豐田智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)性能分析

劉國(guó)新，王曉華

（1.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050091；2.石家莊公路主樞紐西王客運(yùn)站，河北 石家莊 050081）

電子節(jié)氣門是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的重要組成部分，是汽車眾多新技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛和成熟的前沿技術(shù)之一。從2004年起至今，豐田公司已在豐田轎車全系范圍內(nèi)完成了豐田公司最新研發(fā)的第2代智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)ETCS-I（Electronic Throtlle Control System-intelligence）的普及應(yīng)用。由于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)巧妙、性能可靠、技術(shù)先進(jìn)，使豐田轎車在經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力、安全、舒適等性能方面都有了很大提升。為幫助廣大維修人員深入全面地了解該系統(tǒng)，本文就該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、工作性能與故障診斷做以下闡述和分析。

1 豐田ETCS-I系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

豐田ETCS-I系統(tǒng)是豐田轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的組成部分，它主要由傳感器、執(zhí)行器和控制單元3部分組成，如圖1所示。

1.1 傳感器

傳感器包括加速 （油門）踏板位置傳感器 （Ac celerator Pedal Position Sensor，簡(jiǎn)稱 APPS，見圖

2）和節(jié)氣門位置傳感器 （Throttle Position Sensor，簡(jiǎn)稱TPS，見圖3），均采用雙傳感器設(shè)計(jì)。加速踏板位置傳感器安裝在加速踏板總成內(nèi)，通過導(dǎo)線直接將信號(hào)傳送至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，這樣不再由油門拉索來(lái)控制節(jié)氣門的轉(zhuǎn)動(dòng)，而改由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，亦即所謂的電子油門 （現(xiàn)在的ETCS-I系統(tǒng)為第2代產(chǎn)品，第1代ETCS-I系統(tǒng)的加速踏板位置傳感器的安裝位置在節(jié)氣門體上，通過油門拉線來(lái)控制，但并非用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門）。節(jié)氣門位置傳感器在節(jié)氣門體內(nèi)，用來(lái)感知節(jié)氣門的開度。與眾不同的是這2種傳感器豐田均采用非接觸的雙霍爾式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常精巧，這種設(shè)計(jì)由于沒有采用傳統(tǒng)的接觸式滑膜電阻，使傳感器沒有了磨損，具有使用壽命長(zhǎng)、信號(hào)輸出精度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，為發(fā)動(dòng)機(jī)精確控制奠定了非常好的基礎(chǔ)條件。

1.2 執(zhí)行器

執(zhí)行器是指節(jié)氣門體，主要包括節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、節(jié)氣門位置傳感器和節(jié)氣門等，如圖4所示。早期電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在節(jié)氣門體上主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速控制，而并非直接用于節(jié)氣門的驅(qū)動(dòng)，且怠速機(jī)構(gòu)種類和形式繁多，使得節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制不夠精準(zhǔn)，性能不佳。節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)采用直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是響應(yīng)快、耗能低。由于采用無(wú)連桿式節(jié)氣門體，使得節(jié)氣門體的結(jié)構(gòu)變得極為簡(jiǎn)單，但控制精準(zhǔn)，功能完備。

1.3 電子控制單元

智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)屬于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)功能 （子系統(tǒng)），發(fā)動(dòng)機(jī)ECU采集各傳感器信號(hào)，通過程序設(shè)定的占空比電流直接控制節(jié)氣門電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過兩級(jí)減速后驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門轉(zhuǎn)動(dòng)，完成節(jié)氣門各種角度的開啟。豐田召回門事件后，美國(guó)交通安全委員會(huì)組織專家歷時(shí)近1年時(shí)間，對(duì)該系統(tǒng)長(zhǎng)達(dá)28萬(wàn)行的控制程序進(jìn)行了分析和研究，力圖找出ETCS-I系統(tǒng)控制程序的缺陷，最終確認(rèn)豐田ETCS-I系統(tǒng)的控制程序不存在任何問題。

2 豐田ETCS-I系統(tǒng)的性能特點(diǎn)

采用ETCS-I之后，它能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)等各個(gè)控制系統(tǒng)的每個(gè)工作范圍提供最佳的節(jié)氣門控制。

