论文导读：汽车电子节气门技术(ElectronicThrottleControl。电机式节气门执行器的优点在于克服了原先在机械节气门时。
关键词：电子节气门，执行器
汽车电子节气门技术(Electronic Throttle Control，ETC)是伴随汽车电子驱动理念(Drive-by-Wire)而诞生的。论文格式。它摒弃了传统节气门踏板采用钢丝绳或杠杆机构与发动机节气门间的直接的机械连接，通过增加相应的传感器和电控单元，实时精确控制节气门开度。ETC可实现发动机扭矩控制和精确空燃比控制，有助于提高汽车行驶的动力性、平稳性、经济性以及降低排放污染，备受业内人士重视。目前，ETC被广泛地运用于汽车的驱动防滑控制(ASR)、巡航控制(CCS)、车辆稳定性控制(VSC)及自动变速控制(AMT)等汽车动力控制系统中，并逐渐成为高档轿车的标准配置。
一、发展的制约因素
1)控制系统复杂，精确控制困难。ETC系统与ASR、CCS及VSC等多种系统相连，需要控制的参数多，控制逻辑复杂。论文格式。ETC系统本身存在非线性阻尼特性，进气扰流阻力矩不稳定等因素，传感器等工作部件在使用过程中存在机械磨损和可靠性变差等问题。
2)在进行多种控制功能集成时，各控制系统之间需采用信息融合技术，即将ASR、CCS及VSC系统所需要的各传感器信号有机地融合起来，实现资源共享，各个系统间的相互关系，提高控制系统的稳定性和可靠性。
3)ETC设计需要充分考虑不同驾驶员的驾驶个性和车辆的行驶环境。目前对汽车的减速、怠速、定速和加速控制还存在一定难度，这个问题的解决还需依靠驾驶行为学理论、神经网络控制理论(人工智能)和汽车电子技术的进一步发展来共同解决。
4)驾驶员主观偏见与成本居高不下也是阻碍ETC广泛应用的瓶颈。驾驶员习惯于人工操纵节气门，有的误认为机械连接操纵节气门更为理想，安全可靠。ETC采用了传感器、控制单元、驱动器以及冗余设计，使之成本较高，使得ETC目前只装配在高档轿车上。所以降低ETC产品的价格是当前研究的重要任务之一。
二、发展的关键技术
1)由单一功能向多种功能的集成发展集成化不仅是ETC系统的发展方向，也是各种汽车电子控制系统的发展方向。它有助于降低成本，增强各系统间的内在联系，充分利用车辆各种信息，从而进一步提高系统的稳定性和可靠性。最初的ETC设计是为了发动机扭矩控制和空燃比控制，现代的ETC系统已经向多功能集成化方向发展，如集成了怠速控制、牵引力控制、减少换档冲击控制、节气门回位控制、巡航控制及车辆稳定性控制等多种功能。
2)综合多种控制策略，为提高节气门的控制精度及反应速度，采取多种控制方法进行综合控制。目前的发展方向是从经典的PID控制发展到采用PID与现代控制方法相结合的控制算法，从线性控制发展到非线性控制，从单一模式控制发展到多模式控制。有些学者将多模态控制、模糊神经网络控制及滑模变结构控制等方法引入到ETC控制中，但是这些理论本身还有待完善和发展。
3)系统设计注重安全可靠性，具有自诊断和失效保护功能节气门是发动机控制的关键部件，因此在提高控制精度和进行集中控制的同时，必须注重ETC系统的安全可靠性，提高系统的故障自诊断和容错能力。如采取冗余设计的软／硬件控制器，能在系统出现故障时自动启用故障安全保护模式，使汽车在安全模式下能正常工作。因此，采用冗余设计，提供及时的故障隔离及系统重构功能，将是今后ETC系统发展的必然趋势。
4)控制器局域网CAN的应用，随着ETC等电控系统在汽车上的广泛应用，车载ECU与传感器数量越来越多，导致整车电路繁琐复杂、线束多、重量大及成本高。汽车局域网CAN总线，只用两根信号线就可与其它带有CAN的电子设备相连接，能以共享方式传送多种控制信息，实现真正意义上的数据共享。论文格式。因此，将CAN总线应用于ETC系统设计也是今后的发展方向。
三、电机式汽车节气门执行器的工作原理
电子节气门一方面执行来自电控单元的指令调节节气门开度以控制进气量，同时还可以输出反映节气门位置的信号，供系统监控节气门的实际开度。
