科技改變生活 · 科技引領未來
本文所說的“目標”是指汽車操作者(駕駛人或維修人員)的意愿或要求,例如切斷或傳遞動力、加速或減速、開啟或關閉空調等。但是,操作者這些意愿或要求的程度是隨著工況的不同而變化的,“目標設定值”正是反映操作者意愿程度的數值,例如增加/減少發動機轉
本文所說的“目標”是指汽車操作者(駕駛人或維修人員)的意愿或要求,例如切斷或傳遞動力、加速或減速、開啟或關閉空調等。但是,操作者這些意愿或要求的程度是隨著工況的不同而變化的,“目標設定值”正是反映操作者意愿程度的數值,例如增加/減少發動機轉速的大小、接通/切斷功率的輸出。同時,目標設定值需要傳送給電控單元(ECU),作為計算和控制發動機噴油量和點火時刻的重要依據。目標設定值傳感器正是檢測相關踏板或開關位置(或狀態)的傳感器。
電控汽車上的目標設定值傳感器主要有以下幾類。
一、加速踏板位置傳感器(APP)
采用電子節氣門系統的汽車一般設置了加速踏板位置傳感器,該傳感器采集加速踏板的行程或位置,并且以電壓信號的形式傳輸給電控單元。如果加速踏板位置傳感器發生故障,將導致汽車加速無力,發動機故障燈點亮。
1.加速踏板位置傳感器的基本結構
加速踏板位置傳感器分為以下兩種結構形式(以豐田汽車為例):一是可變電阻式(圖1),當加速踏板擺動時,擺動式可變電阻器的電阻值發生變化,引起輸出電壓變化,該電壓信號傳輸給電控單元,這種傳感器的缺點是比較容易磨損;二是霍爾元件式(圖2),它利用固定在加速踏板上的磁性元件去改變霍爾傳感器的輸出電壓,經過電路放大后,電壓信號傳輸給電控單元。加速踏板位置傳感器與加速踏板一起構成組件,在其輸出端可以檢測到與加速踏板位置(即壓角)相對應的電壓。
圖1 豐田汽車的可變電阻式加速踏板位置傳感器
圖2 豐田汽車的霍爾元件式加速踏板位置傳感器
加速踏板位置傳感器的安裝位置因車型而異,有的安裝在加速踏板模塊的頂部(如奔馳轎車),有的安裝在加速踏板的下面,有的一頭通過鋼絲拉索與加速踏板連接,被安裝在發動機艙內。
2.加速踏板位置傳感器的控制原理
為了提高控制的可靠性,加速踏板位置傳感器內裝備了兩個電位計,它們具有不同的可變電阻范圍。其中一個用于向ECU傳送駕駛人設定的加速踏板位置,另一個用于監測反饋值是否正確。如果其中一個失效,發動機故障燈點亮,系統進入怠速狀態;如果兩個電位計都失效,發動機只能以較高的怠速(1500r/min)運轉,以便駕駛人能夠駕車到最近的維修站去,ECU不再對加速踏板的信號做出反應,此時汽車加速無力,這是加速踏板位置傳感器的應急保護模式。
新捷達轎車加速踏板位置傳感器的控制電路見圖3。
圖3 新捷達轎車加速踏板位置傳感器與ECM的連接電路
對于自動擋汽車,在加速踏板位置傳感器內往往集成了強制降擋開關,它向電控單元提供駕駛人期望的加速信號。當強制降擋開關閉合時,電控單元結合車速、發動機轉速等信號,指令向下降低一擋或幾擋,同時指令發動機提供全負荷的噴油量。
二、制動開關(STP)
1.制動開關的基本結構
制動開關又稱為停車開關和制動踏板狀態開關。制動開關安裝在制動踏板附近,有的與制動踏板組件集成為一體,固定在制動踏板的支架上。制動開關作為一種重復裝置,與制動信號燈開關同時配置,集成在一個部件內,兩個開關使用同一個制動踏板傳動機構。制動踏板的安裝位置如圖4所示。
圖4 制動踏板的安裝位置
制動開關用于監測駕駛人的制動操作,圖5所示為豐田轎車的制動開關信號電路。制動開關的信號電壓與提供給制動燈的電壓相同。
圖5 豐田轎車的制動開關信號電路
