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解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?

2017-08-30 [责任编辑:wenwei]
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【导读】一般而言,增减油门就是指通过油门踏板改变发动机节气门开度,从而控制可燃混合气的流量,改变发动机的转速和功率,以适应汽车行驶的需要。传统发动机节气门操纵机构是通过拉索或者拉杆,一端联接油门踏板,另一端联接节气门连动板而工作。但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
随着汽车电子技术的发展,一种电子油门(EGAS)应运而生。在目前的电子燃油喷射发动机上,电子油门除了发挥上述功能外,它还可以进一步改善发动机的节油和排放性能,因为它控制着发动机动力调节的大门。电子油门的主要功能是把驾驶员踩下油门踏板的角度转换成与其成正比的电压信号,同时把油门踏板的各种特殊位置制成接触开关,把怠速、高负荷、加减速等发动机工况变成电脉冲信号输送给电控发动机的控制器ECU,以达到供油、喷油与变速等的优化自动控制。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
电子油门的构成
 
电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU(电控单元)、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在油门踏板内部,随时监测油门踏板的位置。当监测到油门踏板高度位置有变化,会瞬间将此信息送往ECU,ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理,计算出一个控制信号,通过线路送到伺服电动机继电器,伺服电动机驱动节气门执行机构,数据总线则是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
电子油门与传统拉线油门相比并不仅仅是用电缆代替了拉线。在传统机械式拉线油门中,节气门的开度大小直接由驾驶人操控,而由于驾驶人的经验以及对车况的判断能力有限,往往很难使节气门达到最优开度,不能使汽车处于一个经济环保且舒适性较好的状态;而在装有电子油门控制系统的汽车中,节气门开度的大小并不只与驾驶人踩下踏板开度相关,而是ECU在感知到踏板位置传感器信号后综合其他各种传感器进行分析、比对,得出在当前工况下节气门的最佳位置,以实现不同负荷和工况下都能接近于14.7:1的理论空燃比状态,使燃油经济性和驾驶舒适性达到最佳状态。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
我们在日常驾驶时会遇到一些新手或驾驶不熟练的人由于操作不当,或者有些过于激进的驾驶员,会将油门踏板突然踩到底情况,我们知道这种操作是不科学的,不仅不利于燃油经济性,而且对于发动机会带来伤害。节气门突然打开,此时是发动机的最大负荷状态,全负荷会造成发动机燃烧不充分,同时喷油器也会加大喷油,造成燃油的浪费,发动机的负荷增大,缩短了发动机的使用寿命,不利于环保等。拉线油门的车辆,ECU无法对节气阀进行控制,只能默认这一误操作,最多会在喷油方面略作调整,但仍无法解决根本问题。而对于电子油门来说,这就轻而易举了。这时ECU会认为此时是驾驶员的一种不科学的驾驶做法,于是会发出指令让节气门一一定的速度打开,而不是与驾驶员踩下踏板的速度同步。这样做除了能保护发动机,提高燃油经济性以外,他还会使驾驶者感到非常平顺没有冲击的感觉,提高了乘坐人员的舒适性。
 
电子油门的工作原理
 
当传感器监测到油门踏板高度位置有变化,会瞬间将此信息送往ECU,ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理,计算出一个控制信号,通过线路送到伺服电动机继电器,伺服电动机驱动节气门执行机构,数据总线则是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯。由于电子油门系统是通过ECU来调整节气门的,因此电子油门系统可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性,其中最常见的就是ASR(牵引力控制系统)和速度控制系统(巡航控制)。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
当ASR系统传感到车轮的旋转速度,ECU就根据油门踏板的位置、车轮速度和方向盘转向角度等之间的不同而求出滑动率,通过减少节气门开度来调整混合气流量,以降低发动机功率来达到控制目的。而在ASR系统中,电子油门起到十分关键的作用,它涉及整个ASR系统中对车速控制、怠速控制等功能,使系统能迅速准确地执行指令。即当电子油门系统接受到ASR系统指令时,它对节气门控制指令只来自于ASR,这样就可以避免驾车者的误操作。
 
