祁克光（奇瑞汽車股份有限公司發(fā)動機工程研究院，安徽 蕪湖 241009）

1 步進電機介紹

節(jié)流閥體又叫節(jié)氣門體，可分為機械式節(jié)流閥體和電子式節(jié)流閥體。由于加速踏板和節(jié)流閥體之間通過機械拉線控制節(jié)氣門開度，所以稱之為機械式節(jié)流閥體。節(jié)氣門開度通過位置傳感器反饋給ECU，而怠速進氣量的控制只能通過ECU來控制怠速步進電機。機械式節(jié)流閥體控制結構如圖1所示。

電子式節(jié)流閥體控制結構如圖2所示。由于加速踏板開度請求以電信號反饋給ECU，ECU也是通過電信號來控制節(jié)流閥體的開度（驅動直流電機），并且接收節(jié)流閥體位置傳感器反饋信號進行閉環(huán)控制。

步進電機是出現(xiàn)在機械式節(jié)流閥體總成上的一個重要部件。下面簡單介紹步進電機的工作原理，圖3為步進電機的結構圖。步進電機主要由轉子和定子組成，絲杠機構將步進電機的旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，使閥心作軸向移動，改變閥心與閥座之間的間隙，安裝在節(jié)氣門上。步進電機有4個針腳和ECU相連，控制步進電機的正反轉。

步進電機結構決定了其失步必然不可避免（開環(huán)控制，沒有步數(shù)測量傳感器反饋給ECU），步進電機沒有位置反饋，ECU控制到多少步，步進電機執(zhí)行結果無法識別。另外，失步也與ECU控制策略和驅動頻率、驅動電壓有著重要的關系。從控制上來說，既希望步進電機以最快的速度按照ECU的指令工作，又不能太快而導致步進電機的失步。比如：當前汽車怠速步數(shù)為40步，此時突然打開空調(diào)，空調(diào)是電器負載中功率最大的設備，為了保證怠速的穩(wěn)定性，需要快速地從40步走到80步。由于空調(diào)負載增加是突然且迅速的，進氣量的補償如不能及時，將會導致瞬間轉速下跌，甚至熄火，所以這要求怠速步進電機的快速響應。但如果太快，則會導致步進電機失步。一般每走一步7～10ms頻率為最佳，低于7ms則易失步。

2 步進電機易失步工況

1）起動 點火鑰匙上電后，步進電機需要從初始位置到達目標位置，大約需要3 s左右。因此，點火鑰匙上電后不要急于起動車輛，有利于避免步進電機的失步。

2）停機 停機對于步進電機來說是最重要的工況，因為對于其它電控元器件來說，如節(jié)氣門位置，都是在上電進行自學習的，唯有步進電機的自學習在下電。當車輛點火鑰匙斷開，步進電機進行自學習，從當前位置到達最大步數(shù)，然后由最大步數(shù)自學習到0位置，再回到目標位置保存到ECU中，即完成怠速步進電機的自學習，大約需要10 s左右。怠速步進電機自學習流程圖如圖4所示。這個過程全部由ECU自動完成，不需要駕駛者刻意等待。僅僅需要注意的是，車輛熄火后，不要立即拔掉車輛蓄電池的電源，否則容易把自學習值丟失。當自學習完成，則會把自學習值保存在ECU中，無論斷電與否都會保存在ECU中。因此，當自學習值丟失的時候，需要駕駛者把點火鑰匙打到ON，然后斷開點火鑰匙10s左右，再次把鑰匙打到ON3s左右，即可重新自學習，可避免車輛運行中的失步。

3）駕駛中頻繁地加速和減速 由于步進電機是控制進氣量的，因此頻繁地加速和減速，步進電機也會根據(jù)需求不停地正轉、反轉，容易造成失步。

3 步進電機失步如何確認

步進電機是為怠速進氣量控制的，所以步進電機失步的確認也要在怠速工況下進行。當出現(xiàn)怠速高、怠速低的情況，就要考慮步進電機失步的可能性。當然，怠速偏高、偏低也與發(fā)動機的進排氣系統(tǒng)是否漏氣、節(jié)氣門0位置是否正常有關。如果我們排除這兩種情況，就可以基本判斷屬于步進電機失步了。以下用流程圖（圖5）的形式來描述步進電機失步是如何確認的。

