導(dǎo)語：電子節(jié)氣門傳感器標(biāo)定與實(shí)驗(yàn)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:針對(duì)電子節(jié)氣門傳感器的輸入輸出特性及性能要求，對(duì)節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)處理和權(quán)重系數(shù)選取，并進(jìn)行標(biāo)定。通過節(jié)氣門空氣流量實(shí)驗(yàn)和節(jié)氣門響應(yīng)整車實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證標(biāo)定后電子節(jié)氣門的性能是否滿足要求，從而確定傳感器標(biāo)定的精度和可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:標(biāo)定后的傳感器使電子節(jié)氣門的最快響應(yīng)時(shí)間為69．48ms，最大空氣流量約為114g/s，最小空氣流量約為0．86g/s，均滿足特性要求。

關(guān)鍵詞:電子節(jié)氣門;位置傳感器;標(biāo)定方法;實(shí)驗(yàn)分析

電子節(jié)氣門作為現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中進(jìn)氣系統(tǒng)的一個(gè)主要部件之一，它直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，進(jìn)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率［1］。電子節(jié)氣門在原有傳統(tǒng)機(jī)械拉線式節(jié)氣門的組成部件基礎(chǔ)上，增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及機(jī)械傳動(dòng)元件和功能性與可靠性更強(qiáng)的節(jié)氣門位置傳感器(throttlepositionsensor，TPS)［2］。目前，電子TPS大多數(shù)采用非接觸式，其輸出的節(jié)氣門位置信號(hào)也采用脈寬調(diào)制(pulsewidthmodulation，PWM)占空比形式，具有較強(qiáng)的抗干擾能力［3］。為了使TPS更可靠地被系統(tǒng)應(yīng)用，以及對(duì)節(jié)氣門的精確控制，需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。本文對(duì)電子不停車收費(fèi)(ETC)控制原理進(jìn)行介紹，設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)傳感器的標(biāo)定方法，并通過空氣流量特性實(shí)驗(yàn)和節(jié)氣門響應(yīng)時(shí)間驗(yàn)證標(biāo)定方法的準(zhǔn)確性。

1ETC控制系統(tǒng)

1．1ETC控制原理與系統(tǒng)描述

電子節(jié)氣門開度大小由電控單元(electroniccontrolunit，ECU)根據(jù)駕駛員腳踩踏板控制輸入信號(hào)，車輛行駛工況和路況等因素，預(yù)先分析駕駛員的操作意圖，再根據(jù)各種傳感器的輸入信號(hào)計(jì)算所需發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，從而對(duì)節(jié)氣門的開度大小進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)TPS可以檢測出節(jié)氣門的實(shí)際開度，并將其反饋給ECU，ECU根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)控制參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，保證車輛一直處于最佳理想工作狀態(tài)。ETC系統(tǒng)包括加速踏板和2只(或3只)踏板位置傳感器、節(jié)氣門閥體和節(jié)氣門閥片位置傳感器、直流電機(jī)、控制器、制動(dòng)開關(guān)和指示燈等。如圖1所示。ETC系統(tǒng)的控制算法是由一個(gè)閉環(huán)反饋控制器進(jìn)行控制，由于比例—積分—微分(PID)算法簡單，實(shí)用性強(qiáng)，所以一般選擇PID控制器，通過PID環(huán)節(jié)對(duì)誤差項(xiàng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到精確控制節(jié)氣門開度的效果。

1．2TPS信號(hào)處理

TPS信號(hào)處理過程:1)采集2只TPS傳感器原始信號(hào)(TPS1ＲAW，TPS2ＲAW);2)歸一化，使兩路TPS信號(hào)有相同的斜率(TPS1NＲM，TPS2NＲM);3)最小值和默認(rèn)位置學(xué)習(xí)(TPS1MIN，TPS2MIN，TPS1ＲFN，TPS2ＲFN);4)歸一化后的數(shù)字減去最小值，得到位移(TPS1DSP，TPS2DSP);5)TPS信號(hào)的量化和權(quán)重選取(TPSWGT)。TPS的歸一值是電壓讀數(shù)，要轉(zhuǎn)換成百分比形式的開度值，需要用比例因子進(jìn)行處理;針對(duì)2只傳感器的故障診斷結(jié)果，如果2只傳感器的信號(hào)都好或都不好，取2個(gè)信號(hào)的加權(quán)平均值，如果一個(gè)信號(hào)好一個(gè)不好，取好的信號(hào)值;6)計(jì)算所顯示的節(jié)氣門位置(TPSIND)。建議當(dāng)節(jié)氣門閥片達(dá)到最大停止位時(shí)，量化后的TPS值TPSIND為110%。

