摘要： 本篇文章针对丰田智能电子节气门控制系统的结构原理、工作性能与故障诊断进行阐述和分析。

    电子节气门是汽油发动机电控系统的重要组成部分，是汽车众多新技术中应用最为广泛和成熟的前沿技术之一。从2004年起至今，丰田公司已在丰田轿车全系范围内完成了丰田公司最新研发的第2代智能电子节气门控制系统ETCS-I （Electronic ThrotlleControl System-intelligence） 的普及应用 。由于该系统结构简单、设计巧妙、性能可靠、技术先进，使丰田轿车在经济、动力、安全、舒适等性能方面都有了很大提升。为帮助广大维修人员深入全面地了解该系统，本文就该系统的结构原理、工作性能与故障诊断做以下阐述和分析。

1 丰田ETCS-I系统的结构特点
丰田ETCS-I系统是丰田轿车发动机电控系统的组成部分，它主要由传感器、执行器和控制单元3部分组成，如图1所示。

1.1 传感器
传感器包括加速 （油门） 踏板位置传感器 （Accelerator Pedal Position Sensor，简 称 APPS，见图2） 和节气门位置传感器 （Throttle Position Sensor，简称TPS，见图3），均采用双传感器设计。加速踏板位置传感器安装在加速踏板总成内，通过导线直接将信号传送至发动机ECU，这样不再由油门拉索来控制节气门的转动，而改由电动机来驱动，亦即所谓的电子油门 （现在的ETCS-I系统为第2代产品，第1代ETCS-I系统的加速踏板位置传感器的安装位置在节气门体上，通过油门拉线来控制，但并非用来直接驱动节气门）。节气门位置传感器在节气门体内，用来感知节气门的开度。与众不同的是这2种传感器丰田均采用非接触的双霍尔式，结构设计非常精巧，这种设计由于没有采用传统的接触式滑膜电阻，使传感器没有了磨损，具有使用寿命长、信号输出精度高、可靠性强等特点，为发动机精确控制奠定了非常好的基础条件。

1.2 执行器
执行器是指节气门体，主要包括节气门控制电动机、减速机构、节气门位置传感器和节气门等，如图4所示。早期电动机应用在节气门体上主要用于发动机的怠速控制，而并非直接用于节气门的驱动，且怠速机构种类和形式繁多，使得节气门体结构复杂，控制不够精准，性能不佳。节气门控制电动机采用直流电动机，直流电动机的特点是响应快、耗能低。由于采用无连杆式节气门体，使得节气门体的结构变得极为简单，但控制精准，功能完备。

1.3 电子控制单元
智能电子节气门控制系统属于发动机控制系统的一个功能 （子系统），发动机ECU采集各传感器信号，通过程序设定的占空比电流直接控制节气门电动机的转动，再经过两级减速后驱动节气门转动，完成节气门各种角度的开启。丰田召回门事件后，美国交通安全委员会组织专家历时近1年时间，对该系统长达28万行的控制程序进行了分析和研究，力图找出ETCS-I系统控制程序的缺陷，最终确认丰田ETCS-I系统的控制程序不存在任何问题。

2 丰田ETCS-I系统的性能特点
采用ETCS-I之后，它能够为发动机等各个控制系统的每个工作范围提供最佳的节气门控制。
1） 加速踏板位置传感器APPS检测加速踏板位置 （驾驶员施加的踩踏力控制），转换成电信号后传送到发动机ECU。
2） 发动机ECU根据加速踏板位置传感器APPS的输入信号和其他ECU （如ABS、TRC、VSC等） 的传送信号，来计算适合于每个驱动状态的最佳节气门开启位置，通过节气门控制电动机来控制节气门开启角度，为节气门开度控制的主控信号。
3） 节气门位置传感器TPS检测节气门的开启角度，转换成电信号后传送至发动机ECU，用来确认节气门开启是否达到所需位置，实现对发动机的精确控制。
4） 具有怠速控制功能，这种类型的怠速控制也称为由全程电动机控制的节气门直动式怠速控制机构。为了维持一个理想的怠速，可通过发动机ECU来控制节气门开度。
5） 结合其他控制系统，如自动变速器ECT、怠速控制系统ISC、巡航控制系统CCS、牵引力控制系统TRC、车辆制动防滑控制系统VSC、制动优先系统BOS等各系统，ETCS-I能够在所有操作范围内实现非常好的节气门控制和舒适度，将节气门控制在适合于所有工况的最佳开度。比如，①牵引力控制系统TRC对节气门的控制，作为TRC系统部分，如果驱动轮滑移过多，根据来自制动防滑控制ECU的请求信号，发动机ECU将节气门关闭，这样便于车辆保持稳定和一定的驱动力；②车辆制动防滑控制VSC协 调控制，为了使VSC系统控制的效果最佳，可通过制动防滑控制ECU的有效协调控制来控制节气门开度；③巡航控制CCS，巡航控制ECU可以作为发动机ECU的一个子系统，与发动机ECU成—个整体，直接驱动节气门来进行巡航控制操作，这样使得巡航控制系统结构变得极为简单，即使是后加装也极为便捷；④在丰田召回门事件后，丰田开始加装制动优先系统BOS，由于采用了ETCS-I，使得加装起来很简单。通过对计算机程序修改等简单改装后，当遇到紧急制动时，优先实施车轮制动，同时制动ECU向发动机ECU发出请求指令，解除加速踏板位置传感器的信号控制，减小节气门的开度，降低发动机的转速和输出功率与转矩，车速迅速降低，确保安全，这是对车辆主动安全系统的又一提升。
6） ETCS-I也能够实现像拉线型节气门体一样，节气门的开启角度根据加速踏板的作用力不断变化而改变这一目的。但是区别在于这种控制不再是线性控制 （即节气门的开启角度与驾驶员的踩踏力成正比），而是非线性控制，非线性控制将节气门控制在适于行驶条件的最佳节气门开度，行驶条件如加速踏板的下量和发动机转速等。这样发动机ECU能够根据既定目标通过程序来控制发动机运转，从而实现动力性、经济性、安全和排放等方面的最佳控制。
7） 万一出现异常情况，这个系统转换为应急模式，并具有自诊断功能。
由于ETCS-I系统的应用，尤其是丰田在高端车（ 如新皇冠 、雷克萨斯 ） 上采用了多路通信系统MPX （由 多个局域网构成的系统 ） 之后，在发动机、自动变速器、底盘以及车身控制等方面都发挥了重要作用，它的作用得到了充分扩展，实现了车辆的综合控制，这是非电子油门无法达到和实现的。ETCS-I系统的应用使车辆性能在各个方面都得到了提升，但是这只是丰田众多先进技术应用之一，并不是单靠这一个系统能够完成的，需要各个控制系统的综合协调和配合，从而实现车辆的综合控制，这也是车载局域网的应用目的和显著特点。

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