ETC电子节气门控制解析

ETC-电子节气门点燃式发动机的扭矩点燃式发动机传递的功率P是由飞轮净扭矩和发动机转速确定的。飞轮净扭矩等于燃烧过程产生的扭矩减去发动机的摩擦扭矩、泵气损失和驱动附件所需的扭矩。燃烧扭矩是在作功行程中产生的。在岐管喷射式发动机，由下列因素确定（如下图）：•进气阀关闭时，进入的可用燃烧的空气质量；•同时进入的可供燃烧的燃油质量；•点火火花将空气与燃油混合气点燃的瞬时时刻。燃烧泵气与摩擦损失辅助系统损失离合与发热损失新鲜空气充入燃料量点火提前燃烧扭矩离合器可用扭矩车轮可用扭矩变速与齿轮放大损失--变速差动内燃机离合器发动机扭矩扭矩结构的理论模型：基于扭矩的模型发动机管理扭矩控制：发动机管理系统最重要的任务之一是控制发动机产生的扭矩。要做到这一点，在各个子系统（ETC、空气与燃油混合气控制、点火）中所有影响扭矩的量都需要进行控制。这种形式控制的目的是为驾驶者提供要求的扭矩，同时符合有关废气排放、燃油消耗、功率输出、舒适和安全的严格要求。在某些条件下，诸多要求是相互矛盾的。扭矩为主的控制策略主要目的是把大量各不相同的目标联系在一起，将原来可能出现的相互矛盾的要求按照优先顺序排列的原则加以协调，首先执行最重要的一个，使所有功能都能互不相干的独立提供对扭矩的要求。通过CAN可将发动机与其他系统的控制单元联系，如ECM与TCM、与TCS（牵引力控制）基于扭矩的模型；流程图扭矩要求协调扭矩和效率要求协调扭矩要求外部扭矩要求•驾驶者•巡航控制•车速限制•汽车动力控制•驾驶性能内部扭矩要求•发动机起动•怠速控制•发动机转速限制•发动机保护理想扭矩的实现扭矩转换扭矩要求效率效率要求•发动机起动•催化剂加热•怠速控制分离燃油切断节气门转角点火时间喷射时间废气门控制PFI系统的基于扭矩的系统结构加速踏板位置传感器反映驾驶员的要求，ECU将此信号转换为特定的发动机输出扭矩来对驾驶员的要求做出响应，即转换为真正控制输出扭矩的参数：1。汽缸充其量（质量）2。喷油量（质量）3。点火正时汽缸充气量不仅是计算喷油和点火的一个重要参数，也是计算发动机瞬时扭矩的基础。。发动机产生的功率和扭矩与进气量成正比。而进气量在点燃式发动机中是节气门开度的函数。只要模型和标定合理，就可通过控制节气门的开度是发动机输出目标扭矩。ETC完成的基本功能反映司机对扭矩的要求-车辆纵向加速的期望通过ECM确定满足司机期望的最佳方式并输出相应控制指令根据要求定位节气门到目标位置节气门开度的反馈对输入、输出、控制程序的自诊断根据自诊断的状态和外部输入变更运行模式，可能限制司机的对发动机某些操作传感器驱动器加速踏板发动机控制单元节气门体加速踏板与节气门驱动之间的联系。基于扭矩的发动机管理控制模块建模：气缸充气量计算mshfmmshfmMassairflow(HFM)msMassairflowintocombustionchamberrlrohPrimarycyl.chargerlcylinderchargepsIntakemanifoldpressureVsTotalvolumeofintakemanifoldTsAirtemperatureinintakemanifoldVhTotaldisplacementnmotEnginespeedP0=1013hPaT0=273KBalanceofmassairflowsforintakemanifold:(dps/dt)*Vs=(dms/dt)*R*Ts=(mshfm-ms)*R*TsConvertedintocyl.charge:ps,Vs,Tsms(rlroh)(rl)dps/dt(rlroh-rl)*nmot*p0*(Ts/T0)*(Vh/Vs)rlroh*rl*P0*(Vh/Vs)Ts/T0*nmotpsdpsdt计算气缸负载的理论模型：进气岐管的气流质量平衡：转换成气缸充气：气流质量进入燃烧室的气流质量初始气缸充气气缸充气进气岐管压力进气岐管总容积进气岐管的空气温度总位移发动机转速wped_w[%PED]0.000012.440725.679444.260362.839785.0004100.0000nmot_w[U/min]6000.0004000.0002500.0001520.000700.0000.0000100.0000[%]Pedalkennfeld(MR)(B/KFPED)Datenstand:24LTFTB8.HEX(B/AS)21.07.0010:35VSWV4.51rDatum:07.12.01Bearb.:Abtl.:Kommentar:扭矩要求；踏板形图（KFPED）相对扭矩[%]基于扭矩的发动机管理加速踏板与驱动扭矩的关系扭矩结构——博世MotronicME7%MDFAW扭矩控制模块流程图扭矩结构——博世MotronicME7发动机扭矩的比例调节最小和最大扭矩之间的比例调节目标扭矩踏板位置巡航控制当前最大扭矩当前最小扭矩驾驶性功能扭矩结构——博世MotronicME7摩擦损失和附件空气密度（如高度）最大扭矩%MDMAX%MDMIN最小和最大扭矩最小扭矩扭矩结构——博世MotronicME7最佳扭矩最佳点火角实际点火角实际扭矩效率曲线气缸特定燃油切断火花提前角的推迟——%MDIST扭矩结构——博世MotronicME701020304050DistancefromOptimumtimingoKW0.00.20.40.60.81.01.2Resultofcurvefit(quadriaticOptimum)ActualvaluesforefficiencyDeviationbetweenactualefficiencyandcharacteristiccurveforcalculations1000Measurementpoints;4-Cyl.