汽車電子節氣門是什麼?和傳統節氣門有什麼優缺點

汽車電子節氣門技術（ElectronicThrottleControlSystem簡稱ETC）是伴隨汽車電子驅動理念(Drive—by—Wire)而誕生的。電子節氣門(electronic throttle)是汽車發動機的重要控制部件。
它替換了傳統油門踏板和節氣門體之間的機械連接，通過導線使加速踏板與節氣門建立聯系，可以改善發動機控制，避免因駕車者不當操作加速踏板產生不良後果。它通過增加相應的傳感器和電控單元，實時精確控制了節氣門開度。它可實現發動機扭矩控制和精確空燃比控制，有助於提高汽車行駛的動力性、平穩性、經濟性，並能有效降低排放污染。目前，ETC被廣泛地運用於汽車的驅動防滑控制（ASR）、巡航控制(CCS)和車輛穩定性控制（VSC）等汽車動力控制系統中，並逐漸成為高檔轎車的標准配置。

在傳統的發動機設計方案中，節氣門的位置主要是通過1個機械連桿機構（鮑頓拉索）來控制的，其中還包括彈簧、皮帶輪以及其它的一些零件。鮑頓拉索長時間以來都很好地發揮了他的作用，但是也有很多不足：1）噪聲較大；2）它包含有多根鋼絲，鋼絲的2個末端分別與加速踏板和節氣門閥片相連接，所以必須將許多零部件布置在1個非常狹小的空間內；3）由於整個操作過程都是通過機械連桿機構來完成，因此，從駕駛員通過踩下加速踏板發出操作指令到執行機構做出響應就會出現時間滯後，這樣就會導致駕駛員所期望的最好燃油經濟性能和排放性能與發動機實際實現的往往並不一樣。


電子節氣門系統的基本結構組成：
電子節氣門控制系統組成結構圖，如圖1所示。它包括節氣門、節氣門位置傳感器、節氣門控制單元ECU、節氣門執行器（直流電機）、節氣門指示燈以及油門踏板位置傳感器等，所有用於確定、調整和監控節氣門位置的零部件都屬於電子節氣門系統。

a) 實物圖 b) 結構示意圖圖

2-13節氣門直動式怠速控制系統怠速節氣門位置傳感器 2-應急彈簧 3-怠速電機 4-節氣門位置傳感器 5-怠速穩定裝置 6-怠速開關

電子節氣門系統工作原理：
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氣門電子控制單元ECU，ECU根據得到的信息，計算出相應的最佳節氣門位置，發出控制信號給節氣門執行器，由節氣門執行器將節氣門開到計算出的最佳節氣門的開度位置，然後ECU通過CAN總線與其它電控單元（如自動變速器電控單元ECU、巡航控制單元CCS等）進行通訊，獲取其他工況信息。並且各種傳感器會傳遞給節氣門電控單元ECU一些信息（如發動機轉速、檔位、節氣門位置、空調能耗等等），ECU根據這些信息對節氣門的最佳位置進行不斷的修正，使節氣門的開度達到司機所需要的理想位置。整個系統控制過程是典型的閉環位置反饋控制。加速踏板位置傳感器、節氣門位置傳感器設有主副系統，因此，當系統發生故障時仍可保持不斷監視功能，確保運轉安全性。

1、加速踏板位置傳感器（或稱油門踏板位置傳感器）
電子節氣門是在加速踏板上設置位置傳感器，取代了加速踏板與節氣門之間的機械連接，它可以檢測加速踏板被駕駛員踩下的位置，將此信號轉變為電信號傳輸給控制單元，所以它也被稱為線控操縱。
加速踏板位置傳感器實質上就是一個電位計或可變電阻，控制單元向線圈的一端供給5V基准電壓，當駕駛員踩下加速踏板時，與線圈接觸的滑臂沿圓弧轉動，從而改變了基准電壓輸入端與滑臂觸點之間的電阻值，滑臂觸點的分電壓就反映了加速踏板的位置。它的結構原理，如圖2所示。