1）加速踏板位置傳感器APPS檢測(cè)加速踏板位置 （駕駛員施加的踩踏力控制），轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)加速踏板位置傳感器APPS的輸入信號(hào)和其他ECU （如ABS、TRC、VSC等）的傳送信號(hào)，來(lái)計(jì)算適合于每個(gè)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的最佳節(jié)氣門開啟位置，通過節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)來(lái)控制節(jié)氣門開啟角度，為節(jié)氣門開度控制的主控信號(hào)。

3）節(jié)氣門位置傳感器TPS檢測(cè)節(jié)氣門的開啟角度，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳送至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，用來(lái)確認(rèn)節(jié)氣門開啟是否達(dá)到所需位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的精確控制。

4）具有怠速控制功能，這種類型的怠速控制也稱為由全程電動(dòng)機(jī)控制的節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制機(jī)構(gòu)。為了維持一個(gè)理想的怠速，可通過發(fā)動(dòng)機(jī)ECU來(lái)控制節(jié)氣門開度。

5）結(jié)合其他控制系統(tǒng)，如自動(dòng)變速器ECT、怠速控制系統(tǒng)ISC、巡航控制系統(tǒng)CCS、牽引力控制系統(tǒng)TRC、車輛制動(dòng)防滑控制系統(tǒng)VSC、制動(dòng)優(yōu)先系統(tǒng)BOS等各系統(tǒng)，ETCS-I能夠在所有操作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常好的節(jié)氣門控制和舒適度，將節(jié)氣門控制在適合于所有工況的最佳開度。比如，①牽引力控制系統(tǒng)TRC對(duì)節(jié)氣門的控制，作為TRC系統(tǒng)部分，如果驅(qū)動(dòng)輪滑移過多，根據(jù)來(lái)自制動(dòng)防滑控制ECU的請(qǐng)求信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU將節(jié)氣門關(guān)閉，這樣便于車輛保持穩(wěn)定和一定的驅(qū)動(dòng)力；②車輛制動(dòng)防滑控制VSC協(xié)調(diào)控制，為了使VSC系統(tǒng)控制的效果最佳，可通過制動(dòng)防滑控制ECU的有效協(xié)調(diào)控制來(lái)控制節(jié)氣門開度；③巡航控制CCS，巡航控制ECU可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的一個(gè)子系統(tǒng)，與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU成—個(gè)整體，直接驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門來(lái)進(jìn)行巡航控制操作，這樣使得巡航控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得極為簡(jiǎn)單，即使是后加裝也極為便捷；④在豐田召回門事件后，豐田開始加裝制動(dòng)優(yōu)先系統(tǒng)BOS，由于采用了ETCS-I，使得加裝起來(lái)很簡(jiǎn)單。通過對(duì)計(jì)算機(jī)程序修改等簡(jiǎn)單改裝后，當(dāng)遇到緊急制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先實(shí)施車輪制動(dòng)，同時(shí)制動(dòng)ECU向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出請(qǐng)求指令，解除加速踏板位置傳感器的信號(hào)控制，減小節(jié)氣門的開度，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率與轉(zhuǎn)矩，車速迅速降低，確保安全，這是對(duì)車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)的又一提升。

6）ETCS-I也能夠?qū)崿F(xiàn)像拉線型節(jié)氣門體一樣，節(jié)氣門的開啟角度根據(jù)加速踏板的作用力不斷變化而改變這一目的。但是區(qū)別在于這種控制不再是線性控制 （即節(jié)氣門的開啟角度與駕駛員的踩踏力成正比），而是非線性控制，非線性控制將節(jié)氣門控制在適于行駛條件的最佳節(jié)氣門開度，行駛條件如加速踏板的下量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)ECU能夠根據(jù)既定目標(biāo)通過程序來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全和排放等方面的最佳控制。

7）萬(wàn)一出現(xiàn)異常情況，這個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為應(yīng)急模式，并具有自診斷功能。

