淺談現(xiàn)代汽車氣門的發(fā)展方向畢業(yè)設(shè)計

1、 . . . 畢業(yè)設(shè)計（論文）淺談現(xiàn)代汽車節(jié)氣門的發(fā)展方向摘 要現(xiàn)代汽車已經(jīng)不僅僅是一臺復(fù)雜的運輸機器，而是集電子技術(shù)、控制技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)、通信技術(shù)于一身的高科技代表產(chǎn)物。汽車電子化正逐漸成為現(xiàn)代汽車(特別是轎車)的基本特征，也是將來汽車發(fā)展的主要方向之一。電子技術(shù)在汽車節(jié)氣門控制上的應(yīng)用就是一個很好的例子。傳統(tǒng)的機械式節(jié)氣門已經(jīng)逐步被淘汰，電子節(jié)氣門已成為現(xiàn)代汽車節(jié)氣門的發(fā)展方向。電子節(jié)氣門技術(shù)出現(xiàn)以來，已經(jīng)有越來越多地研究機構(gòu)，汽車廠商開始對其進行研究開發(fā)，并已有成熟的產(chǎn)品應(yīng)用到各種中高檔轎車上。本文簡要介紹了現(xiàn)有汽車節(jié)氣門的原理與技術(shù)水平，汽車節(jié)氣門的電器結(jié)構(gòu)與驅(qū)動原理；重點介

2、紹了電子節(jié)氣門的由來、作用、優(yōu)點，以與電子節(jié)氣門的現(xiàn)存問題和發(fā)展方向；還介紹了電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的組成與工作原理，同時還簡要提出了電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的幾種控制策略。由于電子節(jié)氣門技術(shù)能明顯改善汽車的燃油經(jīng)濟性和降低汽車尾氣排放，以與混合動力汽車的橫空出世，其應(yīng)用前景將越來越廣泛。但由于電子節(jié)氣門的機械系統(tǒng)存在著較強的非線性因素，使得電子節(jié)氣門的精確控制較為困難。關(guān)鍵詞 現(xiàn)代汽車,電子技術(shù)，汽車節(jié)氣門，電子節(jié)氣門，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)17 / 20ABSTRACT Modern vehicles have been not only a complex transport machinery, b

3、ut sets of electronic technology, control technology, mechanical technology, hydraulic technology, communications technology in a high-tech product representatives. Automotive Electronics is gradually becoming of modernmotor (especially cars) the basic characteristics, but also the future developmen

4、t of automobile one of the main directions. Electronic throttle control technology in the car on the application is a good example. The traditional mechanical throttle has gradually been eliminated, electronic throttle has become a modern automobile throttle direction of development. Electronic Thro

5、ttle technology since there have been more and more research institutions, manufacturers started its research and development and have a mature product applications to a variety of high-grade cars in on. This paper introduces the principles of the existing vehicle throttle and technology, automotive

6、 electrical structure of the throttle and drive principle; focus on the origin of the electronic throttle, the role of merit, and electronic throttle the existing problems and development of the system And also introduced the electronic throttle control system structure and working principle, also m

7、ade a brief electronic throttle control system for several control strategy. As electronic throttle technology can improve vehicle fuel economy and reduce automobile exhaust emissions, and hybrid vehicles Hengkong born, its application will become increasingly widespread. However, due to the mechani

8、cal systems of electronic throttle there is a strong non-linear factors, makes the accurate electronic throttle control more difficult.KeywordsModern Motor, Electronics, Automotive Throttle, Electronic Throttle, Electronic Throttle Control System.目 錄摘 要IVABSTRACTII1 緒 論21.1研究背景與意義12 現(xiàn)有汽車節(jié)氣門的原理與技術(shù)水平.