2傳感器的標(biāo)定

2．1標(biāo)定傳感器

為了保證系統(tǒng)的安全性，電子節(jié)氣門設(shè)計(jì)有雙輸出TPS［4］，輸出信號(hào)在接地信號(hào)電壓和系統(tǒng)參考電壓之間變化，其中的一個(gè)TPS輸出電壓信號(hào)隨著節(jié)氣門開度的增加而增加;另一個(gè)TPS輸出電壓信號(hào)則隨著節(jié)氣門開度的增加而下降［5］。本文選用德爾福八代電子節(jié)氣門為研究對(duì)象，TPS的測量(讀數(shù))范圍:TPS1:最小機(jī)械位置為9%±0．8%，最大機(jī)械位置為89．46%±5．3%;TPS2:最小機(jī)械位置為91%±0．8%;最大機(jī)械位置為10．54%±5．3%;TPS的母端插件使用安普AMP6端子接插件［6］，端子引腳定義如圖2所示。圖2母端插件與端子引腳定義接口電路如圖3所示。圖3接口電路

2．2傳感器標(biāo)定過程

2．2．1兩路TPS歸一化與標(biāo)定當(dāng)TPS1輸入信號(hào)斜率為正，即TPS1ＲAW隨開度增大而增大，則TPS1NＲM=TPS1ＲAW;當(dāng)TPS1輸入信號(hào)斜率為負(fù)，即TPS1ＲAW隨開度增大而減小，則TPS1NＲM=100－TPS1ＲAW。當(dāng)TPS2輸入信號(hào)斜率為正，則TPS2NＲM=ETC_TPS2_Scaler*(TPS2ＲAW+ETC_TPS2_Offset);當(dāng)TPS2輸入信號(hào)斜率為負(fù)，則TPS2NＲM=ETC_TPS2_Scaler*(ETC_TPS2_Offset-TPS2ＲAW)。標(biāo)定過程:1)初始狀態(tài)下，當(dāng)TPS2斜率為負(fù)，標(biāo)定:ETC_TPS2_Scaler=1．0ETC_TPS2_Offset=100．0當(dāng)TPS2斜率為正，標(biāo)定:ETC_TPS2_Scaler=1．0ETC_TPS2_Offset=02)調(diào)整這兩個(gè)標(biāo)定，使得TPS1NＲM和TPS2NＲM滿足以下三個(gè)條件:a．ABS(TPS1NＲM－TPS2NＲM)在踏板整個(gè)物理范圍內(nèi)非常小，典型值小于2%;b．TPS1NＲM和TPS2NＲM必須在傳感器供電電壓范圍的5%～95%;c．拔掉節(jié)氣門接插件后，TPS1NＲM和TPS2NＲM必須大于95%。2．2．2TPS權(quán)重的選擇當(dāng)TPS輸出相關(guān)誤差大于TPS相關(guān)最小誤差時(shí)，即TPS1和TPS2采集的節(jié)氣門位置不同，這時(shí)就很難確認(rèn)哪路節(jié)氣門位置是可靠的，該邏輯用進(jìn)氣流量來確認(rèn)哪路TPS讀取到的節(jié)氣門位置更準(zhǔn)確［7］。為了獲知哪路TPS信號(hào)更準(zhǔn)確，算法思路采用根據(jù)TPS信號(hào)、溫度和壓力計(jì)算出的進(jìn)氣流量(TPSxFLW)，與在當(dāng)前進(jìn)氣歧管壓力和轉(zhuǎn)速下計(jì)算出的進(jìn)氣流量(AGPSIGLM)進(jìn)行比較。邏輯描述:當(dāng)TPS相關(guān)誤差大于標(biāo)定最小誤差，則利用TPS1和TPS2采集的節(jié)氣門開度，分別計(jì)算各TPS開度下的流經(jīng)節(jié)氣門的進(jìn)氣流量。計(jì)算TPSxFLW和AGPSIGLM誤差率:TPS1的流量比=|TPS1FLW－AGPSIGLM|/AGPSIGLMTPS2的流量比=|TPS2FLW－AGPSIGLM|/AGPSIGLM當(dāng)TPS2的流量比與TPS1的流量比之差大于節(jié)氣門流量差值，并且TPS1的流量比小于節(jié)氣門流量差值時(shí)，則TPS1權(quán)重=1;當(dāng)TPS1的流量比與TPS2的流量比之差大于節(jié)氣門流量差值，并且TPS2的流量比小于節(jié)氣門流量差值時(shí)，則TPS1權(quán)重=0;當(dāng)流量不能判斷哪個(gè)TPS開度，則返回原來的權(quán)重，權(quán)重不做變動(dòng)。2．2．3計(jì)算權(quán)重后的位移與標(biāo)定TPS權(quán)重的突然變化會(huì)引起實(shí)際節(jié)氣門位置和指示節(jié)氣門位置誤差加大，所以權(quán)重的變化會(huì)經(jīng)過濾波函數(shù)過濾。該權(quán)重系數(shù)先經(jīng)過濾波系數(shù)(ETC_TPS_WeightFilter)為0．05的過濾后，再計(jì)算TPS位移。標(biāo)定過程:1)ETC_TPS_Scaler用力將節(jié)氣門閥板全打開，ETC_TPS_Scaler的值要使ETPSIND達(dá)到110%2)ETC_TPS_Min根據(jù)ETC最低機(jī)械停止位，新件在工作溫度范圍內(nèi)和疲勞件在工作溫度范圍內(nèi)原角度的基礎(chǔ)上，上下限值各放寬3．5°，確定ETC_TPS_Min3)ETC_TPS_MinLoOffset該標(biāo)定代表低于ETC最小值或者ETC_TPS_MinLo的偏移值，這個(gè)標(biāo)定目的是為了當(dāng)ETC正在最小值學(xué)習(xí)時(shí)，減小正在使用的ETC最小值。4)ETC_TPS_WeightFilter為了防止權(quán)重快速變化時(shí)引起節(jié)氣門波動(dòng)，利用濾波系數(shù)(ETC_TPS_WeightFilter)為0．05的濾波函數(shù)對(duì)權(quán)重進(jìn)行濾波。