2、節氣門位置傳感器
節氣門位置傳感器又稱為節氣門開度傳感器或
節氣門開關。其主要功用是檢測出發動機是處於怠速工況還是負荷工況，是加速工況還是減速工況。發動機電控單元根據節氣門位置傳感器的輸出信號可以確定發動機的負荷。它安裝在節氣門體上，根據傳感器的輸出特性分為通斷輸出和線性輸出兩種類型。
1）通斷型節氣門位置傳感器。
通斷型節氣門位置傳感器的結構和特性如圖3所示。內部有怠速觸點（IDL）、大負荷觸點（PSW）和動觸點，動觸點受節氣門軸驅動，動觸點由控制單元供給5V的基准電壓。當節氣門完全關閉時，動觸點與怠速觸點閉合，IDL信號輸出高電平，表明發動機處於怠速工況。當節氣門處於完全閉合至50%開度時，動觸點懸空，IDL和PSW都輸出低電平；當節氣門開度超過50%時，動觸點與大負荷觸點閉合，PSW信號輸出高電平，表明發動機處於大負荷工況[1]。

2）線性輸出節氣門位置傳感器。
輸出節氣門位置傳感器的結構和特性如圖4所示，它實際上就是節氣門軸驅動滑臂的電位計。滑臂上有連通的雙觸點與基板上制出的雙軌厚膜電阻接觸，由滑臂觸點將兩個厚膜電阻短接，在一個厚膜電阻的一端由控制單元供給5V基准電壓。當滑臂隨節氣門軸轉動時，雙軌厚膜電阻之間的電阻值發生改變，由另一個厚膜電阻的一端輸出的電壓就與節氣門開度呈線性關系。

3、怠速開關
怠速開關（見圖）裝在節氣門體內，與節氣門主驅動軸直接相連。它是觸點式開關，僅當節氣門主驅動機構復位時，該觸點開關才閉合，通知發動機控制模塊發動機進入怠速工況。發動機ECU根據該信號及發動機的負荷來調整怠速供油量和發動機轉速；當節氣門打開時，怠速觸點開關斷開，發動機ECU根據這一信號進行從怠速到小負荷的過渡工況的噴油控制。怠速開關的信號還可以作為發動機控制模塊判斷是否進行怠速自動控制和急減速斷油控制的信號。

4、怠速直流電動機
怠速直流電動機如圖2-17所示。當發動機怠速運行時，或因發動機冷卻液溫度低、空調運轉、動力轉向的加入等原因使發動機負荷增大時，為使發動機怠速穩定，怠速直流電動機經一套齒輪機構推動節氣門，加大其開度來增加發動機的進氣量，提高發動機的轉速；相反，在發動機怠速下減載時，在怠速直流電機的作用下，使節氣門的開度減小，以避免發動機超速，從而保證保證發動機在怠速工況下運行穩定。

汽車電子節氣門ETC系統的優缺點

優點

電子節氣門控制系統與傳統的普通節氣門相比有許多優越之處，主要表現在：
1）減少了機械故障，操縱更方便。電子節氣門控制系統沒有拉線，節氣門踏板與節氣門之間是電控，而不是機械控制，因此沒有機械磨損，減少了機械故障。
2）實現發動機全范圍的最佳扭矩的輸出，並且能精確控制節氣門開度。
3）節省燃料，改善了發動機的排放性能。ETC系統在各種情況下對空燃比進行精確控制，使燃燒更加充分，同時也降低了廢氣的產生；在怠速狀態下，節氣門保持在一個極小開啟角度來穩定燃燒，提高了燃油經濟性，排放也得到進一步控制。
4）具有更高的車輛行駛可靠性[3]。

缺點
主要表現在以下幾點：
1）汽車在起步時會產生油門遲滯現象。
2）非線性影響。
ETC控制系統存在各種非線性影響，除了彈簧非線性、粘滑摩擦及齒隙非線性等影響外，同時受到進氣流產生的非線性阻尼力以及進氣氣流的不穩定擾流阻矩的影響，導致常規PID控制不能精確地設定反饋的增益，影響控制的精確性。
3）成本高。
ETC系統采用了智能型傳感器、快速響應的執行器、高性能控制單元及冗余設計，所以使成本大幅度上升。

總結
電子節氣門系統ETC是汽車發動機電子控制系統的一個重要組成部分，對於提高汽車的動力性、可靠性、舒適性、便利性以及燃油經濟性，實現汽車的完全電控具有重要意義。可以預見，電子節氣門作為先進車輛控制與安全系統的關鍵技術之一，隨著汽車向安全、節能與環保的方向發展，必將與其他先進汽車控制技術一樣具有良好的應用前景。