9、22.1傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門的原理與技術(shù)水平.22.2電子節(jié)氣門系統(tǒng)控制與其原理.33汽車節(jié)氣門電器結(jié)構(gòu)與驅(qū)動原理.53.1汽車節(jié)氣門電器結(jié)構(gòu)實例講解.53.2節(jié)氣門驅(qū)動原理.54電子節(jié)氣門概述64.1電子節(jié)氣門簡介.64.2節(jié)氣門的作用.74.3電子節(jié)氣門.84.3.1節(jié)氣門的特征.84.4電子節(jié)氣門現(xiàn)存的問題.84.5電子節(jié)氣門的發(fā)展方向.94.5.1由單一功能向多種功能的集成發(fā)展.94.5.2綜合多種控制策略.94.5.3系統(tǒng)設(shè)計注重安全可靠性，具有自診斷和失效保護功能.104.5.4控制器局域網(wǎng)CAN的應(yīng)用.105 結(jié)論11參 考 文 獻12致131 緒論1.1研究背景與意義隨著科學(xué)技術(shù)的

10、進步，社會的發(fā)展，世界上汽車數(shù)量的不斷增多，由此產(chǎn)生了一系列待解決的問題，如能源消耗的急劇增加引起能源枯竭，油價上漲；汽車尾氣的大量排放造成環(huán)境污染的日益嚴重；同時眾多的汽車也容易引起交通擁擠，交通事故頻繁發(fā)生等。面對這些問題，汽車制造商不得不改進制造技術(shù)，開發(fā)新材料等來解決或緩解這些問題，例如采用反饋式化油器、機械式燃油噴射等來提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性能、排放性能。盡管如此，由于機械控制系統(tǒng)的特性局限，使用傳統(tǒng)的辦法已經(jīng)不能使汽車的性能得到明顯的改善和提高。另一方面，隨著生活水平的不斷提高，人們在努力追求汽車動力性、經(jīng)濟性的同時，對汽車行駛的安全性、穩(wěn)定性和駕乘舒適性也提出了更新更高的要求。因

11、此，要使汽車的性能跟上時代的腳步，采用電子控制技術(shù)己成為必然趨勢。而近年來電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是微型計算機技術(shù)的巨大進步，為汽車電子技術(shù)的發(fā)展提供了條件。隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，給汽車的控制裝置帶來了巨大的變革，為進一步提高性能提供了新的途徑?，F(xiàn)代汽車上日益廣泛地采用電子技術(shù)，汽車由單純的機械產(chǎn)品向機電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車”。電子控制系統(tǒng)向高度集成化和模塊化發(fā)展，以減少傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的重復(fù)設(shè)置，使整個控制系統(tǒng)更加智能化，從而實現(xiàn)更經(jīng)濟、更有效以與可統(tǒng)一診斷的數(shù)據(jù)中心。與此同時，汽車在機械結(jié)構(gòu)方面不斷地發(fā)展和完善。如今汽車在機

12、械結(jié)構(gòu)方面己經(jīng)非常完善，單靠改變傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和有關(guān)參數(shù)來提高汽車性能己經(jīng)臨近極限。依靠傳統(tǒng)的機械調(diào)節(jié)和控制方法實現(xiàn)汽車的最佳控制已不太容易實現(xiàn)，因此汽車的各種操縱系統(tǒng)逐漸向電子化和電動化方向發(fā)展，用導(dǎo)線代替原來的機械傳動機構(gòu)，例如“導(dǎo)線制動”、“導(dǎo)線轉(zhuǎn)向”、“電子油門”等在解決汽車油耗、安全和排放等問題方面，汽車電子技術(shù)起著舉足輕重的作用，汽車電子化是發(fā)展趨勢。世界汽車工業(yè)經(jīng)過近30多年的發(fā)展，大量的高科技成果在汽車上得到了應(yīng)用?，F(xiàn)代汽車已經(jīng)不僅僅是一臺復(fù)雜的運輸機器，而是集電子技術(shù)、控制技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)、通信技術(shù)于一身的高科技代表產(chǎn)物。汽車電子化正逐漸成為現(xiàn)代汽車的基本特征，也是將