当驾车者使用速度控制系统时,车速传感器将车速信号输入ECU,再由ECU输出指令伺服电动机控制节气门开度。在这样的系统中,根据行驶阻力的变化由控制系统自动调节发动机节气门开度,使行驶车速保持稳定。因此电子油门系统也可以兼容巡航控制功能。在目前的电子燃油喷射发动机上,电子油门除了发进一步改善发动机的节油和排放性能,因为它控制着发动机动力调节的大门。因此,电子油门可以发挥的作用是很多的。挥上述功能外,它还可以进一步改善发动机的节油和排放性能,因为它控制着发动机动力调节的大门。因此,电子油门可以发挥的作用是很多的。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
油门作为汽车上不可缺少的重要部件,直接影响着汽车的安全性能。自21世纪以来,大部分汽车都使用电子油门替换了常规的拉线油门。与老式的拉线油门相比,电子油门通过油门踏板深浅来控制电子信号发出指令,使得引擎提供与之匹配的动力,它最大的特点就是能通过ECU控制节气阀开度。当油门踏板位置发生改变时,电子油门输出的信号可以作为衡量电子油门自动控制精确度的依据,电子油门检测系统就是依据这些实时信号,采用各种方案来评测电子油门的质量和可靠性,实现其性能检测。
 
电子油门车型中ECU控制节气门的特点
 
在电子油门的车型中,ECU控制节气门时会将油门踩下的深浅与车况综合起来进行分析,最终计算出当前合适的节气门开度。当驾驶者起步时猛然加速(将踏板踩到底),ECU根据当前的车速、节气门大小等进行分析,从燃油经济性和排放合理的角度考虑,会适当限制节气门的打开幅度,同时控制喷油系统限制喷油嘴进行最大化的喷油。这样做使驾驶者感觉油门踩下后明显有一个延时车才开始发力,这就是所谓的油门迟滞。所以,油门迟滞其实就是ECU通过限制发动机瞬时功率输出形成的,当然这样做也带来了好处——节省燃油、保护环境。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
然而电子油门也并不就是用来限制发动机功率输出的,当汽车跑起来以后,假如你快速踩下/松开油门踏板1/3深度,你可以感觉到汽车明显的加油/收油,其效果几乎相当于完全踩下/松开油门的情况,这是怎么回事呢?这正是ECU根据当前车况协助驾驶者快速提速/减速案例。所以,电子油门车型在行驶中ECU会根据车况帮助驾驶者达到期望的加/减速操作,使驾驶者操作油门踏板更轻松。
 
电子油门的重要相关参数
 
  1. 同步度:油门在某一行程角度输出两条信号值的相等程度。
  2. 线性度:油门在某一行程角度信号的理论电压值与实际电压值的差。
  3. 空行程角度:是指当踏板开始发生角度变化时,信号持续不变的踏板行程角度。
  4. 踏板力:包括压力和弹力,是踏板从怠速到满行程,再从满行程到怠速整个过程的受力曲线。
  5. 油门信号曲线:包括怠速信号和满行程信号,油门踏板从怠速到满行程的电压输出信号曲线。
  6. 滞后性:在给定角度上,测量两个不同旋转方向上的输出压力,滞后性效应就是这两个输出压力间的差异。可接受的最大差距为Ua的士1%。
  7. 重复性:在同样条件下,10个完整的来回行程后,对于给定温度为(23±5)℃的传感器以及在同一方向上的任何一个点,所记录的电压差都不能超过 O.5%。
 
电子油门优点与缺点

优点
 
1、电子油门控制系统能使节气门开度达到更佳的状态。传统机械式拉线油门结构如图所示,由图看出节气门进气流量与节气门转角的非线性关系,所以在许多工况下,由驾驶人直接控制节气门开度的控制方式很难做出精确的调整,特别是在冷启动、低负荷和怠速工况下,会导致汽车的经济性以及驾驶性能和乘车舒适性下降,有害物质排放量增加。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
机械式油门结构
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
节气门角度与气体流量曲线
 
电子油门系统则根据驾驶人踩下踏板的动作幅度判断驾驶人意图,综合车况精确合理控制节气门开度,达到舒适性和经济性均佳的效果。
 
2、.稳定性高,不易熄火和闯动。在日常驾车中,由于驾驶人驾驶经验不足或突发状况往往会发生误操作,而传统油门系统则直接执行驾驶人是误操作导致熄火或者事故发生。
而电子油门系统则会在收到踏板信号后进行分析判断再给节气门执行单元发送合适指令保证车辆稳定行驶。
 
