黃玉平　曹石　魏倩雯

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)節(jié)氣門(mén)異常的方法，利用通過(guò)傳感器采集的實(shí)際進(jìn)氣流量來(lái)校驗(yàn)通過(guò)節(jié)氣門(mén)相關(guān)參數(shù)計(jì)算的進(jìn)氣流量，如果兩者的相對(duì)偏差在積分累加后超過(guò)一定范圍，則說(shuō)明當(dāng)前節(jié)氣門(mén)存在異常，并且本方法考慮到了故障檢測(cè)的使能條件，防止誤判。

關(guān)鍵詞：節(jié)氣門(mén)異常 進(jìn)氣流量 診斷方法

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

上世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)行電子節(jié)氣門(mén)研究工作，產(chǎn)品在80年代陸續(xù)問(wèn)世，比如在寶馬轎車(chē)上也開(kāi)始裝置ETC，90年代豐田研制了ETC系統(tǒng)ETCS[1]，進(jìn)而豐田在保留原機(jī)械控制的ETCS系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展到智能控制的ETCS-I系統(tǒng)[2]。

2 發(fā)展趨勢(shì)

電子節(jié)氣門(mén)的發(fā)展大致可分為三個(gè)方面：

2.1 向集成化和綜合控制方向發(fā)展

在電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)中集成化和綜合控制是必然的發(fā)展趨勢(shì)，而且也是整個(gè)汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)，使制造成本降低，并且能夠使各系統(tǒng)之間的信息交流更加順暢增強(qiáng)?，F(xiàn)有的ETC系統(tǒng)在集成化和集中控制方向發(fā)展主要有：將怠速控制、降低換檔沖擊控制、巡航控制、節(jié)氣門(mén)回位控制以及車(chē)輛穩(wěn)定性控制等多種功能集成;或者是將防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)集成一起，進(jìn)行綜合制動(dòng)控制。

2.2 結(jié)合多種控制方法進(jìn)行綜合控制

采用此種多控制策略相結(jié)合的方式，可以有效提升ETC系統(tǒng)的控制精度及響應(yīng)速度。由線(xiàn)性控制到非線(xiàn)性控制，由單一模式控制到多模式控制，由傳統(tǒng)的PID控制到傳統(tǒng)PID結(jié)合現(xiàn)代控制理論的控制是目前的主要發(fā)展方向。

2.3 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)、總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用

目前ETC等電控系統(tǒng)越來(lái)越多的在汽車(chē)上應(yīng)用，需要大量的傳感器和電子控制單元，這就導(dǎo)致越來(lái)越復(fù)雜的整車(chē)控制電路以及越來(lái)越多的導(dǎo)線(xiàn)數(shù)量，而且要求各個(gè)系統(tǒng)的信息資源能夠共享，這些都對(duì)汽車(chē)的綜合布線(xiàn)和信息共享提出了更高要求?，F(xiàn)在國(guó)際上普遍采用的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是CAN總線(xiàn)控制器局域網(wǎng)。

3 節(jié)氣門(mén)工作原理

節(jié)氣門(mén)的作用是控制空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，是一道可控閥門(mén)，空氣進(jìn)入進(jìn)氣管后會(huì)和汽油混合變成可燃混合氣，從而燃燒完成做功。節(jié)氣門(mén)是當(dāng)今電噴車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)最重要的部件之一，它的上部連接空氣濾清器空氣格，下部連接發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，相當(dāng)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的咽喉。節(jié)氣門(mén)的臟污程度與汽車(chē)加速是否靈活有很大的關(guān)系，節(jié)氣門(mén)清潔可以降低油耗，并且可以使發(fā)動(dòng)機(jī)靈活且動(dòng)力強(qiáng)勁。節(jié)氣門(mén)主要包括傳統(tǒng)拉線(xiàn)式和電子節(jié)氣門(mén)兩種：（1）傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)工作是通過(guò)拉索（軟鋼絲）或者拉桿，一端與油門(mén)踏板連接，另一端連接節(jié)氣門(mén)連動(dòng)板而實(shí)現(xiàn)操縱;（2）電子節(jié)氣門(mén)的工作主要依靠節(jié)氣門(mén)位置傳感器，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所需能量，控制節(jié)氣門(mén)的開(kāi)啟角度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)氣量的大小[3]。