13、來汽車發(fā)展的主要方向之一。因此，要縮短中國汽車工業(yè)和世界汽車的差距就必須提高我國的汽車電子技術(shù)水平。電子技術(shù)在汽車節(jié)氣門控制上的應(yīng)用就是一個很好的例子。因此，當今為了提高汽車行駛的動力性、平穩(wěn)性、經(jīng)濟性以與降低排放污染，人們對節(jié)氣門提出了越來越高的要求。對節(jié)氣門的研究是非常重要的,電子節(jié)氣門是現(xiàn)代汽車節(jié)氣門的發(fā)展方向。而電子節(jié)氣門或線控駕駛，作為一門現(xiàn)代發(fā)動機電子控制技術(shù)之一，可以通過電子控制系統(tǒng)精確控制節(jié)氣門開度，實現(xiàn)發(fā)動機最優(yōu)空燃比控制，從而實現(xiàn)發(fā)動機最佳性能，提高車輛動力性和經(jīng)濟性，減少有害物質(zhì)的排放。電子節(jié)氣門控制還可以實現(xiàn)車輛的巡航控制、牽引控制、全速控制等傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門實現(xiàn)不了的

14、工況。因此，對現(xiàn)代汽車節(jié)氣門的發(fā)展方向的研究是必然的。2 現(xiàn)有節(jié)氣門原理與技術(shù)水平節(jié)氣門的作用是控制進入發(fā)動機的空氣流量。傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門采用機械連接，駕駛員直接通過控制加速踏板控制油門開度，即油門開度主要憑駕駛員主觀感受確定，不能實現(xiàn)對油門開度的最優(yōu)控制，也不利于換檔時刻發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制。而電子節(jié)氣門(也稱電控油門或線控駕駛)，作為一門現(xiàn)代發(fā)動機電子控制技術(shù)之一，可以通過電子控制系統(tǒng)精確控制節(jié)氣門開度，實現(xiàn)發(fā)動機最優(yōu)空燃比控制， 從而實現(xiàn)發(fā)動機最佳性能，提高車輛動力性和經(jīng)濟性，減少有害物質(zhì)的排放。電子節(jié)氣門控制還可以實現(xiàn)車輛的巡航控制、牽引控制、全速控制等傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門實現(xiàn)不了的工況。而電

15、子控制式節(jié)氣門則可以消除傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門的一切弊端，并且工作方便，因此電子控制式節(jié)氣門將取代傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門。2.1傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門的原理與技術(shù)水平傳統(tǒng)的節(jié)氣門靠機械連接進行控制,用拉線或連桿把加速踏板的位移傳遞給節(jié)氣門從而控制開度。它由加速踏板、拉線和杠桿、復(fù)位彈簧和節(jié)氣門體等部分組成。加速踏板與節(jié)氣門片通過拉線杠桿連接在一起，駕駛員通過直接控制加速踏板來實現(xiàn)駕駛意圖，加速踏板的位移量對應(yīng)一個相應(yīng)的節(jié)氣門開度。二者之間是一種剛性連接。機械式節(jié)氣門的優(yōu)點是機構(gòu)簡單，反應(yīng)快，可靠性較高，可以充分地反映駕駛員的駕駛意圖；缺點是由于駕駛員是根據(jù)主觀感受來操縱加速踏板，很難根據(jù)汽車的不同工況相應(yīng)地做出

16、精確調(diào)整，所以導(dǎo)致節(jié)氣門的開度控制不準確，比如在一些需要小油門開度的時候?qū)嶋H踏板踩得過大，而在需要大油門是卻踩得偏小等等，從而影響了汽車的燃油經(jīng)濟性和動力性，有害物質(zhì)排放量也增加了。傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門對空氣流量的控制只限于怠速控制，因而控制功能單一。發(fā)動機處于其它工況時，駕駛員通過油門拉線控制節(jié)氣門的開度，因而對進氣量的控制不精確。這種機械控制方式由于其動態(tài)特性的限制，很難根據(jù)汽車的不同工況相應(yīng)地做出精確而與時的調(diào)整，特別是在冷啟動、低負荷等特殊工況下的控制效果很差，從而導(dǎo)致汽車發(fā)動機的經(jīng)濟性下降，有害排放量增加?；谏鲜龊芏鄦栴}，傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門已經(jīng)不能滿足當今社會人們對現(xiàn)代汽車的需求。而電子

