探究汽车电子节气门控制策略

郭娅红

摘要：本文简单分析了汽车节气门控制应用现状，阐述了ETC控制系统的工作原理以及应用优势，介绍了电液式、步进电机、伺服电机三种常见的节气门控制技术，对ETC控制系统控制策略进行了说明。

关键词：汽车;电子节气门;控制策略

0  引言

从汽车的电子驱动原理出发，衍生出新型的电子产品，即汽车电子节气门（下文简称“ETC”），控制过程利用传感器、电控单元等，精准控制ETC开度。当前，在汽车的稳定性、驱动防滑、变速控制等多个控制系统当中都会使用ETC技术，调整节气门为最佳的状态，保证车辆的行驶安全。

1  汽車节气门控制应用现状

传统上使用机械式的节气门控制系统，驾驶员只需脚踏加速踏板，转动节气门拉锁阀片，就能对发动机进气量实现控制。此系统结构相对简单，同时维修成本较低，但是机械控制方式，需要依赖驾驶人员主观意识展开操作，难以按照汽车实际的工况做出控制策略的调整。一旦汽车负荷增加、路况发生变化时，难以将节气门开度进行灵活转变，降低汽车使用性能，导致燃料不能充分燃烧，增加有害气体向大气中的排量。

2  汽车电子节气门系统工作原理和应用优势

2.1 工作原理

ETC系统工作时，程序较为复杂，由加速踏板中的传感器接收信号，将其传递到控制单元当中展开分析和计算，输出节气门预期的开度值，将此值和节气门位置处传感器反馈结果展开对比，完成电机启动，优化节气门的开度控制。从系统工作本质角度讲，ETC控制系统在整个控制流程主要通过闭环反馈方式进行，即便车辆系统存在故障，仍然能够保证系统监视功能，保证车辆稳定行驶。

2.2 应用优势

应用ETC控制系统时，其控制性能较强，主要有以下三方面优势：第一，利用“行车电脑”（或称为ECU）识别传感器信号、工况信息等，并展开处理，之后计算出节气门的开度，最后利用驱动电机对节气门展开控制，保持油门的开启角度处于最优标准。第二，ETC系统对环境的适应性能较强，可在不同情况下控制“空燃比”，保证车辆能动性。使用该系统控制技术，可有效降低汽车行驶环节产生的废气，降低能源消耗，提升发动机性能。第三，ETC系统设计主要使用传感器冗余方式，从其控制性能角度考虑，只需使用传感器，即可保证节气门的正常运行，但是该系统使用2个传感器，进行冗余设计，可实现相互检测，同时进一步提升系统控制稳定性[1]。

3  常见的电子节气门控制技术

3.1 电液式控制

通常液压式控制技术主要应用在工程机械的控制当中，此技术具有强大的驱动力，同时操作简单，节能性良好，技术经济特点显著。在电子节气门的控制方面，利用此技术的原理为使用数字阀，控制电液转换，对于液压油要求不高。但是在应用过程可能出现供油压力波动问题，受到各个执行机构之间的阀门启闭、摩擦力等影响，出现节气门的位置响应精确度不高的问题，因此，现代化的汽车ETC控制系统，不使用此控制技术。

3.2 步进电机控制

使用步进电机实现对汽车的电子节气门进行控制，主要原理为使用电机实现对节气门轴的驱动，控制油门开度。驱动电机使用桥式电路实现对结构单元的控制，之后按照脉冲数量、电机频率和方向等控制电平，最终实现驱动电机。大量实践经验证明，此技术的应用结构组成较为简单，应用成本相对较低，但实际控制精准度和标准还存在一定差距，因此，不适合应用在ETC控制系统当中。

3.3 伺服电机控制

在控制电子节气门过程，使用直流式伺服电机需要依靠脉冲宽度的调制技术完成节气门的驱动，对比于电液式、步进电机两种控制方式，此技术的应用具有良好的控制精度，同时控制可靠性较高。因为，使用伺服电机，在气节门控制单元内可按照脉宽信号的占空比，实现对电机转角的调控，因此，在ETC控制系统当中，大多会选择此控制技术。

4  汽车电子节气门系统及控制策略

4.1 系统组成

ETC系统当中还有多种组成模块，常见的为传感器、踏板、控制单元和执行器等，其中节气门的传感器主要用于对其开度信号进行检测，最终变成控制系统反馈信号;踏板传感器主要用于控制驾驶员的行车意图;控制单元分为处理模块、驱动电路两个部分;执行器主要分为执行电机、减速机构两部分。在ETC控制系统当中，节气门为保证空气供给的重要部分，在汽车控制系统中占据重要地位。

4.2 控制要求

在汽车逐渐向智能化和电子化等方向发展过程，为响应汽车节能减排等需求，解决机械电子门控制系统存在的弊端。使用ETC控制系统，代替节气门的拉锁，在设置驱动电机、齿轮传动各类组件。ETC系统当中，使用异步电机控制节气门开度范围，驾驶员可按照汽车行驶工况，灵活操控加速探踏板，将信息向发动机的控制单元中传递出去，之后控制单元可将踏板信息转化成控制信号，向节气门的定位器当中传递，最后由驱动电机对节气门角度旋转进行驱动。

