浅谈如何进行节气门异常检测及保养提醒

黄玉平　曹石　魏倩雯

摘 要：本文设计了一种检测节气门异常的方法，利用通过传感器采集的实际进气流量来校验通过节气门相关参数计算的进气流量，如果两者的相对偏差在积分累加后超过一定范围，则说明当前节气门存在异常，并且本方法考虑到了故障检测的使能条件，防止误判。

关键词：节气门异常 进气流量 诊断方法

Discussion on How to Detect and Remind Abnormal Throttle Maintenance

Huang Yuping，Cao Shi，Wei Qianwen

Abstract：This paper designs a method of anomaly detection throttle through the sensors to collect the actual inlet flow i to check related parameters， which is calculated by throttle air intake flow. If the relative deviation of the two after the integral accumulation is over a certain range， the abnormal shows the throttle， and this method takes into consideration of the enabling conditions of fault detection to prevent miscarriage.

Key words：throttle failure， inlet flow， diagnostic methods

1 研究背景

上世纪70年代开始进行电子节气门研究工作，产品在80年代陆续问世，比如在宝马轿车上也开始装置ETC，90年代丰田研制了ETC系统ETCS[1]，进而丰田在保留原机械控制的ETCS系统基础上发展到智能控制的ETCS-I系统[2]。

2 发展趋势

电子节气门的发展大致可分为三个方面：

2.1 向集成化和综合控制方向发展

在电子节气门控制系统中集成化和综合控制是必然的发展趋势，而且也是整个汽车电子控制系统的发展方向。它的优点是简化了电子节气门控制系统，使制造成本降低，并且能够使各系统之间的信息交流更加顺畅增强。现有的ETC系统在集成化和集中控制方向发展主要有：将怠速控制、降低换档冲击控制、巡航控制、节气门回位控制以及车辆稳定性控制等多种功能集成;或者是将防抱死制动控制系统、牵引力控制系统以及驱动防滑控制系统集成一起，进行综合制动控制。

2.2 结合多种控制方法进行综合控制

采用此种多控制策略相结合的方式，可以有效提升ETC系统的控制精度及响应速度。由线性控制到非线性控制，由单一模式控制到多模式控制，由传统的PID控制到传统PID结合现代控制理论的控制是目前的主要发展方向。

2.3 车载网络、总线技术的应用

目前ETC等电控系统越来越多的在汽车上应用，需要大量的传感器和电子控制单元，这就导致越来越复杂的整车控制电路以及越来越多的导线数量，而且要求各个系统的信息资源能够共享，这些都对汽车的综合布线和信息共享提出了更高要求。现在国际上普遍采用的车载网络技术是CAN总线控制器局域网。

3 节气门工作原理

节气门的作用是控制空气进入发动机，是一道可控阀门，空气进入进气管后会和汽油混合变成可燃混合气，从而燃烧完成做功。节气门是当今电喷车发动机系统最重要的部件之一，它的上部连接空气滤清器空气格，下部连接发动机缸体，相当于汽车发动机的咽喉。节气门的脏污程度与汽车加速是否灵活有很大的关系，节气门清洁可以降低油耗，并且可以使发动机灵活且动力强劲。节气门主要包括传统拉线式和电子节气门两种：（1）传统的发动机节气门工作是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端与油门踏板连接，另一端连接节气门连动板而实现操纵;（2）电子节气门的工作主要依靠节气门位置传感器，根据发动机所需能量，控制节气门的开启角度，从而调节进气量的大小[3]。

4 节气门故障

在汽油机以及天然气发动机当中节气门作为进气系统的核心零部件，其主要作用是控制空气或者混合气进入发动机的流量大小，从而影响发动机的相关性能指标。在长时间的使用过程中节气门会出现位置传感器信号漂移、回位弹簧老化、积碳以及异物卡滞等情况，上述情况下只有在发生严重故障时ECU才能检测出来故障，对于轻微的故障或者异常如果不及时发现会进一步影响发动机的相关性能指标，如动力不足、油耗增加等。

针对以上问题，本文设计了一种检测节气门异常的方法，及早发现问题，提醒用户检修保养。

5 故障检测方法

主要技术方案是采用某种算法校验不同计算方式下的进气流量差异程度，进一步反映当前节气门是否正常。具体实施方案如下：

（1）将以节气门相关参数计算得到的进气流量定义为变量A，A的具体数值是根据节气门开度、节气门前后压差以及节气门口径等参数通过节流公式计算得到的，将通过流量传感器或者节气门后压力传感器真实采集计算的实际进气流量定义为变量B。

（2）本文默认通过流量传感器或者节气门后压力传感器计算得到的实际流量B为准确值来校验变量A的有效性，从而推导出节气门是否异常。

（3）检测机理：正常情况下，变量A和B是几乎相等的，如果A和B在一定时间内的偏差因子C大于等于标定量1或者小于等于标定量2，则说明节气门存在异常，需要触发故障提醒用户检修或保养。

（4）将变量A和B计算的偏差因子定义为C，其含义为A与B差值与目标A的比值的积分累加值，用来反映一定时间t内两者的偏差情况，其计算方法如下：，其中t是该积分功能每次使能的时间。该变量C的初始值设定为1，每次T15下电时该变量存入EEPROM，下次上电后从EEPROM中读取该数值参与积分运算。

（5）由于在一些特定工况下，如启动阶段、低负荷工况以及相关传感器故障时，流量A、B本身存在一定的偏差，为避免该类工况对故障和积分的判断产生影响，所以将该故障判断以及偏差因子C的积分加上使能条件D，使能条件D满足时使能故障检测和积分计算，使能条件D主要包括：①发动机转速在一定范围内;②无节气门相关故障;③无节气门前后温度压力及流量传感器故障;④油门踏板开度大于一定数值等。

具体的控制流程图如图1。

6 结语

笔者设计此方案无需额外增加传感器执行器，不增加成本，并且可以自动实现节气门在严重故障前的预判断，判断出节气门异常，提醒用户提前检修保养，以免造成发动机整体性能恶化造成的动力不足、油耗高等问题。

参考文献：

[1]朱盛.电子节气门控制系统的开发[J].汽车化油器，1996（2）：1.

[2]刘汉军，王慧.丰田智能电子节气门控制系统[J].汽车与配件，2000（29）：1-2.

[3]郭孔辉，付皓，丁海涛.汽车电子节气门控制器开发[J].科学技术与工程，2008，8（2）：446-450.

作者简介：黄玉平：（1986.05—），硕士，工程师，潍柴动力股份有限公司。研究方向：发動机电控技术。

曹 石：（1987.11—），硕士，高级工程师，潍柴动力股份有限公司。研究方向：发动机控制系统技术及智能检测技术研究。

魏倩雯：（1988.09—），硕士，工程师，潍柴动力股份有限公司。研究方向：燃料电池发动机控制技术研究。