步進電機失步確認流程應該由易到難去排查。

1）先檢查進氣系統(tǒng)是否有漏氣的情況，尤其是節(jié)流閥體和發(fā)動機之間的進氣系統(tǒng)。怠速工況節(jié)流閥體閥片全部關閉，只有怠速步進電機給發(fā)動機提供進氣量，如果出現(xiàn)漏氣的情況，將有多余的空氣進入發(fā)動機，ECU怠速控制會控制步進電機和點火角，以維持目標怠速。當漏氣情況嚴重，超過ECU控制范圍，將出現(xiàn)怠速偏高、加速無力等情況。這個檢查很容易，只要順著節(jié)流閥體后的進氣系統(tǒng)排查即可。

2）再檢查節(jié)氣門0位置是否異常。當節(jié)氣門0位置異常，如閥片關閉不嚴、節(jié)氣門0位置電壓過高（線束短路導致的0位置電壓超出ECU識別怠速的門限值），需要借助工具分析。使用萬用表測量節(jié)氣門位置傳感器的針腳電壓，或者使用診斷儀觀察怠速控制標志位是否復位，脫離怠速控制狀態(tài)。當?shù)∷贅酥緩臀?，ECU不再進行怠速控制，點火角會比怠速點火角大很多，所以怠速會偏高。當?shù)∷贅酥局梦?，表明ECU處于怠速控制狀態(tài)，可排除這方面的問題。

3）以上兩種情況排除后，基本就可以確定為步進電機失步。步進電機失步表征就是通過診斷儀讀取的怠速步進電機步數(shù)和點火角都異常。這個時候，可以通過熄火讓步進電機重新自學習，如再次起動，怠速恢復正常，可以確定為步進電機失步。

4 步進電機失步糾錯控制策略

雖然失步是很難避免的，但明白失步的確認和步進電機自學習方法，失步不再是嚴重問題。以下介紹一種由ECU自動識別失步并進行糾錯的控制策略。

步進電機失步糾錯的控制策略主要由兩部分組成，一部分是失步糾錯使能條件的判斷，另一部分就是計算實際步進電機步數(shù)進行糾正。

1）失步糾錯使能條件的判斷 在怠速工況下，如果怠速轉速過高或者過低（偏離目標怠速轉速），則對當前的進氣量（修正為通常狀態(tài)下：25℃&1個標準大氣壓）與步進電機對應的通常狀態(tài)下的進氣量進行比較，當偏差超過限制值時，步進電機失步糾錯使能。步進電機失步糾錯使能條件邏輯圖如圖6所示。

2）步數(shù)糾錯 圖7為步進電機失步糾錯控制邏輯圖。當前怠速的實際進氣總量減去節(jié)流閥體的漏氣量，可獲得通過步進電機的進氣量；由步進電機流量特性曲線，可獲得步進電機當前應該處于的步數(shù)，即步進電機修正值。一旦失步糾錯使能條件成立，就把步進電機修正值取代當前的步進電機步數(shù)，賦給ECU來進行步數(shù)糾錯。

5 結束語

雖然電子節(jié)流閥體不存在步進電機失步的問題（電子節(jié)流閥體沒有步進電機，只有直流電機驅動節(jié)氣門閥片，其怠速進氣量控制也是通過ECU電信號直接驅動節(jié)流閥體，且具有節(jié)流閥位置反饋信號給ECU，可實現(xiàn)閉環(huán)控制），并且形成一種技術趨勢（奇瑞除QQ3、旗云及開瑞微車系列采用機械節(jié)流閥體外，瑞虎、A3等車型已采用電子節(jié)流閥體），但就目前中國市場而言，機械式的節(jié)流閥體仍舊占據(jù)較大的市場份額。認識步進電機失步的機理，可以讓我們簡單地應付失步的問題。本文的步進電機失步糾正控制策略，也能為我們解決失步故障提供一種簡單且自動化的處理方案。