談汽車上常用的占空比信號和脈寬信號

文/上海 王錦俞 北京 朱 軍

談汽車上常用的占空比信號和脈寬信號

文/上海 王錦俞 北京 朱 軍

朱軍

(本刊專家委員會委員)

從事汽車維修工作30余年，現任北京理工大學車輛交通工程學院兼職教授、山東德州汽車摩托車學院名譽院長、北京市汽車維修職業學校名譽校長。

王錦俞

(本刊專家委員會委員)

40年汽車教師生涯，與汽車構造、維修保養技能、技術始終相聯。現任上海宇龍軟件公司技術顧問，從事汽車維修仿真教學軟件的開發。兼任江西汽車維修技師、工程師俱樂部主任。

占空比信號和脈寬信號都是數字信號，數字信號實際上是從傳感器傳出或從控制器(ECU)發出的脈沖電壓信號。

一、數字信號

1．定義和波形

數字信號的信號幅度參數取值是離散突變的，幅值通常表現為高電平和低電平兩個信號；模擬信號的信號幅度參數在給定范圍內表現為連續的信號。

這些定義解釋起來較為抽象，但若用波形表示則形象又簡單。

由圖1、圖2可見，數字信號的波形是方波，而模擬信號波形不是方波。這些波形用示波器及有波形轉換功能的故障診斷儀能方便地顯示出來。

由于數字信號的優點遠多于模擬信號，所以目前在汽車控制系統信號中大多都采用了數字信號，本文將重點闡述在汽車上數字信號的運用和檢測上的原理。

2．數字信號的用途

數字信號的主要用途有：①用在串行數據通信中(如CAN-BUS)；②作為來自傳感器的采樣信號送至控制器；③作為來自控制器的信號觸發功率三極管驅動執行器。

3．數字信號波形中的常用術語

(1)脈寬(W)：脈沖寬度的簡稱，脈沖寬度就是高電平持續的時間，圖3波形的脈寬是2ms。

(2)占空比(P)：高電平脈寬與信號周期的比值叫做占空比，圖3波形的占空比為25%。

(3)空占比：低電平脈寬與信號周期的比值叫做空占比，圖3波形的空占比為75%。

(4)幅值：高電平與低電平之差叫做幅值，圖3波形的幅值是12V。

(5)頻率：周期的倒數叫做頻率，圖3波形的頻率是125Hz。

(6)脈寬與周期、占空比的關系：W=T×P(其中T為周期)。

二、占空比信號在汽車控制系統中的運用

1．控制器至執行器的占空比信號

測量占空比信號時一般都是用示波器(波形顯示)或萬用表(數值顯示)來完成的。大多數執行器都采用接地端控制，也就是執行器一端始終接電源，另一端接控制器(ECU)。而測量時，無論是示波器還是萬用表的表筆都會是一端接地、一端接執行器控制端，這時波形顯示出低電平為執行器通電過程，高電平為執行器斷電過程(見圖3)。因此，波形的低電平在圖形中是“占空”的，這是占空比的另外一種定義。所以目

前習慣上把“空占比信號”也稱作“占空比信號”。

來自控制器至執行器的占空比信號尤其適合控制需在某一時間段內有可控開啟度的電磁閥，如炭罐清除閥和自動變速器等機構中的液壓控制閥。

下面以發動機控制器對炭罐清除閥的控制為例，介紹其工作原理。

炭罐清污控制系統的結構如圖4所示，當發動機熱機運轉時，炭罐清除閥大約是每隔4min開啟1min。然而炭罐清除閥開度大小卻取決于發動機的工作狀況，簡單地全開、全閉不能滿足不同的發動機工況。采用占空比控制信號，能使炭罐清除電磁閥所通過的脈沖電流的脈寬在0～100%間任意控制。我們可理解為，炭罐清除閥開度在0～100%間由發動機控制器任意控制。

當點火開關處于“ON”位置時，炭罐清除閥電插座的二端子一個由繼電器供正電，另一個接發動機控制器。發動機控制器是通過控制炭罐清除閥的搭鐵回路通斷時間的占空比信號來控制炭罐清除閥開度大小，如0是關斷，100%為全開。圖5中的空占比信號是8%，即發動機控制器在100ms這一信號周期內，接通搭鐵8ms。我們也可以理解為炭罐清除閥開啟時間為8%，即開度不大。當然，發動機ECU可在100ms這一信號周期內，接通搭鐵99ms，炭罐清除閥開度就大了。

2．傳感器至控制器的占空比信號

下面以空調高壓傳感器為例，介紹其工作原理。此傳感器有一個內部帶脈寬調制器的集成電路，將壓力傳感器生成的模似信號轉化為占空比數字信號輸出。

空調高壓傳感器有一個12V供電電源，當空調高壓側壓力0.5MPa時，傳感器向控制器(ECU)發送占空比為25%的數字信號(見圖6)。占空比與壓力成比例，在3.2MPa時為75%(見圖7)，信號送到發動機控制器上。

由于散熱器風扇由發動機控制器控制，在壓力上升時，風扇的轉速也成比例地上升。如果占空比小于10%或大于90%，則空調壓力過小或過大?？刂破鲿煽照{壓力過小或過大的故障碼。

如果在傳感器的插接器脫落，在信號線上的電壓為0，因為反偏電阻與接地連接，此時占空比為0。控制器會生成空調高壓傳感器斷路的故障碼。

如果信號線與12V電源線間短路，在信號線上的電壓始終為12V。此時信號占空比為100%。此時控制器會生成空調高壓傳感器對正極短路的故障碼。

三、脈寬信號在汽車控制系統中的運用

脈寬控制信號在多數情況下也指波形的低電平有效信號。來自ECU至執行器的脈寬數字信號也是作為控制執行器導通時間用的，它常用于控制電磁閥全開、全閉的時間上，而不像占空比信號用于控制電磁閥開度上。

典型的例子是噴油器都是采用脈寬信號來控制的。通常正電源常接在噴油器一端，另一端由發動機ECU控制接地(見圖8)。

當點火開關ON時，噴油器電插座的二端子一個由燃油繼電器供正電，另一個端子接發動機控制器中三極管，發動機控制器是通過控制噴油器的搭鐵回路(三極管)的導通時間來控制燃油噴射量，對三極管的導通時間就是脈寬。