电子节气门有两个电位器作为位置传感器，其电阻值随节气门位置的改变而变化。当加入+5V电压后，转化为与电阻值相应变化的电压输出。这两个电位器连同加速踏板上监控踏板运动行程的两个电位器，构成了整个电子节气门监控功能的一部分，能提供系统控制所期望的冗余度。
与拉线式节气门总成相比较，电子节气门开启角度不再由节气门踏板拉索控制。节气门踏板通过拉索控制节气门踏板位置传感器，该传感器只是以电压信号反映车主的力矩指令，而不是节气门的实际开度。电子节气门轴上的双轨道节气门电位计用来检测节气门的准确开度，此开度与车主的意图（加速、减速）并不完全一致。此外，怠速调节阀也被取消，由电子节气门直接进行怠速调节。
计算机精确控制电子节气门的开启以便满足空调、自动变速箱、平稳性动态控制、车速调节、发动机冷却等功能的需要。这是一种新的发动机负荷管理系统，可以最好地管理发动机的力矩。节气门位置由发动机各项功能的需求来确定，当各项功能需求同时出现时，计算机按照内部的各种优先级别决定，并由计算机来控制打开到某一开度，以满足优先级别最高的这项功能的需求。
四、电机式节气门执行器的优点
在传统汽车发动机节气门系统中，节气门踏板和节气门之间是刚性连接，操纵机构是通过拉索(软钢丝)或者拉杆，一端连接加速踏板．另一端连接节气门连动板而工作。这种传统机械式节气门开度完全受控于加速踏板开度，即取决于驾驶员的操作，所以并不总是在最佳运行状态，它的应用也受到了很多限制，并且缺乏精确性。在汽车电子技术和计算机技术飞速发展的情况下，电子节气门应运而生。与传统节气门相比，电子节气门明显的优点是可以用线束来代替拉索或者拉杆，在节气门旁边安装一只微型直流电动机，用电动机来驱动节气门开度，即所谓的“导线驾驶”．用导线代替了原来的机械传动机构，可以根据加速踏板移动量及其变化率解析驾驶意图，获取节气门转角的基本期望值，并且通过采集各种传感器信号，得到当前发动机工况参数信息，经过控制器的运算和处理，发出指令，驱动电子节气门，使节气门开度在各种工况下处于最佳状态．由此获得优良的发动机性能。
电机式节气门执行器的优点在于克服了原先在机械节气门时，发动机控制系统只能对怠速和定速巡航进行控制的局限性，转而成为对发动机全工况进行控制，也就是说原先由于驾驶员踩住了节气门踏板，控制系统无法按照所接收到的扭矩信号控制节气门进行动力匹配，在使用了电子节气门后这种情况得到了改变，由于节气门仅靠一电机带动，驾驶员踩节气门踏板只是为控制系统提供踏板位置的信息，控制系统参考这个信号，并根据各种工况的需求包括燃油经济性，排放等等进行运算后，来确定节气门的开度位置。这样使动力匹配得以精确。所以电子节气门与原来的机械节气门是完全不同两个概念，在打开点火开关踩节气门踏板和发动机运转时踩节气门踏板所看到的节气门开度情况是不同的。在打开点火开关踩节气门时，节气门会随着踏板的逐渐踩下而开大；在运转时，节气门开度并不随节气门踏板的踩下而改变，而是受控制系统来控制，有可能你节气门踏板踩得不大，但因为动力匹配需求节气门是全开的，这和开头所介绍的是一致的，所以不要以为是故障。发动机控制系统主要是根据改变节气门位置，喷油时间，点火提前角来匹配因三元催化预热、怠速、排放控制，速度限制、动力限制、自动变速箱换挡点、制动系统（牵引力控制，发动机制动）、空调，巡航控制等带来的扭矩的变化。
综上所述，机电一体化结构逐步取代组合式结构，智能化控制技术逐步取代纯电子控制技术，带通信技术功能的逐步取代不带通信技术的，数字控制方式逐步取代传统的模拟控制方式，运用红外遥控的非接触式调试技术逐步取代接触式手动调试技术，等等。我国目前新一代符合现场总线的智能电动执行器产品，是执行机构今后发展的必然趋势，它的成功研究与应用给电动执行器的进一步发展打下了良好的基础，并将给智能电动执行器带来广阔的市场发展前景。
参考文献：
[1]舒华，姚国平等编.汽车电器与电子技术.北京：机械工业出版社，2004
[2]李发海，王岩等编.电机与拖动基础.第二版，北京：清华大学出版社，1994
[3]徐灏，蔡春源，严隽琪，汪恺，周士昌.机械设计手册.第二版，第四卷，北京：机械工业出版社，2001
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