17、節(jié)氣門已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門,因此電子節(jié)氣門是現(xiàn)代汽車節(jié)氣門的發(fā)展方向。目前車輛上使用的機械式節(jié)氣門基本上都裝有節(jié)氣門位置傳感器，老式的機械連接式節(jié)氣門己經(jīng)逐步被淘汰了。2.2 電子節(jié)氣門系統(tǒng)控制原理在電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中，不采用常規(guī)的與加速踏板相連的機械控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)采用的是飛機上使用的有線操縱（Fly-by-wire）技術(shù)，此項技術(shù)目前在汽車上的應(yīng)用很少，只有在一些概念車上會用該項技術(shù)。    電子節(jié)氣門系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)有以下幾個部分組成：   1、 發(fā)動機   2、 轉(zhuǎn)速傳感器   3、

18、 節(jié)氣門位置傳感器   4、 節(jié)氣門執(zhí)行器  5、 節(jié)氣門   6、 加速踏板位置傳感器7、 車速傳感器   8、 變速器   9、 加速踏板   10、 節(jié)氣門電子控制單元（ECU）    其中轉(zhuǎn)速傳感器也可以用曲軸位置傳感器或者凸輪軸位置傳感器來代替；節(jié)氣門執(zhí)行器是一個步進電機，由它來推動節(jié)氣門以控制節(jié)氣門的開度；加速踏板位置傳感器的構(gòu)造與工作原理和節(jié)氣門位置傳感器的構(gòu)造與工作原理是一樣的；節(jié)氣門電子控制單元一般是和發(fā)動機電子控制單元做在一起的。

19、60;  電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作原理如上圖所示。加速踏板位置傳感器（）將司機需要加速或減速的信息傳遞給節(jié)氣門電子控制單元（10），ECU 根據(jù)得到的信息，計算出相應(yīng)的最佳節(jié)氣門位置，發(fā)出控制信號給節(jié)氣門執(zhí)行器（4），由節(jié)氣門執(zhí)行器將節(jié)氣門開到計算出的最佳節(jié)氣門的開度位置。ECU 通過與其它電子控制單元（如發(fā)動機電子控制單元，自動變速器電子控制單元等）進行通訊，ECU 根據(jù)得到的節(jié)氣門位置傳感器（3）信息、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器（2）信號、車速傳感器（7）的信息對節(jié)氣門的最佳位置進行不斷的修正，使節(jié)氣門的開度達到司機所需要的理想位置。3 汽車節(jié)氣門電器結(jié)構(gòu)與驅(qū)動原理汽車電子化正逐漸成為現(xiàn)代

20、汽車的基本特征，也是將來汽車發(fā)展的主要方向之一。電子節(jié)氣門是現(xiàn)代汽車節(jié)氣門的發(fā)展方向，因此必須了解節(jié)氣門的電器結(jié)構(gòu)與驅(qū)動原理。3.1汽車節(jié)氣門電器結(jié)構(gòu)實例講解下面以BOSCH公司生產(chǎn)的DV-E5來說明電控節(jié)氣門的工作原理：圖3-1 DV-E5節(jié)氣門電器連接圖節(jié)氣門體一般分三部分：執(zhí)行器、節(jié)氣門片和節(jié)氣門位置傳感器，它們一般被封裝為一體。DV-E5的執(zhí)行器由一個直流電機和相關(guān)的傳動部件組成。圖3-1為該節(jié)氣門體的電器連接圖，通過Motor+(+)和Motor-(-)驅(qū)動直流電機，TPS1和TPS2分別是正向和反向的節(jié)氣門開度反饋信號，它通過節(jié)氣門體部的一對高精度電位器獲取當前開度下相應(yīng)的電壓反饋

