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FAI电喷摩托车应用电子节气门的研究 摘要:介绍了在FAI电喷摩托车上应用电子节气门的研究。开发了一套电子节气门控制系统，对过渡 工况下节气门的运动进行合理控制，并实现了摩托车的怠速控制、高速限制控制、巡航控制等功能。 关键词:电子节气门 控制 FAI 摩托车 1 摩托车电子节气门系统 电子节气门产品自上世纪末开始问世，国内外对 电子节气门的研究取得了非常迅速的发展，已经成为 集成多种控制功能的电子节气门系统，兼顾提高动力 性、经济性、操纵稳定性、排放性和乘坐舒适性等，其产 品已经广泛应用于汽车领域[1~3]。 一般的电喷摩托车工作时，由驾驶员直接通过旋 转手把来驱动节气门，ECU并不主动控制节气门的运 动，通过对节气门传感器的采样数据作出反应。由于 数据传输、计算、驱动执行等过程都会造成一定的滞 后，ECU很难根据摩托车的不同工况做出精确而及时 的调整;尤其是在突然加速等特殊工况下的控制效果 不尽理想，从而导致发动机的性能下降，有害排放量增 加[4]。相对于汽车油门踏板运动，摩托车的油门具有 变化速率快及变化频繁的特点，如果ECU采用定相位 传感器采样方式来确定进气量，那么在摩托车加减速 的过程中，如果手把油门在进气量测量采样后动作，那 么发动机真正的循环进气量和ECU采样值计算出来 的循环进气量之间就会出现偏差。当节气门快速打开 时，实际进气量会大于ECU计算的值，空燃比会产生 稀的偏差;节气门快速关闭时，空燃比会产生浓的偏 差[5]。电子节气门系统可使发动机节气门的开度不 完全取决于驾驶员对油门的操纵，控制系统在获得油 门变化的指令后，可根据发动机的工况和摩托车的行 驶状态等，通过控制电机来对节气门的开度做出适当 的调节，使发动机在比较适当的状态下工作，从而改善 了整车的排放性能，以满足更高标准的排放法规。另 外，应用电子节气门系统还能给摩托车带来机械控制 节气门不能实现的诸多功能，如灵活的怠速控制、巡航 控制、驱动防滑控制等。图1为开发的摩托车电子节 气门系统原理框图。 2 步进电机控制 电子节气门体通过驱动电机实现对节气门位置和 动作速度的控制。系统选用的步进电机为四通公司生 产的45BYG250B型的两相混合式步进电机，主要技术 参数如表1所示。步进电机与节气门轴同轴连接，传 动比为1∶1。步进电机步进角为 9°，以节气门从闭 合到全开为90°计算，步进电机共需走100步，经测试 使节气门从闭合到全开最短时间仅需60ms。 驱动步进电机常采用H桥电路结构，控制单元通 过发出的脉冲个数、频率和方向控制电平对步进电机 进行控制。电平的高低控制步进电机转动的方向，脉 冲个数控制电机转动的角度，即发出一个脉冲信号，步 进电机就转动一个步进角，转速与脉冲频率成正比。 因此，通过对上述三个参数的调节可以实现电机精确 定位与调速。 对选用的混合式步进电机的特性进行了试验 析，标定出了该负载情况下步进电机的最大响应频率 和运行频率。在保证电机不丢步的情况下，制定出了 步进电动机的加减速控制策略。 电子节气门控制单元的硬件系统主要由输入回 路，主控MCU，AD转换器，输出回路和电源模块四部 分组成，如图2所示。其中输入回路需要处理的信号 包括:油门拉线位置传感器信号;由主ECU传来的信 号(缸盖温度信号、转速信号、以及采样开始信号); PC 机传来的控制信号(实验精确控制使用)。输出回路 用来控制步进电机的启动、脱机、运行步数、方向和 频率。 系统选用STC89C52RC单片机作为系统的主控芯 片。图2所示为硬件系统的结构框图。 3 试验装置 试验使用的摩托车原车是钱江摩托股份有限公司 生产的QJ125-7A型电喷摩托车，该摩托车主要技术 参数如表2所示。 4 试验结果 1 油门灵敏度控制 图3给出了不同控制模式下油门(摩托车手把) 位置与节气门位置之间的对应关系。在这三种模式 下，模拟人为操纵油门转动的过程。转速变化情况如 图4所示。从图中可以看到:在动力、正常和雪地三种 不同模式下，即使是相同的加速操作，电子节气门的运 动速率和打开幅度也有所不同，造成发动机转速变化 的结果也有差别。通过选择不同模式进行相应的控 制，使车速适应不同行车环境，能够极大地降低驾驶员 操纵难度，提高车辆驾驶的安全性。今后在此基础上， 结合部分传感器还可以进一步实现智能的驱动防滑 控制。 
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