缺点与不足
 
1、工作原理相对较为复杂,成本提高。相比传统拉线油门,在硬件上,电子油门需要添加油门位置位移传感器和伺服电机以及其驱动器和执行机构,并且增加ECU接线;在软件上,需要开发分析位置传感器信号并且综合车况给出最优控制指令的算法,并且集成在车载ECU上,增加开发成本。
 
2、有延迟效果,没有拉线油门反应快。如前所述,在装有电子油门系统的汽车中,驾驶人不能直接控制节气门开度也就无法直接控制发动机动力大小,而是经由ECU分析给出汽车舒适性较好叫我省油的节气门控制指令,所以相对于直接控制式的拉线油门会有稍许延迟感。
 
3.可靠性不如机械式油门好。
 
汽车行驶中会遇到各种车况,并且汽车内部存在高频电磁干扰如电动机和点火线圈会产生电磁干扰,电子器件可能会在这些工况下发生故障或松动;复杂的分析处理算法也可能会导致程序跑飞等故障情况出现,而驾驶人又无法直接控制发动机的动力大小,一旦这种情况发生将产生不可预知的后果。
 
电子油门加速器
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
简单说,电子油门加速器就是为了缓解油门迟滞而诞生的。根据电子油门的特性,电子油门加速器将具有如下特点:
 
1、放大油门信号,提升静态响应
 
电子油门加速器所谓的“加速”主要是通过提高油门响应灵敏度实现的,部分型号会将输入的油门信号放大50%。这也就是说,在任何时候踏板最后面33%的油门信号已经没用了,在驾驶者踩下踏板66%的时候加速器输出已经是全油门了,这样就使得油门响应的敏感度提高了50%。但是,电子油门加速器并不像很多人说的那样减少了油门信号的分级,实际上油门信号仍然是无级调整的,只是由以前的1:1调整为1:1.X,X即为信号的放大系数。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
2、放大油门信号增速,提升动态响应
 
在油门踏板被踩下时,加速器会根据踩下幅度、时间计算油门信号的变化率,变化越快,说明加速要求越强烈,油门加速器会将此变化率加大,最终实现的效果是提速动态相应更好。
 
3、提供虚假驾驶风格供ECU调整发动机参数
 
现代发动机的ECU普遍具有驾驶风格自适应能力,如果驾驶者经常快速深踩油门(俗称拉转速),ECU会逐渐认为驾驶者的风格趋向“激烈”,这样发动机会慢慢调整节气门、喷油系统等以得到这种风格下发动机的最佳调整参数。使用电子油门加速器后,即使按照以前“温和”的驾驶风格进行驾驶,发动机依然会得到“激烈”的驾驶体会,这相当于欺骗了ECU,久而久之,发动机会自动修改其各项参数以适应该风格。
 
4、手动车型油离配合难度增加
 
手动档车型加入油门加速器后,油门踏板响应过于敏感,起步需要更精确的油离配合才能达到以前的效果。这点与离合器的深浅对是否顺利起步的影响非常类似,深的离合器容易控制,但操作行程大;浅的离合器操作行程短,但控制难度大,油门踏板对起步的影响也是如此。
 
解析汽车“电子油门”究竟是怎么回事?
 
5、增加油耗
 
由于油门加速器提升了油门响应,相当于将驾驶风格更加趋于“激烈”的风格,这样无疑会增加油耗,不过油耗增加并不是很高,我们实测的油耗增加在5%-10%之间,这对于钟情于驾驶乐趣的人来说还是能够接受的。
 
6、过于“傻瓜化”
 
目前市面上卖的油门加速器一旦安装,无论当前的路况、驾驶者意愿,都会忠实地执行“加速”的职责,这在很多时候会给驾驶者带来麻烦。首先,对于自动档车型,快速提升油门信号往往会造成自动降档,在车辆高速行驶时,频繁的降档会导致发动机转速过高,一方面增加油耗,另一方面也增加无谓的磨损。另外,很多时候驾驶者并不一定乐意激烈的操作汽车,比如晚间行车导致视线不良、雨雪天气导致路面湿滑时,过猛的加速增加了行车的危险。然而现在的加速器是无法随意关闭的(除非你将它拆下来),这就造成了使用者很大的不便。
 
本文转载自传感器技术。
 
 
 
 
 
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