21、值。該反饋值與節(jié)氣門打開角度成線性變化，TPS1上分得0-100%電壓，對應(yīng)節(jié)氣門打開角度0-105，斜率為0. 9524%。執(zhí)行器可以使用直流電機，也可以使用步進電機。目前大多數(shù)執(zhí)行都使用直流電機。主要是因為直流電機比步進電機移動快，隨動性能好。符合電控節(jié)氣門的要求。但是，直流電機的控制需要兩路反饋信號，構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制難度比步進電機的控制難度大。3.2節(jié)氣門驅(qū)動原理直流電機的扭矩與直流電機線圈中的電流成正比，通過控制直流電機的電流就可以改變直流電機的扭矩輸出，達到了控制節(jié)氣門的開度的目的。有兩種方式可以用來調(diào)節(jié)電機線圈中電流：一種是在電機的電源上串一個可變電阻，調(diào)節(jié)可變電阻的阻值就

22、可以達到調(diào)節(jié)線圈中電流的作用，這種控制原理簡單，但分壓電阻會發(fā)熱導(dǎo)致溫度過高，另外能量效率也很低；另一種方式就是通過不停地打開和關(guān)閉電源，使電機線圈保持一個固定的電流值，這要求其打開和關(guān)閉的頻率較高。實際控制中，可以采用CCS中央處理單元產(chǎn)生PWM信號，然后通過功率MOS來實現(xiàn)對直流電機電源的高頻開閉。由于節(jié)氣門片需要正反兩個方向轉(zhuǎn)動，所以需要搭建一個H橋電路來滿足對直流電機雙向控制的需求。其結(jié)構(gòu)如圖3-2圖3-2節(jié)氣門驅(qū)動電路原理圖PWM1為高，PWM2為低時，MOS管和閉合，和斷開，電機線圈中正向電流通過，電機正轉(zhuǎn)；PWM 1為低，PWM2為高時，MOS管和斷開，和閉合，電機線圈中反向電流

23、通過，電機反轉(zhuǎn)；兩路PWM都為低的時候，電機線圈中無電流通過，電機處于自由狀態(tài)；要注意不能將兩路PWM同時置高，否則將會短路。常用的H橋驅(qū)動芯片有摩托羅拉的MC33186。同時，在我們選用巡航控制系統(tǒng)的電子控制器（CCS ECU）時，最好選用集成了PWM輸出的微控制器，這樣就不需要額外的電路，簡化了硬件電路的設(shè)計和結(jié)構(gòu)。4 電子節(jié)氣門概述節(jié)氣門的作用是控制發(fā)動機的進氣流量，決定發(fā)動機的運行工況。駕駛員通過操作加速踏板來操縱節(jié)氣門開度。電子節(jié)氣門作為一門現(xiàn)代發(fā)動機電子控制技術(shù)之一，是現(xiàn)代汽車節(jié)氣門的發(fā)展方向。因此研究電子節(jié)氣門控制技術(shù)是必然的。4.1 電子節(jié)氣門簡介電子節(jié)氣門(Electroni

24、cThrottle)作為一門現(xiàn)代發(fā)動機電子控制技術(shù)之一，可以通過電子控制系統(tǒng)精確控制節(jié)氣門開度，實現(xiàn)發(fā)動機最優(yōu)空燃比控制，從而實現(xiàn)發(fā)動機最佳性能，提高車輛動力性和經(jīng)濟性，減少有害物質(zhì)的排放。電子節(jié)氣門控制還可以實現(xiàn)車輛的巡航控制、牽引控制、怠速控制等傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門實現(xiàn)不了的工況。傳統(tǒng)機械式節(jié)氣門采用機械連接，駕駛員直接通過控制加速踏板控制油門開度，即油門開度完全憑駕駛員主觀感受確定，不能實現(xiàn)對油門開度的最優(yōu)控制，也不利于換檔時刻發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制。而電子節(jié)氣門則可以很好的解決這一問題。駕駛員通過加速踏板僅能間接對油門開度進行控制，駕駛員的輸入作為參考目標信號通過踏板位置傳感器發(fā)送給電子控制單元

