淺談如何進行節(jié)氣門異常檢測及保養(yǎng)提醒

黃玉平　曹石　魏倩雯

摘 要：本文設(shè)計了一種檢測節(jié)氣門異常的方法，利用通過傳感器采集的實際進氣流量來校驗通過節(jié)氣門相關(guān)參數(shù)計算的進氣流量，如果兩者的相對偏差在積分累加后超過一定范圍，則說明當(dāng)前節(jié)氣門存在異常，并且本方法考慮到了故障檢測的使能條件，防止誤判。

關(guān)鍵詞：節(jié)氣門異常 進氣流量 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年代開始進行電子節(jié)氣門研究工作，產(chǎn)品在80年代陸續(xù)問世，比如在寶馬轎車上也開始裝置ETC，90年代豐田研制了ETC系統(tǒng)ETCS[1]，進而豐田在保留原機械控制的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

電子節(jié)氣門的發(fā)展大致可分為三個方面：

2.1 向集成化和綜合控制方向發(fā)展

在電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中集成化和綜合控制是必然的發(fā)展趨勢，而且也是整個汽車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。它的優(yōu)點是簡化了電子節(jié)氣門控制系統(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?，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)氣門回位控制以及車輛穩(wěn)定性控制等多種功能集成;或者是將防抱死制動控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)以及驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)集成一起，進行綜合制動控制。

2.2 結(jié)合多種控制方法進行綜合控制

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。由線性控制到非線性控制，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 車載網(wǎng)絡(luò)、總線技術(shù)的應(yīng)用

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

3 節(jié)氣門工作原理

節(jié)氣門的作用是控制空氣進入發(fā)動機，是一道可控閥門，空氣進入進氣管后會和汽油混合變成可燃混合氣，從而燃燒完成做功。節(jié)氣門是當(dāng)今電噴車發(fā)動機系統(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)動機缸體，相當(dāng)于汽車發(fā)動機的咽喉。節(jié)氣門的臟污程度與汽車加速是否靈活有很大的關(guān)系，節(jié)氣門清潔可以降低油耗，并且可以使發(fā)動機靈活且動力強勁。節(jié)氣門主要包括傳統(tǒng)拉線式和電子節(jié)氣門兩種：（1）傳統(tǒng)的發(fā)動機節(jié)氣門工作是通過拉索（軟鋼絲）或者拉桿，一端與油門踏板連接，另一端連接節(jié)氣門連動板而實現(xiàn)操縱;（2）電子節(jié)氣門的工作主要依靠節(jié)氣門位置傳感器，根據(jù)發(fā)動機所需能量，控制節(jié)氣門的開啟角度，從而調(diào)節(jié)進氣量的大小[3]。

4 節(jié)氣門故障

在汽油機以及天然氣發(fā)動機當(dāng)中節(jié)氣門作為進氣系統(tǒng)的核心零部件，其主要作用是控制空氣或者混合氣進入發(fā)動機的流量大小，從而影響發(fā)動機的相關(guān)性能指標(biāo)。在長時間的使用過程中節(jié)氣門會出現(xiàn)位置傳感器信號漂移、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ECU才能檢測出來故障，對于輕微的故障或者異常如果不及時發(fā)現(xiàn)會進一步影響發(fā)動機的相關(guān)性能指標(biāo)，如動力不足、油耗增加等。

針對以上問題，本文設(shè)計了一種檢測節(jié)氣門異常的方法，及早發(fā)現(xiàn)問題，提醒用戶檢修保養(yǎng)。

5 故障檢測方法

主要技術(shù)方案是采用某種算法校驗不同計算方式下的進氣流量差異程度，進一步反映當(dāng)前節(jié)氣門是否正常。具體實施方案如下：

（1）將以節(jié)氣門相關(guān)參數(shù)計算得到的進氣流量定義為變量A，A的具體數(shù)值是根據(jù)節(jié)氣門開度、節(jié)氣門前后壓差以及節(jié)氣門口徑等參數(shù)通過節(jié)流公式計算得到的，將通過流量傳感器或者節(jié)氣門后壓力傳感器真實采集計算的實際進氣流量定義為變量B。

（2）本文默認(rèn)通過流量傳感器或者節(jié)氣門后壓力傳感器計算得到的實際流量B為準(zhǔn)確值來校驗變量A的有效性，從而推導(dǎo)出節(jié)氣門是否異常。

（3）檢測機理：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，則說明節(jié)氣門存在異常，需要觸發(fā)故障提醒用戶檢修或保養(yǎng)。

（4）將變量A和B計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，用來反映一定時間t內(nèi)兩者的偏差情況，其計算方法如下：，其中t是該積分功能每次使能的時間。該變量C的初始值設(shè)定為1，每次T15下電時該變量存入EEPROM，下次上電后從EEPROM中讀取該數(shù)值參與積分運算。

（5）由于在一些特定工況下，如啟動階段、低負(fù)荷工況以及相關(guān)傳感器故障時，流量A、B本身存在一定的偏差，為避免該類工況對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滿足時使能故障檢測和積分計算，使能條件D主要包括：①發(fā)動機轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi);②無節(jié)氣門相關(guān)故障;③無節(jié)氣門前后溫度壓力及流量傳感器故障;④油門踏板開度大于一定數(shù)值等。

具體的控制流程圖如圖1。

6 結(jié)語

筆者設(shè)計此方案無需額外增加傳感器執(zhí)行器，不增加成本，并且可以自動實現(xiàn)節(jié)氣門在嚴(yán)重故障前的預(yù)判斷，判斷出節(jié)氣門異常，提醒用戶提前檢修保養(yǎng)，以免造成發(fā)動機整體性能惡化造成的動力不足、油耗高等問題。

參考文獻：

[1]朱盛.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].汽車化油器，1996（2）：1.

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

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

作者簡介：黃玉平：（1986.05—），碩士，工程師，濰柴動力股份有限公司。研究方向：發(fā)動機電控技術(shù)。

曹 石：（1987.11—），碩士，高級工程師，濰柴動力股份有限公司。研究方向：發(fā)動機控制系統(tǒng)技術(shù)及智能檢測技術(shù)研究。

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