汽车电子油门系统概述

汽车电子油门系统概述

张小兵

吉利汽车前瞻技术研究部，上海枫泾 201501

【摘要】本文首先介绍了电子油门系统的由来、发展过程，然后介绍了油门类型，结构原理，优点，节气门特性，最后说明了国内外油门系统的发展现状。

【关键词】汽车电子油门系统

Overview of automotive electronic throttle system

Xiao Bing Zhang

Geely Automobile Prospective technology research department; Fengjing, Shanghai 201501

Abstract:This paper first introduces the origin and development of electronic throttle system, and then introduces the throttle type, structure principle, advantages, throttle characteristics, and finally describes the development of throttle system at home and abroad.

Key words：Automobile Electronic throttle system

1 引言

自从1886年1月26日，德国人Benz（奔茨）发明的第一辆三轮汽车问世以来，汽车工业飞速发展。随着全国千人汽车保有量的大幅上升，人们对这种交通工具的依赖性越来越强，汽车也对人们的日常生活、社会的经济产生着直接而又重要的影响。汽车工业的发展已经被认为是一个国家工业化水平高低的重要标志。而且随着时代的进步，科学技术的发展，人类对汽车性能的要求在日益提高，除了满足人们的基本使用要求之外，人们对汽车的节能、环保、安全性和舒适性等方面提出了更高标准的要求。根据目前的发展状况，可以预测，安全性、舒适性、燃油的经济性、少公害将会成为汽车工业今后发展的主要着眼点。

目前绝大多数汽车在长距离的高速公里行驶时，驾驶员的脚需要始终踏在油门踏板上，就是说，驾驶员的脚必须长时间保持一种几乎固定的、用力的姿势，这样他们的驾驶舒适性就无从谈起。由于长时间保持一种姿势，非常容易产生疲劳。而且，在长时间驾驶后，如果突然产生紧急情况，驾驶员的脚可能由于麻木而不听使唤，难以及时完成相应的应急动作。在路面状况发生变化时，需要操纵车辆操作构件采取应急措施，如加速、减速、转向等，从而驾驶员在整个过程中，必须保持清醒的头脑、集中精力。而人类在集中精力干一件事情的时间长短都有个极限，超过了这个极限就有可能产生疲劳或有差错发生。从这一点来考虑，驾驶的安全性也不高，再加上驾驶员非职业化、车辆密集化和车辆高速化，则更对车辆的安全性能提出高要求，交通安全问题也随之日益突出。因此提高汽车行驶的安全性、舒适性势在必行。车辆在雨雪天等特殊气候条件下运行，由于路面的附着系数减少，极大地影响了汽车的制动性能，致使制动距离延长，尤其是在紧急制动时，会发生侧滑，严重时会掉头旋转。如果是在有车辙的雪路上行驶，左右轮分别行驶在雪地上和露出的地面上，产生剧烈旋转的危险性更大。此时若紧急制动，车辆的方向就失去控制；而如果是弯道，车辆则可能沿切线从路边滑

出或闯入对面的车道。另外，当车辆在高速行驶时，驾驶员对前面突然出现的障碍物恐怕也难以很快地做出制动的反应，这也是酿成交通事故的重大隐患之一。因此，开发出实现自动减小节气门开度的电子控制系统，可有效地缩短制动距离，使驾驶员从人车环境的闭环系统中解放出来，保障交通和人身的安全。

2 电子油门系统的由来及发展过程

早期的机械式油门，加速踏板与节气门阀片是通过拉线机械连杆连接在一起的，通过踏板直接控制节气门的开度，它不能实现对节气门开度的自动控制，而是严格服从驾驶员意图及其操作，早期的机械式节气门比较简单，如图1，没有传感器装置。随着电子技术和传感器技术的发展，为了实现对发动机的综合控制，在机械式油门上加装了节气门位置传感器，将节气门开度信号传递给发动机控制单元。目前车辆上使用的机械式节气门基本上都装有这种节气门位置传感器，老式的机械连接节气门已经逐步被淘汰。

图1传统油门结构简图

电子节气门取消了传统加速踏板与节气门阀片之间的拉线连接，采用电机或执行器驱动节气门。驾驶员的意图通过加速踏板位置传感器传送给发动机或动力系统的电控单元ECU。ECU 发出指令给节气门驱动执行器，实现对节气门开度的控制。这种控制方式是间接的，即电子节气门。

汽车从诞生到上世纪80年代中期，一直使用的是传统的机械式节气门；随着汽车电子技术的日益发展和对汽车性能要求的提高，上世纪80年代中后期，出现第一台电子节气门，应用在德国宝马公司生产的BMW 750iL顶级轿车上。从电子节气门的诞生到现在，由于电子节气门控制系统的技术和成本要求都比较高，因此只应用在各大汽车公司生产的高级轿车上，如奔驰，BMW以及德国大众的奥迪系列等。随着能源问题的日益严重和环保要求的提高，以及控制技术的日益成熟，电子节气门将越来越广泛地应用在各种级别的汽车上，这将是大势所趋。

目前国外各大汽车生产厂商和零部件生产商都在从事电子节气门技术的开发研究，其中德国Bosch公司和美国的珍址公司在该项研究上处于领先地位，其产品已经开始市场化、系列化。

经过近20年的发展，电子节气门可以实现的功能越来越强大，现在已经能够实现对车辆的巡航控制、怠速控制、自适应巡航控制等不同工况下发动机的控制要求。作为当代最先进发动机管理系统的代表Bosch发动机管理系统和Delphi发动机管理系统，电子节气门装置已成为它们不可或缺的装置。

电子节气门产品最早用于重载卡车、赛车上，后转向轿车。其中在高档轿车中应用较多，如在宝马、奔驰、奥迪、丰田、沃尔沃、凌志等系列轿车中得到了广泛的应用；现在已逐步推广到中档轿车上，像上海大众的波罗、帕萨特就采用了电子节气门，上海通用别克也准备采用电子节气门。值得一提的是，国内第一辆柴油机轿车，一汽-大众捷达柴油车就采用了电子节气门系统，因此可以说电子节气门产品将会有一个非常广泛的市场。

3 油门类型

电子式节气门按节气门驱动执行器可分为：电液式，线性电磁铁式，真空膜片式，步进电机式，直流电机式。

电液式节气门，一般应用在有液压源的车辆中，采用电液式驱动器作为节气门执行器，具有结构简单，成本低廉，驱动力大，耐受环境温度能力强等特点。但由于液压系统存在供油压力波动，油的粘度随油温度而变化，以及控制阀的启闭特性，负载的惯性质量，液压执行机构的摩擦力等因素的影响，

因此系统的响应较之步进电机