大眾/奧迪車型采用BOSCH(博世)制動系統,在制動踏板上安裝了電子制動開關,其內有推桿和永久磁鐵。當踩下制動踏板時,便移動了推桿。制動開關組件是雙觸點式,由制動燈開關F(稱為主觸點)和制動踏板開關F47(稱為副觸點)組成,這兩個開關同時動作。在未踩下制動踏板時,F斷開,F47閉合;當踩下制動踏板時,F閉合,F47斷開,這兩個開關的信號互為校驗(表1)。ECU根據表1所示的邏輯關系判斷制動踏板的位置,并將制動信息傳輸到動力系統總線,供其他電控單元共享。
表1 制動開關信號邏輯表
2.制動信號的控制原理
制動開關是一種特殊的目標設定值傳感器,它輸出的信號屬于開關信號。
在傳統汽車上,制動開關的作用只是接通制動燈,以警示后車“本車已經制動”,以避免發生追尾事故。但是在電控汽車上,制動信號具有異乎尋常的作用,若制動開關信號失常,會引發形形色色的故障,屬于“一因多果”的故障現象。制動開關向ECU傳輸駕駛人操縱制動踏板的信息,當駕駛人踩下制動踏板,發出制動信號時,出于安全和省油考慮,電控單元會限制發動機的功率輸出,以避免動力驅動與制動同時進行。
制動是汽車的一種既尋常又特殊的工況。之所以說它是一種尋常工況,是因為汽車在每天的行駛中不知道要經歷多少次制動;之所以說它是一種特殊工況,是因為制動時總是希望車速盡快降下來,而且由制動產生的振動和頓挫感越小越好,這就需要發動機以及變速器的配合,圖6為寶馬5系列轎車(E39底盤)制動燈開關線路簡圖。
圖6 寶馬5系列轎車(E39底盤)制動燈開關線路簡圖
為了改善汽車的操縱性能,提高控制精度,制動開關信號被輸入ECU等多個控制模塊,一旦駕駛人踩下制動踏板,制動開關接通,即向ECU的制動開關端子輸送一個信號,告知ECU“正在制動”。此時發動機會減少燃油供應,暫時減小功率輸出;變速器暫時終止動力傳遞,變速桿鎖止電磁閥解除鎖止;懸架系統啟用防汽車制動“點頭”功能;電子巡航功能暫時終止等。
以上海大眾POLO轎車采用的001型自動變速器為例,其控制單元J217根據制動開關F的信號判斷汽車是否制動,并進行以下控制。
①當汽車停止并且踩下制動踏板時,將變速桿鎖止電磁閥N110的電路接通,解除變速桿的鎖止,讓變速桿能從P位移出。也就是說,只有踩下制動踏板后變速桿才能脫離P位(或N位),并掛入其他擋位。踩下制動踏板后如果制動開關F觸點不能閉合, 則變速桿鎖止機構不能釋放,變速桿無法進入其他擋位,汽車便 不能起步。
②當汽車行駛、自動變速器變矩器鎖止離合器結合時, 如果踩下制動踏板,當車速降至6 0 km/ h以下時,自動變速器 ECU將釋放鎖止離合器。也就是說,當汽車實施制動時,自動 變速器ECU切斷通向變矩器鎖止電磁閥的電路,以解除變矩器 的鎖止。這種功能可以防止當后輪制動并被抱死時,造成發動 機熄火。
通過上面的分析可以看出,制動開關信號與發動機轉速、負 荷、車速、冷卻液溫度等信號一樣,是被多個電子控制系統所采集 的基本信號,其深遠影響不可小覷。
3.制動開關的更換方法(以奔馳215、220車型為例)
(1)拆卸駕駛人側儀表盤下方的護板。
(2)拔下制動燈開關(S9/1)處的電線插頭。
(3)按下夾子。
(4)轉動并拉出制動燈開關(S9/1)。
(5)安裝新的制動燈開關。注意將促動針完全拉出,踩下制動踏板,再插入制動燈開關(S9/1)并旋轉,直到夾子鎖止,促動針會自動調整到位。
(6)按拆卸時相反的順序安裝其他部件。
三、離合器開關
以新捷達手動擋轎車裝備的離合器開關為例,它是一個白色的常閉開關,平時其觸點是閉合的,踩下離合器踏板時觸點才打開。
1.離合器開關的主要功能
對于裝備手動變速器的乘用車,在離合器踏板的傳動機構中安裝有離合器踏板開關。
離合器開關的作用是向發動機ECU提供離合器“結合”還是“分離”的狀態信息,用于修正噴油量和點火提前角。當離合器踏板未踩下時,離合器開關接通,表明車輛處于動力傳遞狀態,ECU適當加大噴油量和點火提前角;當駕駛人踩下離合器踏板時,離合器開關斷開,表明車輛處于非動力傳遞狀態,ECU適當減小噴油量和點火提前角。如果離合器開關因故(例如內部觸點簧片折斷)始終處于斷開狀態,ECU會認定離合器處于非動力傳遞狀態,并減小噴油量和點火提前角,導致噴油量和點火提前角與汽車的實際工況不匹配,將出現“聳車”現象,這種情況類似于間歇性斷油或者斷火引起的故障。