25、，最終的節(jié)氣門開度由電子控制單元綜合當前發(fā)動機的運行工況和駕駛員意圖進行分析做出判斷之后，命令節(jié)氣門驅(qū)動電機工作，驅(qū)動節(jié)氣門轉(zhuǎn)動，節(jié)氣門開度信號通過節(jié)氣門位置傳感器反饋到電子控制單元，實現(xiàn)油門開度的精確閉環(huán)控制。同時，節(jié)氣門的電子控制單元還能夠按照傳動系統(tǒng)控制單元的要求自動控制節(jié)氣門開度來滿足傳動系統(tǒng)換檔的需要。隨著混合電動汽車的發(fā)展，電子節(jié)氣門在實現(xiàn)混合電動汽車的動力切換，能量優(yōu)化分配，提高燃油經(jīng)濟性和車輛驅(qū)動性方面，成為不可缺少的部件。電子節(jié)氣門作為一種新技術(shù)，世界各大汽車廠商都在進行研究和應(yīng)用，并將其作為核心的控制技術(shù)。國研究起步較晚，處于探索階段，目前只有少數(shù)幾個廠家在從事這方面的研究

26、工作。這將對電子節(jié)氣門在發(fā)動機控制以與自動變速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定的實際價值。電子節(jié)氣門控制（ElectronicThrottleControl，簡稱ETC)系統(tǒng)是在電控燃油噴射系統(tǒng)的節(jié)氣門機構(gòu)中，去掉一些附屬補償裝置，取消了加速踏板和節(jié)氣門之間的機械連接，增加了驅(qū)動電路、驅(qū)動電機以與齒輪傳動系統(tǒng)等，其開度在任何工況下都直接由電機驅(qū)動，發(fā)動機電子控制單元(ECU)通過控制算法實現(xiàn)節(jié)氣門開度的精確控制，從而能夠精確地控制進氣量。由于噴油量是通過發(fā)動機管理系統(tǒng)精確控制，因此ECU隨著發(fā)動機工況的變化配置出一個最佳的混合氣成分，能夠提高輸出功率，降低排放，同時具有良好的怠速、加速與減速等工況過渡性能

27、。4.2節(jié)氣門的作用節(jié)氣門的作用是控制發(fā)動機的進氣流量，決定發(fā)動機的運行工況。駕駛員通過操作加速踏板來操縱節(jié)氣門開度。加速踏板和節(jié)氣門的連接方式有兩種：剛性連接和柔性連接。傳統(tǒng)油門采用剛性連接，即通過拉桿或拉索傳動連接加速踏板和節(jié)氣門的機械連接方式，因此節(jié)氣門開度完全取決于加速踏板的位置，即駕駛員的操作意圖，但從動力性和經(jīng)濟性角度來看，發(fā)動機并不總是完全處于最佳運行工況，而且駕駛員的誤操作也給安全性帶來隱患。在混合動力車中，由于發(fā)動機和電池組成多能源動力系統(tǒng)，剛性連接方式不能實現(xiàn)各動力源之間的能量分配管理，因此，它必將被柔性連接方式所取代。柔性連接方式取消了傳統(tǒng)的機械連接，通過電控單元控制節(jié)氣

28、門快速精確地定位，因此又稱為電子節(jié)氣門。它的優(yōu)點在于能根據(jù)駕駛員的需求愿望以與整車各種行駛狀況確定節(jié)氣門的最佳開度，保證車輛最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性，并具有牽引力控制、巡航控制等控制功能，提高安全性和乘坐舒適性。4.3 電子節(jié)氣門4.3.1 節(jié)氣門特性早期節(jié)氣門是為了調(diào)節(jié)汽油機的充氣量，在化油器腔體上設(shè)置的節(jié)流裝置，通過杠桿、鋼絲拉線與油門踏板相連。因其常見為蝶形閥門，故稱節(jié)氣門。從化油器到電噴系統(tǒng)，節(jié)氣門的作用沒有改變，其工作描述如下:當節(jié)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時，進氣腔道不通，發(fā)動機不進氣，也不工作。隨著節(jié)氣門逐漸開大，進氣通道面積增大，空氣進入氣缸的進氣量逐漸增大。當節(jié)氣門開啟到垂直位置時，通