-1.8lIgnitiontimingefficiency实际效率与计算特性曲线的偏差1000测量点；4缸点火时间效率与最佳时间的距离曲线拟合的结果（二次最佳值）效率实际值加速踏板：结构传感单元及电位计非接触式传感器安装位置闭合功能范围加速模块踏板及电位计加速模块踏板及非接触式传感器踏板位置和节气门位置传感器一般采用电位计（有接触式和非接触式）电位计的输出特性一般为线性输出，其斜率（slope）和截距(offset)在某些条件下有目的的改变以便对故障进行诊断作为一般单个电位计为三线，参考电压、地线和信号线。在仪器中信号输出常显示为参考电压的%节气门阀通过减速机构被DC电机驱动在系统中采用闭环控制节气门阀达到期望目标位置节气门体内有两个弹簧。在没有驱动情况下，节气门阀保持部分开启位置，为从此位置打开节气门阀，电机工作克服关闭弹簧力，而要关闭节气门阀，电机要克服开启弹簧力，这两个弹簧刚度不同。165243参考值：电位计1-怠速位置=0,65÷0,85V-最大位置=3,7÷3,9V电位计2-怠速位置=0,33÷0,42V-最大位置=1,85÷1,95V加速踏板：特性连接器节气门一体式节气门位置传感器直流电动机电子节气门：结构电子节气门：连接两个位置传感器的作用节气门、驱动电机和位置传感器（电位计）作成一个整体两个相对的电位计监测加速踏板的行程作为控制节气门的基础，ECU由此计算出驾驶员的要求相对应的节气门开度，产生驱动信号驱动节气门电机（同时作出响应的调整以适应当前发动机的工况），节气门电位计允许对定位指令作出精确的响应。节气门上的双电位计的设计是想通过双电位计（冗余特性）的补充来监测加速踏板的行程，它是整个ETC控制功能的一部分，以便提供所要求的系统冗余（诊断和后备运行）。当系统出现故障时，系统将根据冗余传感器和过程数据运行。当没有冗余信号时，节气门回到默认位置（故障模式-较高的怠速或一定的最大开度）较高的控制精度-方式（同向成比例或反向但合值不变）其他系统例子电机的驱动示意图电机由H型电桥（H-BRIDGE），该电桥由DMD（DC电机驱动器）控制。PWM方式控制电机的转速和扭矩FWD和REV控制电机的方向EN1和EN2为驱动电桥允许（ENABLE），EN1由主处理器控制，EN2由看门狗或安全处理器控制IFLT为故障反馈指示对地或电源短路或其他问题电机控制指令为占空比（dutycycle）方式，大小是由电机控制算法决定。包括一个PID闭环控制器和两个开环电压项目（弹簧压缩补偿和减阻）实际占空比还要考虑提供的电压（15）的变化而加以补偿在某些极端条件下的被限制以保护电机硬件一般学习内容最小位置的学习：反映关闭节气门最小的机械位置（通过驱动至关闭位置）最大位置的学习（极限开度）初始位置（无电情况下，开启和关闭弹簧平衡，节气门的位置）ETCS_Accelerator_Pedal_Position(EPEDPOSN)ETCS_Throt_Load_For_Shift+ETCS_Throttle_Position_Load(VTHROT)DriverInput(FootPosition)APS1APS2APS3ReadandProcessAcceleratorPedalPositionSensorsFormDriverIntentfromPedalPositionETCPedalArea(EPEDAREA)SelectThrottleCommandSourceETCS_Dsrd_Throttle_Area_Wo_Idle(ETAREAWI)ETCS_Dsrd_Throt_Area_Uncompensated(ETAREAUC)CompensateforTransmissionEfficiencyAddIdle_AreaETCS_Dsrd_Throttle_Area_(ETAREA)-100%AreaETCSIdleArea(EIDLAREA)Scaleto%TPSTorque_Max_AreaCruise_AreaGovernor_AreaDVT_AreaTorque_Min_AreaPgm_Accel_AreaDescription:Readpedalsensors,normalize,learnminimums,computedisplacements.Diagnoserangeandcorrelation.Formpedalpositionasweightedsumofdisplacements,scaleto0-100%position,andapplydeadbandandhysteresis.LookupPedal_Area=f(pedal%)bymodeFilterpedalincreasesinLimitPerformancemode.ThrottleCommandSourceSelection:Safetygatesappliedtoallinputs,then:-Highestofcruise,pedal,torquemin.area-Then,lowestofaboveandallothersOptiontoCompensateforvariationinTransmissionEfficiencyCreate“ThrottlePosition”forTrans.Shiftingandotheruses-0%=idle,100%=WOTAddinThrottleAreaforIdlefromIdleSpeedLogicS600-120.980几种不同的结构单纯怠速控制-早期的红旗、捷达全行程控制-现在系统但原理相同带怠速开关常见故障节气门脏污-影响冷启动、怠速（包括暖机、正常怠速等），信号不一致，灯亮，加速受限踏板位置或节气门位置信号错误或超值或设置不当电机不良清洗不当导致传感器或电机位置错误故障现象常与控制策略的设计有关检测方法故障码的确认—定义、设定条件数据分析-同步观察相关数据，如实际转速与目标转速、踏板位置与节气门位置、控制信号线路同步数据采集