由于ETCS-I系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是豐田在高端車（如新皇冠、雷克薩斯）上采用了多路通信系統(tǒng)MPX（由多個(gè)局域網(wǎng)構(gòu)成的系統(tǒng)）之后，在發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、底盤以及車身控制等方面都發(fā)揮了重要作用，它的作用得到了充分?jǐn)U展，實(shí)現(xiàn)了車輛的綜合控制，這是非電子油門無(wú)法達(dá)到和實(shí)現(xiàn)的。ETCS-I系統(tǒng)的應(yīng)用使車輛性能在各個(gè)方面都得到了提升，但是這只是豐田眾多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用之一，并不是單靠這一個(gè)系統(tǒng)能夠完成的，需要各個(gè)控制系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)和配合，從而實(shí)現(xiàn)車輛的綜合控制，這也是車載局域網(wǎng)的應(yīng)用目的和顯著特點(diǎn)。

3 豐田ETCS-I系統(tǒng)的工作特點(diǎn)

需要進(jìn)一步明確的是，ETCS-I系統(tǒng)的真正歸屬仍然屬于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。下面就ETCS-I系統(tǒng)各主要元件的工作特性作簡(jiǎn)要介紹。以下數(shù)據(jù)測(cè)量車型為2007年5月由天津一汽豐田生產(chǎn)的2.5L銳志，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為5GR-FE，ETCS-I系統(tǒng)由日本電裝公司DENSO生產(chǎn)。

3.1 加速踏板位置傳感器

加速踏板位置傳感器采用了雙霍爾式，即主副2個(gè)霍爾IC對(duì)置，結(jié)構(gòu)如圖2所示，連接電路及輸出特性如圖5所示。VPA、VPA2為輸出端子，VCPA、VCP2端子為5V電源端子，EPA、EPA2為搭鐵端子，傳感器連接器端子數(shù)為6針。當(dāng)駕駛員踩踏加速踏板時(shí)，磁鐵隨踏板一起轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過每個(gè)霍爾元件的磁場(chǎng) （磁通量）發(fā)生變化而輸出霍爾電壓。

1）從圖5曲線可以看出，2個(gè)霍爾元件的輸出電壓信號(hào)均為線性輸出 （為模擬型電壓信號(hào)，而非直接輸出數(shù)字信號(hào)），即輸出特性曲線為一直線，說(shuō)明輸出電壓與加速踏板的下壓角度成正比。

2）兩輸出為同向型，輸出電壓均隨著加速踏板的下壓角度增大而增大。

3）2條輸出線平行，直線平行說(shuō)明在加速踏板下壓過程中，2個(gè)霍爾元件輸出之差應(yīng)為一常數(shù)。怠速時(shí)實(shí)際測(cè)量，VPA=0.73 V，VPA2=1.53 V，差值為0.8V，加速時(shí)差值不變；數(shù)據(jù)流顯示電壓比為VPA=14.6%，VPA2=30.6%，即測(cè)量值與電源電壓5V之比，且加速時(shí)比值差值16%保持不變。

4）只要點(diǎn)火開關(guān)置于IG（也稱為ON）檔，不管發(fā)動(dòng)機(jī)是否起動(dòng)均有輸出，與怠速時(shí)相同。

5）怠速請(qǐng)求信號(hào) （或稱為怠速主控信號(hào)）電壓分別為0.7V和1.5V，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制需要通過加速踏板位置傳感器和節(jié)氣門位置傳感器的信號(hào)來(lái)控制和確認(rèn)，其中加速踏板位置傳感器的信號(hào)為主控信號(hào)，節(jié)氣門位置傳感器的信號(hào)為檢測(cè)確認(rèn)信號(hào)。

加速踏板位置傳感器采用雙傳感器的設(shè)置方式，主要目的是為了能夠通過2個(gè)傳感器的輸出電壓的變化快慢對(duì)比，來(lái)反映駕駛員加速快慢的意圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制；如果其中一個(gè)傳感器失效，ECU通過對(duì)比確認(rèn)后啟動(dòng)失效安全模式，并采用另一個(gè)傳感器的信號(hào)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.2 節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器與加速踏板位置傳感器相似，也采用了主副2個(gè)霍爾IC對(duì)置的方式，結(jié)構(gòu)如圖3所示，連接電路及輸出特性如圖6所示。VTA、VTA2為輸出端子，VC為5V電源端子，E2為搭鐵端子，電源和搭鐵端子為2個(gè)霍爾元件共用，節(jié)氣門體連接器端子數(shù)為6針，另2針為M+和M-，為節(jié)氣門電動(dòng)機(jī)的連接端子。當(dāng)節(jié)氣門電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鐵隨齒輪和節(jié)氣門一起轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過每個(gè)霍爾元件的磁場(chǎng) （磁通量）發(fā)生變化而輸出霍爾電壓。