29、道面積達到最大?？梢?，發(fā)動機的進氣量，隨著節(jié)氣門開度的變化而得到調(diào)節(jié)，對汽油機而言，就調(diào)節(jié)了汽油機的輸出功率(汽油機的進氣量也與其轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高進氣量越大)。在節(jié)氣門開啟的過程中，通道面積和節(jié)氣門開啟的角度之間為非線性關(guān)系，可以看出，如果我們對節(jié)氣門開啟角采用線性控制，則當節(jié)氣門開啟角度達到一定大進氣量時，再增大節(jié)氣門開啟角度，汽油機發(fā)出的功率將不再明顯增大，只有當混合氣被加濃時，汽油機功率才增大，如此則損失了燃油經(jīng)濟性?？梢?，對節(jié)氣門必須采取非線性控制，而機械式控制是難以達到這個目的的。試驗證明:在節(jié)氣門接近全開時，混合氣流量越大，吸入的空氣流脈動振動的振幅與氣流反噴的現(xiàn)象也越是增大，因

30、而會引起空氣流量的減少，使用化油器的發(fā)動機的混合氣變濃。節(jié)氣門部分開啟時（以節(jié)流狀態(tài)工作），由于蝶形閥的阻抗特性，混合氣有較大的偏流現(xiàn)象，這將造成多缸汽油機各缸混合氣分配不均，工作程度不同，這是化油器供油系統(tǒng)被取代的一個重要原因。4.4 電子節(jié)氣門現(xiàn)存的問題(1)控制系統(tǒng)復(fù)雜，精確控制困難。ETC系統(tǒng)與ASR，CCS與VSC等多種系統(tǒng)相連，需要控制的參數(shù)多，控制邏輯復(fù)雜。ETC系統(tǒng)本身存在非線形阻尼特性，進氣繞流阻力矩不穩(wěn)定等因素，傳感器等工作部件在使用過程中存在機械磨損和可靠性變差等問題。常規(guī)的PID控制不能精確的設(shè)定反饋的增益，導(dǎo)致了跟隨目標節(jié)氣門開度穩(wěn)定性能的逐漸惡化。因此需要對ETC的

31、控制特性進行深入研究，選用更有針對性的非線形控制方法，以進一步提高控制效果。(2)在進行多種控制功能集成時，各控制系統(tǒng)之間需采用信息融合技術(shù)，即ASR，CCS與VSC系統(tǒng)所需要的各傳感器信號有機的融合起來，實現(xiàn)資源共享，協(xié)調(diào)各個系統(tǒng)間的相互關(guān)系，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，完善協(xié)調(diào)各個系統(tǒng)間的相互性，以共享方式傳送各種控制信息，提高控制系統(tǒng)的實時性，穩(wěn)定性，可靠性，也是ETC研究的難點問題。(3)ETC設(shè)計需要充分考慮不同駕駛員的駕駛個性和車輛的行駛環(huán)境。目前對汽車的減速、怠速、定速和加速控制還存在一定難度，這個問題的解決還需依靠駕駛行為學(xué)理論，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論（人工智能）和汽車電子技

32、術(shù)的進一步發(fā)展共同解決。(4)駕駛員主觀偏見與成本居高不下也是阻礙ETC廣泛應(yīng)用的瓶頸。駕駛員習(xí)慣于人工操縱油門，有的誤認為機械連接操縱油門更為理想，安全可靠。ETC采用了傳感器，控制單元，驅(qū)動器以與冗余設(shè)計，使之成本較高，使得ETC目前只裝配在高檔轎車上。采用系統(tǒng)集成，改善控制策略以減少傳感器數(shù)目雖然可以降低一部分成本，但離汽車中低端購買者的消費期望還有一段距離。所以降低ETC產(chǎn)品的價格是當前研究的重要任務(wù)之一。4.5 電子節(jié)氣門的發(fā)展方向4.5.1由單一功能向多種功能的集成發(fā)展集成化不僅是ECT系統(tǒng)的發(fā)展方向，也是各種汽車電子各種汽車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。它有助于降低成本，增強各系統(tǒng)的在