3實(shí)驗(yàn)分析

3．1節(jié)氣門空氣流量實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證TPS標(biāo)定的準(zhǔn)確性和電子節(jié)氣門系統(tǒng)特性，對(duì)節(jié)氣門空氣流量特性進(jìn)行試驗(yàn)［8］，節(jié)氣門空氣流量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖4所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)右側(cè)是一個(gè)真空泵，用來降低真空室內(nèi)的氣體壓力，使之達(dá)到要求的真空度［9］。圖4中4個(gè)罐狀部件為4個(gè)氣動(dòng)閥開關(guān)，每個(gè)開關(guān)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的刻度盤，4個(gè)刻度盤的量程和精度均不同。本文的實(shí)驗(yàn)選取量程最小、精度最高的刻度盤，實(shí)驗(yàn)臺(tái)在運(yùn)行時(shí)只有一個(gè)開關(guān)打開，其余三個(gè)均關(guān)閉。將節(jié)氣門體放在實(shí)驗(yàn)工裝上，通電后開啟最小量程對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)閥，測試電子節(jié)氣門空氣流量特性，如圖5所示。根據(jù)電子節(jié)氣門流量性能參數(shù)要求，節(jié)氣門全開時(shí)，最大空氣流量需要在100～120g/s內(nèi);節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)最小空氣流量應(yīng)小于1．5g/s(均為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓與溫度條件下)。由圖5中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，本實(shí)驗(yàn)最大空氣流量約為114g/s，最小空氣流量約為0．86g/s，均滿足要求。電子節(jié)氣門系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)，受跛行回家位置(系統(tǒng)默認(rèn)位置)影響較大，因此要單獨(dú)測試該位置時(shí)的空氣流量，根據(jù)參數(shù)要求該位置時(shí)的空氣流量數(shù)值為11．5±3．45g/s，本實(shí)驗(yàn)在該位置進(jìn)行了5次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，標(biāo)定后的跛行位置空氣流量滿足電子節(jié)氣門系統(tǒng)性能要求。

3．2節(jié)氣門響應(yīng)整車實(shí)驗(yàn)

通過對(duì)節(jié)氣門響應(yīng)整車實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證標(biāo)定后的電子節(jié)氣門系統(tǒng)的響應(yīng)特性［10］，本文選擇哈弗H6車型進(jìn)行節(jié)氣門的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，將標(biāo)定后的節(jié)氣門體裝于車上。通過上位機(jī)與汽車試驗(yàn)端口連接，改變節(jié)氣門的加載電壓從而控制節(jié)氣門的不同開度，以此驗(yàn)證汽車行駛時(shí)不同工況下節(jié)氣門的響應(yīng)時(shí)間。本次實(shí)驗(yàn)分別模擬節(jié)氣門小開度、半開度和全開度時(shí)的響應(yīng)，即分別給定6，8，12V的電壓，同時(shí)記錄節(jié)氣門閥片由開到關(guān)和由關(guān)到開的時(shí)間，選取3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果如表2所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，給定節(jié)氣門的加載電壓越高，節(jié)氣門開度的響應(yīng)時(shí)間就越快，在12V電壓條件下，節(jié)氣門響應(yīng)時(shí)間小于100ms，能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)電子節(jié)氣門系統(tǒng)響應(yīng)的要求。另外兩種條件也代表汽車在行駛時(shí)的不同工況，受電壓影響節(jié)氣門響應(yīng)時(shí)間略有延長，但均滿足要求，從而驗(yàn)證了標(biāo)定后的TPS可靠性好，靈敏度高，能夠達(dá)到要求。

4結(jié)論

本文以TPS為研究對(duì)象，為了使TPS能夠準(zhǔn)確反映節(jié)氣門閥片開度情況，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程對(duì)電子節(jié)氣門系統(tǒng)的要求，對(duì)TPS進(jìn)行了介紹。通過TPS信號(hào)處理，TPS權(quán)重系數(shù)選取對(duì)TPS進(jìn)行標(biāo)定;最后用空氣流量實(shí)驗(yàn)和節(jié)氣門響應(yīng)整車實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)定后的節(jié)氣門進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明均滿足要求。

作者：孫建民 張帥 崔子晗 姚德臣 單位：北京建筑大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院 城市軌道交通車輛服役性能保障北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室