1）2個(gè)霍爾元件的輸出電壓信號(hào)也為線性輸出，輸出特性曲線也為直線，說(shuō)明輸出電壓與節(jié)氣門的開度成正比 （注意這與發(fā)動(dòng)機(jī)的非線性控制并不矛盾）。

2）兩輸出為同向型，即輸出電壓均隨著節(jié)氣門開度增大而增大。

3）2條輸出線不平行，說(shuō)明在節(jié)氣門開啟過程中，2個(gè)霍爾元件輸出之差不是常數(shù)。怠速時(shí)實(shí)際測(cè)量，VTA=0.8 V，VTA2=2.4 V，差值為1.6 V，加速時(shí)，差值在節(jié)氣門開度約為70%以前逐漸增大，之后逐漸變?。粩?shù)據(jù)流顯示電壓比為VTA=16%，VTA2=48%，即測(cè)量值與電源電壓5V之比，且加速時(shí)比值差值逐漸增大，直至VTA2=5V，分析認(rèn)為以此作為劃分負(fù)荷大小的依據(jù)。

4）只要點(diǎn)火開關(guān)置于IG（也稱為ON）檔，不管發(fā)動(dòng)機(jī)是否起動(dòng)均有輸出。

5）怠速檢測(cè)信號(hào) （即怠速確認(rèn)信號(hào)）電壓分別為0.8V和2.4V，因節(jié)氣門位置傳感器中沒有怠速開關(guān)，怠速狀態(tài)需要通過節(jié)氣門位置傳感器的檢測(cè)值來(lái)確認(rèn)，即所謂的軟信號(hào)。

6）節(jié)氣門全關(guān)，確認(rèn)電壓0.7V （學(xué)習(xí)值）。

節(jié)氣門位置傳感器采用雙傳感器的設(shè)置方式，也是為了能夠通過2個(gè)傳感器的輸出電壓差值的變化來(lái)反映發(fā)動(dòng)機(jī)加速的快慢；如果其中一個(gè)傳感器失效，ECU通過對(duì)比確認(rèn)后啟動(dòng)失效安全模式，并采用另一個(gè)傳感器的信號(hào)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.3 節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)

豐田ETCS-I系統(tǒng)采用的是響應(yīng)快、耗能低的DC電動(dòng)機(jī)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)的電流占空比來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度。電動(dòng)機(jī)的2個(gè)連接端子為M+和M-，與節(jié)氣門位置傳感器同在節(jié)氣門體連接器上，端子數(shù)為6針。

1）在怠速后的發(fā)動(dòng)機(jī)控制過程中，節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)的電流流向是從M+→M-，M+和M-兩端子電壓波形如圖7所示 （某一轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)定）。

2）電流的占空比增大，節(jié)氣門開度變大，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增高，數(shù)據(jù)流電流值為0.5A。

3）特別是無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速如何變化，怠速后節(jié)氣門電動(dòng)機(jī)的電流頻率并不發(fā)生變化，或者說(shuō)周期一定 （通過測(cè)量為1ms），變化的是占空比。

4）示波器顯示怠速時(shí)流經(jīng)節(jié)氣門電動(dòng)機(jī)的電流反向，即電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，通電時(shí)間約為2ms，數(shù)據(jù)流讀數(shù)占空比為18% （即0.18ms），周期仍然為1ms不變，節(jié)氣門開度保持在6°開度，波形如圖8所示。

5）即使發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng)，只要接通點(diǎn)火開關(guān)，踩踏加速踏板，節(jié)氣門電動(dòng)機(jī)就會(huì)有電流通過，節(jié)氣門也會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在清洗節(jié)氣門時(shí)可以不用起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)氣和冷卻液可以起到冷卻作用，但也要注意，不要長(zhǎng)時(shí)間讓電動(dòng)機(jī)通電，以免燒毀。