33、聯(lián)系，充分利用車輛各種信息，從而進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。最初的ETC設(shè)計是為了發(fā)動機扭矩控制和空燃比的控制，現(xiàn)代的ETC系統(tǒng)已經(jīng)向多功能集成化方向發(fā)展，如集成了怠速控制，牽引力控制，減少換檔沖擊控制，節(jié)氣門回位控制，巡航控制與車輛穩(wěn)定性控制等多種功能，成為車輛整體控制動力一體化的重要組成部分。Delphi公司的第二代ETC系統(tǒng)，還具有駕駛模式選擇選擇功能，海拔高度補償功能，催化劑起燃溫度補償功能與車速/發(fā)動機轉(zhuǎn)速監(jiān)控等多項功能，代表了今后電子節(jié)氣門技術(shù)的發(fā)展方向。4.5.2綜合多種控制策略為提高節(jié)氣門的控制精度與反應(yīng)速度，采取多種控制方法進行綜合控制。目前的發(fā)展方向是從經(jīng)典的PID控制

34、發(fā)展到采用PID與現(xiàn)代控制方法結(jié)合以與采用一些魯棒性更強的控制算法，從線性控制發(fā)展到非線性控制，從單一控制發(fā)展到多模式控制。有些學(xué)者將多模態(tài)控制，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制有著良好的魯棒性和很強的非線性，該方法與系統(tǒng)的參數(shù)和擾動無關(guān)，大大降低了對系統(tǒng)的精確模型的依賴程度,體現(xiàn)了ETC控制方式未來的發(fā)展方向。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法可提高ETC系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，但是這些理論本身還有待完善和發(fā)展，因此在ETC上的成熟應(yīng)用還需精心深入的研究。4.5.3系統(tǒng)設(shè)計注重安全可靠性，具有自診斷和失效保護功能節(jié)氣門是發(fā)動機控制的關(guān)鍵部件，因此在提高控制精度和集中的同時，必須注重ETC系統(tǒng)的安全可靠性，提高系

35、統(tǒng)的故障自診斷和容錯能力。如DELPHI采用了多種冗余安全設(shè)計，通過配備兩個節(jié)氣門開度傳感器和23個加速踏板傳感器，防止信號與功能失誤而產(chǎn)生故障采用冗余設(shè)計的軟/硬件控制器，能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障是自動啟用故障安全保護模式，使汽車在安全模式下能正常工作。為避免傳感器因故障而損壞。因此，采用冗余設(shè)計，提供與時的故障隔離與系統(tǒng)重構(gòu)功能，將是今后ETC系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。4.6.4控制器局域網(wǎng)CAN的應(yīng)用隨著ETC等電控系統(tǒng)在汽車上的廣泛應(yīng)用，車載ECU與傳感器數(shù)量越來越多，導(dǎo)致整車電路煩瑣復(fù)雜，線束多，重量大與其成本高。傳統(tǒng)的線束不易布置，可靠性差與不易維護，不能滿足要求。汽車局域網(wǎng)CAN總線，只用兩根信號線就可與其他帶有CAN的電子設(shè)備相連接，能以共享方式傳送多種控制信息，實現(xiàn)真正意義上的數(shù)據(jù)共享。與傳統(tǒng)線束相比，CAN總線通訊具有更高的通信速率，很好的實時性，更高的可靠性，較強的抗干擾能力以與降低通訊成本等優(yōu)點。因此，將CAN總線運用于ETC系統(tǒng)設(shè)計也是今后的發(fā)展