4 節(jié)氣門(mén)故障

在汽油機(jī)以及天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中節(jié)氣門(mén)作為進(jìn)氣系統(tǒng)的核心零部件，其主要作用是控制空氣或者混合氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的流量大小，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)性能指標(biāo)。在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中節(jié)氣門(mén)會(huì)出現(xiàn)位置傳感器信號(hào)漂移、回位彈簧老化、積碳以及異物卡滯等情況，上述情況下只有在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)ECU才能檢測(cè)出來(lái)故障，對(duì)于輕微的故障或者異常如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)進(jìn)一步影響發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)性能指標(biāo)，如動(dòng)力不足、油耗增加等。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)節(jié)氣門(mén)異常的方法，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提醒用戶(hù)檢修保養(yǎng)。

5 故障檢測(cè)方法

主要技術(shù)方案是采用某種算法校驗(yàn)不同計(jì)算方式下的進(jìn)氣流量差異程度，進(jìn)一步反映當(dāng)前節(jié)氣門(mén)是否正常。具體實(shí)施方案如下：

（1）將以節(jié)氣門(mén)相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到的進(jìn)氣流量定義為變量A，A的具體數(shù)值是根據(jù)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、節(jié)氣門(mén)前后壓差以及節(jié)氣門(mén)口徑等參數(shù)通過(guò)節(jié)流公式計(jì)算得到的，將通過(guò)流量傳感器或者節(jié)氣門(mén)后壓力傳感器真實(shí)采集計(jì)算的實(shí)際進(jìn)氣流量定義為變量B。

（2）本文默認(rèn)通過(guò)流量傳感器或者節(jié)氣門(mén)后壓力傳感器計(jì)算得到的實(shí)際流量B為準(zhǔn)確值來(lái)校驗(yàn)變量A的有效性，從而推導(dǎo)出節(jié)氣門(mén)是否異常。

（3）檢測(cè)機(jī)理：正常情況下，變量A和B是幾乎相等的，如果A和B在一定時(shí)間內(nèi)的偏差因子C大于等于標(biāo)定量1或者小于等于標(biāo)定量2，則說(shuō)明節(jié)氣門(mén)存在異常，需要觸發(fā)故障提醒用戶(hù)檢修或保養(yǎng)。

（4）將變量A和B計(jì)算的偏差因子定義為C，其含義為A與B差值與目標(biāo)A的比值的積分累加值，用來(lái)反映一定時(shí)間t內(nèi)兩者的偏差情況，其計(jì)算方法如下：，其中t是該積分功能每次使能的時(shí)間。該變量C的初始值設(shè)定為1，每次T15下電時(shí)該變量存入EEPROM，下次上電后從EEPROM中讀取該數(shù)值參與積分運(yùn)算。

（5）由于在一些特定工況下，如啟動(dòng)階段、低負(fù)荷工況以及相關(guān)傳感器故障時(shí)，流量A、B本身存在一定的偏差，為避免該類(lèi)工況對(duì)故障和積分的判斷產(chǎn)生影響，所以將該故障判斷以及偏差因子C的積分加上使能條件D，使能條件D滿(mǎn)足時(shí)使能故障檢測(cè)和積分計(jì)算，使能條件D主要包括：①發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi);②無(wú)節(jié)氣門(mén)相關(guān)故障;③無(wú)節(jié)氣門(mén)前后溫度壓力及流量傳感器故障;④油門(mén)踏板開(kāi)度大于一定數(shù)值等。

具體的控制流程圖如圖1。

6 結(jié)語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)此方案無(wú)需額外增加傳感器執(zhí)行器，不增加成本，并且可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門(mén)在嚴(yán)重故障前的預(yù)判斷，判斷出節(jié)氣門(mén)異常，提醒用戶(hù)提前檢修保養(yǎng)，以免造成發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能惡化造成的動(dòng)力不足、油耗高等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱盛.電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].汽車(chē)化油器，1996（2）：1.

[2]劉漢軍，王慧.豐田智能電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)[J].汽車(chē)與配件，2000（29）：1-2.

[3]郭孔輝，付皓，丁海濤.汽車(chē)電子節(jié)氣門(mén)控制器開(kāi)發(fā)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2008，8（2）：446-450.

作者簡(jiǎn)介：黃玉平：（1986.05—），碩士，工程師，濰柴動(dòng)力股份有限公司。研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)。

曹 石：（1987.11—），碩士，高級(jí)工程師，濰柴動(dòng)力股份有限公司。研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)及智能檢測(cè)技術(shù)研究。

魏倩雯：（1988.09—），碩士，工程師，濰柴動(dòng)力股份有限公司。研究方向：燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)研究。