6）電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于節(jié)氣門回位彈簧的轉(zhuǎn)矩時(shí)，節(jié)氣門連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)氣門開大；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩等于節(jié)氣門回位彈簧的轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，節(jié)氣門開度不變；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩小于節(jié)氣門回位彈簧的轉(zhuǎn)矩時(shí)，在回位彈簧的作用下節(jié)氣門關(guān)小，此時(shí)即使電流為正向，電動(dòng)機(jī)也會(huì)反轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)無(wú)論電動(dòng)機(jī)如何轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)始終通有占空比電流，這就是為什么在接通點(diǎn)火開關(guān)后，能夠聽到電動(dòng)機(jī)響的原因，但電動(dòng)機(jī)不一定轉(zhuǎn)動(dòng)，因頻率較高，看不出節(jié)氣門在振動(dòng)，鑒于此，筆者給這種直流電動(dòng)機(jī)按用途命名為轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)。

4 豐田ETCS-I系統(tǒng)的故障診斷

豐田ETCS-I系統(tǒng)的常見故障主要為傳感器失效、線路連接不良以及節(jié)氣門臟污引起的怠速不良等。當(dāng)發(fā)生傳感器失效、線路連接不良等故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU會(huì)自動(dòng)啟用失效安全保護(hù)模式，以確保行車安全，并讓車輛能夠繼續(xù)低速行駛到維修站進(jìn)行維修，避免了拖車，給用戶提供了方便。

4.1 加速踏板位置傳感器失效

當(dāng)加速踏板位置傳感器損壞或線路連接不良，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU視為失效，啟用失效安全模式 （fail safe mode），也叫做應(yīng)急模式。設(shè)置故障后踩踏加速踏板，若其中一個(gè)信號(hào)失效，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制節(jié)氣門的開度能夠在怠速和全開之間變化，怠速后的最高轉(zhuǎn)速能夠升至6500r／min，但發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升反應(yīng)遲緩；若2個(gè)信號(hào)都失效，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU就會(huì)把節(jié)氣門的開度控制在怠速開度，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1100 r／min（為快怠速），此時(shí)即使再踩踏加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也沒有變化，車輛能夠低速行駛。以上故障發(fā)生時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU出現(xiàn)故障碼，同時(shí)點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈。故障碼DTC及含義見表1。

4.2 節(jié)氣門位置傳感器失效

當(dāng)節(jié)氣門位置傳感器損壞或線路連接不良，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU啟用失效安全模式。設(shè)置故障后檢測(cè)，不論其中1個(gè)信號(hào)失效還是2個(gè)信號(hào)都失效，即使踩踏加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也能夠變化，最高轉(zhuǎn)速也能夠接近2000r／min （實(shí)測(cè)值為1800r／min）， 但節(jié)氣門的開度卻維持在怠速開度不再變化。分析轉(zhuǎn)速能夠變化的原因，是應(yīng)急時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU能夠根據(jù)加速踏板位置傳感器的信號(hào)改變噴油量，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率輸出，能夠使車輛慢速行駛。以上故障發(fā)生時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU出現(xiàn)故障碼，同時(shí)點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈。故障碼DTC及含義見表1。

表1 加速踏板／節(jié)氣門位置傳感器失效后的故障碼DTC及含義

4.3 節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)失效

若節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)斷電失效，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU啟用失效安全模式。由于節(jié)氣門控制電動(dòng)機(jī)沒有電流輸入導(dǎo)致不轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有轉(zhuǎn)矩輸出，這樣節(jié)氣門維持在自然開度，比怠速開度稍大 （約為7°，這一點(diǎn)不難理解，可以從怠速時(shí)電動(dòng)機(jī)為什么通反向電流來(lái)分析即可得到證實(shí)），踩踏加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也能夠變化，最高轉(zhuǎn)速也能夠接近2000 r／min，應(yīng)急時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU能夠根據(jù)加速踏板位置傳感器的信號(hào)改變噴油時(shí)間，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率輸出，車輛也能夠慢速行駛。故障發(fā)生時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU不出現(xiàn)故障碼，也不點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈。