在实际应用过程中，需要从汽车燃油消耗以及行驶安全等角度出发，按照发动机的转矩实际需求实现对节气门的控制。在ETC控制系统当中，对节气门的开度产生影响的因素不只包括加速踏板的位置，还包括发动机的控制单元，其按照汽车实际行驶状态对于转矩需求，合理计算节气门最优开度，利用电机通电时间，实现驱动节气门，达到理想开度状态。系统中，控制单元能够独立在加速踏板位置，实现对节气门位置的调整。如：发动机可按照汽车驾驶员输入信息、车辆耗油情况、尾气排放情况以及安全性能要求等，综合确定节气门的位置[2]。

4.3 系统设计

控制电子节气门过程，发动机系统需要按照内外扭矩需求，如点火提前角、负载信号以及转速等，展开计算获得实际扭矩值。系统对信息的处理路径有两条。其一，在系统的激活过程，会对增加变量产生影响，以上变量可视为扭矩长期变量需求，主要为节气门增加压力、角度等;其二，系统改变会对短期的扭矩变量产生影响，这些变量包括气缸压缩、喷射时间以及点火点。系统控制过程主要通过发动机对比控制单元额定扭矩、实际扭矩之间的差异，并采取特定的纠正方法，保证以上重要参数的合理匹配，实现对电子节气门的控制。该系统的组成单元分别为加速踏板、发动机、节气门等控制单元，还包括ETC控制系统指示灯。

4.4 控制策略

使用加速踏板这一模块，检测踏板信息，同时将信息向发动机的控制单元当中输入。系统模块为踏板、传感器1、传感器2，这种控制方式能够使用2个传感器，保证ETC系统控制的安全性，同时也符合上文中提到的“冗余设计”理念，利用踏板中的传感器之间的互相配合，以便控制单元按照加速踏板传感信息，识别出踏板具体位置。

在系统中，发电机的控制单元可按照踏板实际的位置信息，灵活控制电子节气门的驱动装置，兼顾到系统扭矩需求，合理确认节气门的“关闭”、“启动”，此外，控制单元还能对ETC控制系统进行监控。

在系统节气门的控制单元当中，主要负责系统工作所需空气量，由驱动装置按照发动机指令进行节气门的激活，由节气门角度位置传感器为发动机提供反馈信息，确认节气门位置，驱动装置存在电机，受到控制单元控制，保证节气门能在全开位置、怠速装置间进行无级定位。

使用此系统控制电子节气门过程，只需将点火开关打开，发动机的控制系统就能展开自检，此时故障指示灯为点亮状态，当系统检测为正常状态时，不存在存储故障时，指示灯就会在3s之后自动熄灭。在自检环节，如果系统内存在故障时，指示灯不熄灭，该指示灯能够为驾驶员提供ETC控制系统故障信息。

5  汽车电子节气门控制技术未来发展

ETC控制系统控制技术的应用前景良好，未来该技术会逐渐向综合控制以及集成化等方向发展。为适应时代的发展，此技术的集成化能够优化ETC控制系统的结构，降低系统的设计成本，实现各个系统之间的信息实时共享与传递。如：当前ETC系统控制的功能集成主要表现在巡航、怠速、缓解换挡冲击等方面的控制，實现功能的高度集成，同时还能设计出防抱死制动系统，并将其和驱动防滑、牵引控制各个系统之间有机融合。

在科技的迅速发展和创新过程，逐渐完善ETC控制系统功能，多种控制策略之间的融合，不断提升ETC系统响应速度以及控制精度等，降低系统实际应用环节受非线性因素制约。在融合多种控制策略的系统当中，利用神经网络、滑模变结构、多模态等控制方法，可控制非线性因素，保持系统各项参数不变的前提下，使ETC系统适应能力不断增强。在科研人员逐渐探索过程中，电子气节门相关控制策略也会相继成熟，发挥其应用优势[3]。

此外，随着道路汽车数量逐渐增加，扩大了ETC控制系统应用范围，各类传感器、电控单元也相继投入使用，从此现象考虑，对于整车的控制电路逐渐趋向复杂化，汽车内部的导线数量逐渐增加，造成各类问题频发，为汽车控制系统的综合布线、信息共享等提出严格要求。对此，按照国标生产，不断优化总线技术，推广车载网络的使用，为ETC控制系统传输数据提供安全保障，完成系统集成以及数据共享，不断降低布线过程的复杂性，提升ETC系统应用过程的控制精度。最大限度保证车辆安全运行。

6  结束语

总之，随着车辆电子节气门控制技术的广泛应用，对车辆行驶过程的安全性、环保性以及经济性提出更高要求，在控制策略的选取过程中，应结合ETC控制系统实际需求逐渐完善，为驾驶人员提供安全的行车环境，保持电子节气门处于最佳状态。

参考文献：

[1]魏玉.汽车电子节气门控制策略及发展分析[J].汽车实用技术，2019（24）：169-171.

[2]姚杰.汽车电子节气门技术的现状及发展趋势分析[J].内燃机与配件，2018（04）：202-203.

[3]詹华.汽车电子节气门控制系统研究现状及发展趋势[J].吉首大学学报（自然科学版），2017，38（06）：30-37.