另外,如果離合器分離,ECU將關閉定速巡航控制系統,短時減少燃油噴射量,以免離合器分離時發動機的轉速突然升高,并減少換擋沖擊。
2.離合器開關的檢測方法
反復踩幾次離合器踏板,同時利用檢測儀讀取發動機ECU中離合器踏板開關的位置信息,具體讀取“巡航控制狀態”,踏下時的狀態值應為“4”,未踏下時的狀態值應為“0”。在實際操作中可能出現以下4種情況(即執行結果)。
(1)駕駛人對離合器踏板的操作與檢測儀顯示的一致。說明離合器踏板開關、相關線束以及ECU正常。
(2)駕駛人對離合器踏板的操作與檢測儀的顯示偶爾一致。說明在踩下離合器踏板時,離合器踏板開關偶爾會動作。此時應當檢查離合器踏板開關是否接觸不良,線路應當沒有問題。
(3)ECU未識別到駕駛人踩下了離合器踏板。可以拔下離合器踏板開關的插接器,再次用檢測儀讀取踏板的狀態信息,如果此時狀態信息變為踏板已經踩下,說明離合器踏板開關有故障,應當更換;如果狀態信息仍然為踏板未踩下,說明故障出在ECU及其線路上,離合器踏板開關正常。
(4)ECU未識別出離合器踏板的自由狀態。說明ECU沒有接收到離合器踏板開關信號端子傳送來的信號,此時應當進行以下檢查。
①檢查相關的熔絲,如果熔絲正常,拔下離合器踏板開關的插頭,然后用導線跨接離合器踏板開關的電源端子與信號端子,再接通點火開關,連接檢測儀,讀取離合器踏板開關的狀態信息,如果此時狀態信息變為自由狀態,說明離合器踏板開關有故障,應當檢查其是否臟污,導致開關不能到達指定的位置。在清除臟污后,如果故障依舊,應當更換離合器開關。如果更換離合器開關后仍然識別不出踏板的自由狀態,說明故障不在離合器開關本身。
②檢查離合器開關的供電電壓。接通點火開關,測量離合器開關供電端子與接地點之間的電壓,如果小于11.5V,說明從供電端子到熔絲之間有斷路或者對地短路現象;如果大于或等于11.5V,說明供電正常。
③檢查信號傳遞情況??梢园蜗掳l動機電控單元的插頭,測量離合器開關信號端子至電控單元插腳之間導線的電阻,如果大于3Ω,說明導線斷路;如果小于或等于3Ω,說明該導線正常。
④檢查發動機電控單元插腳與發動機接地點之間的電阻,正常值應大于9Ω,如果小于9Ω,說明對地短路。
四、其他開關
在電控汽車上,各種開關實質上是一個電路板,并且具有網絡模塊的特征。凡是開關信號只有2種狀態——“是”與“否”(或者“開”與“關”)。開關信號與數字信號一樣,可以直接被ECU所接收,無需經過模/數(A/D)轉換。
1.車窗玻璃升降器開關。它既能發送信息,又要接收信息,還能處理信息,圖7所示為寶駿樂騁轎車車門玻璃升降控制原理圖。通過升降器開關不同的針腳接地,可以區分控制模塊的ID地址,因此不能像傳統維修方法那樣隨意互換開關。
圖7 寶駿樂騁轎車車門玻璃升降控制原理圖
2.空調開關。當操作者開啟空調開關時,發動機的負荷會有所增加,此時需要相應地提高發動機的怠速轉速,防止發動機熄火。但是,怠速轉速又不能太高,否則耗油量將增加。因此,電控單元需要接收空調開關的信號,并在啟動空調壓縮機的同時,稍微提高發動機的怠速。這種調整時機和程度的把握,只有依靠ECU才能做到。
3.車速調節開關。有的汽車裝備了電子巡航系統,具有車速調節功能,能夠讓汽車在駕駛人設定的車速下勻速行駛,以減輕疲勞程度。在行駛過程中,駕駛人可以操縱車速調節開關,使汽車加速或者減速行駛。因此,電控單元需要接受車速調節開關的信號,以適時調節或者決定是否啟用車速調節功能。
丁楠遠