5 怠速的初始化

豐田ETCS-I系統(tǒng)本身具有怠速控制功能，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣時(shí)，流經(jīng)的氣流會(huì)對(duì)節(jié)氣門造成不同程度的臟污，使節(jié)氣門的回位受到阻滯，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量減小，臟污嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、車輛抖動(dòng)現(xiàn)象，保養(yǎng)時(shí)或維修后必須進(jìn)行初始化 （大眾稱為基本設(shè)定）。通過初始化，控制單元中的某些參數(shù)（如怠速時(shí)的點(diǎn)火正時(shí)、傳感器信號(hào)的怠速確認(rèn)值等）會(huì)恢復(fù)到生產(chǎn)廠家設(shè)定的設(shè)定值，或者將某些元件 （如節(jié)氣門位置傳感器的位置）的實(shí)時(shí)參數(shù)存入控制單元，以便實(shí)行精確控制。

輕微的臟污不會(huì)造成此現(xiàn)象，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的怠速控制具有學(xué)習(xí)功能。輕微臟污時(shí)，節(jié)氣門的怠速開度會(huì)比正常開度偏大，使得節(jié)氣門位置傳感器的輸出值偏高，但發(fā)動(dòng)機(jī)ECU會(huì)再對(duì)加速踏板位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、空氣流量傳感器以及空檔位置開關(guān)等送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行綜合分析并計(jì)算負(fù)荷，在確認(rèn)怠速狀態(tài)后，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU就會(huì)圍繞預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過控制噴油和點(diǎn)火來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)仍然保持在穩(wěn)定怠速狀態(tài)。這時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU會(huì)記憶此時(shí)節(jié)氣門位置傳感器送來(lái)的信號(hào)電壓，并以此信號(hào)替代原信號(hào)作為怠速識(shí)別信號(hào)來(lái)控制怠速。實(shí)際上，在節(jié)氣門的怠速位置發(fā)生改變后，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU必須知道電動(dòng)機(jī)控制節(jié)氣門在節(jié)氣門位置傳感器上能達(dá)到實(shí)際的最小和最大位置，重新劃定怠速范圍、部分負(fù)荷的范圍和全負(fù)荷范圍。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過控制電動(dòng)機(jī)把節(jié)氣門關(guān)到盡可能最小的開度，節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)傳入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU就會(huì)記憶這個(gè)開度。

若節(jié)氣門體過臟，超過了發(fā)動(dòng)機(jī)ECU內(nèi)的限定值時(shí)，即學(xué)習(xí)超限后也無(wú)法糾正。豐田的怠速確認(rèn)值是VTA=0.8 V，在不超過0.9 V時(shí)怠速保持穩(wěn)定，超過時(shí)就會(huì)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)現(xiàn)象。分析原因，是由于節(jié)氣門太臟，堵塞了進(jìn)氣道，進(jìn)氣量下降，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速都會(huì)下降，轉(zhuǎn)速可降至500r／min，為防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU開大節(jié)氣門，使轉(zhuǎn)速迅速回升，經(jīng)過反復(fù)幾次調(diào)整之后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高至1500r／min后穩(wěn)定 （偏高），但這種穩(wěn)定只是暫時(shí)的，對(duì)怠速后的發(fā)動(dòng)機(jī)控制無(wú)影響，但在以后的怠速時(shí)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，這就是怠速不穩(wěn)、車輛抖動(dòng)的原因 （油質(zhì)不好也會(huì)引發(fā)此現(xiàn)象，但為偶發(fā)）。

清洗節(jié)氣門后，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU仍然按照學(xué)習(xí)值控制節(jié)氣門開度，進(jìn)氣量變大，結(jié)果發(fā)動(dòng)機(jī)怠速居高不下。這種狀況在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU怠速學(xué)習(xí)程序下能夠逐漸恢復(fù)正常，但時(shí)間很長(zhǎng)。初始化的目的就是讓發(fā)動(dòng)機(jī)ECU立刻恢復(fù)廠家設(shè)定的節(jié)氣門的怠速開度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速控制恢復(fù)正常。豐田車怠速的初始化方法是斷開蓄電池負(fù)極60s以上即可。