏 板开度，即取决于驾驶员的操作，所以并不总是在最佳运行状态，它的应 用也受到了很多限制，并且缺乏精确性。在汽车电子技术和计算机技术 飞速发展的情况下，电子节气门应运而生。与传统节气门相比，电子节气 门明显的优点是可以用线束来代替拉索或者拉杆，在节气门旁边安装一 只微型直流电动机，用电动机来驱动节气门开度，即所谓的“导线驾驶”， 用导线代替了原来的机械传动机构，可以根据加速踏板移动量及其变化 率解析驾驶意图，获取节气门转角的基本期望值，并且通过采集各种传 感器信号，得到当前发动机工况参数信息，经过控制器的运算和处理，发 出指令，驱动电子节气门，使节气门开度在各种工况下处于最佳状态，由 此获得优良的发动机性能。这两种节气门结构比较如图 １ 所示。
ＣＵＩ Ｈｏｎｇ－ｗｅｉ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗｉｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ， ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂｅｎｃｈ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ’ｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｈｒｏｔｔｌｅ； ｅｎｇｉｎｅ； ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂｅｎｃｈ ； ｍｉｃｒｏ－ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
本刊 Ｅ－ ｍａｉｌ5ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 经验交流
图 ４ 车速模拟 １．３ 巡航控制百度文库
在巡航运行模式下，车速传感器将车速信号输入 ＥＣＵ，ＥＣＵ 输出指 令驱动伺服电机，控制节气门开度。在此系统中，根据行驶阻力的变化由 控制系统自动调节发动机节气门开度，可以使行驶车速保持稳定。 １．４ 换挡控制
电子节气门控制系统主要由加速踏板、踏板位置传感器、ＥＣＵ（电控 单元）、电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在加速踏板内 部，随时监测加速踏板的位置。当监测到踏板高度位置有变化，会立即将 此信息送往 ＥＣＵ，ＥＣＵ 对该信息和其他系统传来的数据信息进行运算处 理，计算出一个最佳的控制信号，通过驱动模块传送给电机，电机驱动节 气门执行机构。由于电子节气门系统是通过 ＥＣＵ 来调整节气门的，因此 电子节气门系统可以设置各种参数来改善驾驶的安全性和舒适性，其中 最常见的就是怠速控制，牵引力控制、巡航控制和换档控制。
在自动变速器汽车中，电子节气门通过采集换挡信号，调整节气门开 度，节气门控制与变速器控制同步，可以减少换挡冲击，实现自动换挡。
２ 实验台架故障模拟功能的开发
本系统可以作为一套完整的实验和开发工具，可演示电子节气门的 结构和工作原理，并且可以在此基础上进行故障模拟，故障排除，用于汽 车、自动控制等专业的教学与实验。故障模拟功能是通过人机交互的 ＬＣＤ 液晶显示屏与按键完成的，具体内容包括：读取故障码，清除故障 码，执行器动作，设置硬故障、软故障模拟，波形显示等。操作者通过简洁 的人机交互界面，就可以对电子节气门控制系统中的各种传感器、执行 器完成故障模拟的设置，学生可以在此基础上练习故障排除，并且能够 利用波形显示观察各种传感器的信号输出变化情况，有助于深入理解和 掌握电子节气门及其控制系统的工作原理，提高学生开发和维修先进电 子控制系统的能力。故障模拟功能如图 ５ 所示。
文献标识码：Ａ
汽车发展至今已经进入计算机与电子化时代，越来越多的部件需要 电子控制来优化汽车整体性能。从基本的电控燃油喷射，点火系统微机 控制，到电控节气门，可变配气定时以及缸内直喷，稀燃技术等，汽车发 动机管理系统已经越来越复杂化和智能化，它需要对各个子系统进行综 合控制，并且应用现代控制领域的先进成果，结合汽车发动机的燃烧理 论，改进和优化发动机本身结构，使汽车发动机的排放性、经济性与功 率、扭矩、噪声等综合性能得到进一步的提高。