淺析現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)信號傳輸?shù)陌l(fā)展

江舸

摘要：汽車電子技術(shù)的運用在汽車技術(shù)中的比例越來越大，電控系統(tǒng)需要傳輸?shù)碾娦盘柨胺Q海量，怎樣才能在不影響信號傳輸?shù)那疤嵯?，通過各種方法的運用，以達到減少電線的數(shù)量，提高傳輸質(zhì)量和可靠性的目的。

Abstract： The proportion of automotive electronic technology in automotive technology is increasing. The electric signal that the electronic control system needs to transmit is huge. How to reduce the number of wires and improve the transmission quality and reliability without affecting the signal transmission.

關(guān)鍵詞：汽車電控系統(tǒng);電信號;傳輸

0? 引言

現(xiàn)代社會電子科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，特別是在汽車的電子設(shè)備上功能越來越強大，電腦控制的系統(tǒng)和參數(shù)也越來越多，帶來的直接后果就是汽車的自動化、人性化、多功能化和清潔化。汽車上的電子控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步采用電腦控制。下面我們簡述一下汽車控制信號的發(fā)展歷程，了解清楚后有助于汽車電器的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

1? 單線開關(guān)控制式

在汽車電器的控制中，最普遍和常用的方法就是單線控制式。電能從蓄電池出發(fā)，通過一根導(dǎo)線進入開關(guān)，從開關(guān)出來還是經(jīng)過導(dǎo)線到達用電器，再從用電器的外殼到達車身搭鐵。從而形成回路。如圖1所示。

在實際的運用中，開關(guān)可以表現(xiàn)為多種形式，比如：小燈開關(guān)、轉(zhuǎn)向開關(guān)、大燈開關(guān)、喇叭開關(guān)玻璃升降開關(guān)，等等。而用電器就相應(yīng)的可以是：小燈燈泡、轉(zhuǎn)向燈燈泡、喇叭、玻璃升降的電機，等等。

特點：這種控制方式簡單明了，一目了然。控制和用電器功能一一對應(yīng)。維修起來也容易。早期的汽車和現(xiàn)在的經(jīng)濟型車都采用的是這種方式。

優(yōu)點很明顯，但缺點也很多。

在早期，車上的用電器不是很多，采用這種方式很正常，也沒有發(fā)現(xiàn)什么缺點，但是隨著車載電器的增加，控制設(shè)備的增加，缺點就顯現(xiàn)出來了。首先是電線的數(shù)量激增，電線一般是銅芯的，有體積、有質(zhì)量、有成本。直接的后果就是：成本增加，車重增加引起油耗增加，線束的體積增加引起車內(nèi)走線困難。

還有一個明顯的缺點就是用電設(shè)備是各自獨立開關(guān)控制的，相互之間很難協(xié)調(diào)工作。例如：當(dāng)引擎蓋打開時，雨刮和前窗玻璃噴水功能就應(yīng)該不讓執(zhí)行，避免引起干涉，造成雨刮片的損壞。

2? 電腦控制式

在這種方式中，開關(guān)直接連接電腦，用電器受電腦控制。如圖2所示。

開關(guān)在以前的功能是控制用電器工作電流的通斷，開關(guān)上要通過的工作電流很大，所以開關(guān)的觸點必須能經(jīng)受大電流，對其功率有限制要求。而現(xiàn)在，開關(guān)的作用變成了一個需求信號，他只需要把操作者的需求意愿告訴電腦即可，所以通過開關(guān)的電流可以變得很小，這樣對開關(guān)觸點的功率要求就低得多了。同時，連接開關(guān)的線束，以前通過的是工作電流，現(xiàn)在通過的是信號電流，電流值小得多，也可以做得細些。

由于在控制端與執(zhí)行端間增加了電腦，通過電腦的編程就可以變化出很多的功能來。在實際運用中，開關(guān)還可以表現(xiàn)為傳感器，通過傳感器把外界變化的物理量轉(zhuǎn)化為變化的電信號傳輸給電腦，電腦經(jīng)過事前編好的程序來控制用電器的動作。

例如：公共走道上的燈泡控制，以前是人通過開關(guān)控制其亮滅，現(xiàn)在普遍采用聲音和光線的聯(lián)合控制。我們可以理解為有2個傳感器，分別檢測聲音和光線信號的變化，電腦時刻監(jiān)控收到的信號，當(dāng)其變化符合既定的邏輯關(guān)系時就發(fā)出點亮燈泡的信號。只要有一個條件不符合邏輯，燈泡就不會點亮。當(dāng)然，此處我們知道燈泡亮的條件是在光線很暗的時候，有聲音傳出。

上一節(jié)的例子中，當(dāng)汽車的引擎蓋打開時可以通過一個開關(guān)把引擎蓋打開這個信息提供給雨刮控制電腦，電腦此時就可屏蔽噴水和雨刮動作信號，使其暫時無法執(zhí)行。

這種控制方式好處顯而易見，通過電腦的編程，可以把開關(guān)信號或傳感器信號的變化與執(zhí)行器分割開來，并且可以組合出很多的控制花樣。

隨著電腦控制系統(tǒng)的運用，汽車上的電子系統(tǒng)得到了極大地豐富，汽車也提升了檔次。常見的電控系統(tǒng)有：發(fā)動機電控系統(tǒng)、自動變速器電控系統(tǒng)、ABS電控系統(tǒng)、空調(diào)電控系統(tǒng)、防盜電控系統(tǒng)、車身電控系統(tǒng)等等。幾乎能想到的地方都能實現(xiàn)電腦控制。

但是，隨之也出現(xiàn)了一些問題。在各個電控系統(tǒng)中，大家各自為政，互相聯(lián)系很少或幾乎沒有。很多信息大家都需要，卻不能共享，造成重復(fù)建設(shè)。比如：水溫信號，儀表上的水溫表需要，發(fā)動機控制系統(tǒng)需要，風(fēng)扇控制需要，空調(diào)系統(tǒng)也需要。如果信息不能共享，就要安置多個水溫傳感器。還有車速信息，自動變速器系統(tǒng)需要，儀表需要，ABS系統(tǒng)需要，發(fā)動機控制系統(tǒng)也需要。如不能共享，就需要設(shè)置多個車速傳感器。

傳感器增多，相應(yīng)的線束就會增加，隨之而來的成本、重量、油耗都會增加。產(chǎn)生的故障也會增加，給維護修理增加困難。

3? 車載網(wǎng)絡(luò)

用網(wǎng)線把各個電控系統(tǒng)的電腦連接起來，把各自系統(tǒng)內(nèi)的信息傳到網(wǎng)上共享，其連接如圖3所示。

由于信息能夠共享，傳感器的數(shù)量就可以大大減少了，比如水溫傳感器就做一個，水溫信號誰需要誰就水溫下載。車速傳感器也是一樣。

通過網(wǎng)線連接各個電腦還可增加其聯(lián)合控制的功能，協(xié)調(diào)作戰(zhàn)，避免各自為政。

比如：發(fā)動機電腦和自動變速器電腦的協(xié)同控制，在換擋時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該瞬間下降，避免造成換擋沖擊，換擋成功后，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該馬上恢復(fù)正常。ABS系統(tǒng)工作時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速應(yīng)該下降，自動變速器應(yīng)該減檔，這也是協(xié)同控制。試想如果協(xié)調(diào)失靈，這個車駕駛起來是極端不舒服的。

在信息的長途傳遞方面車載網(wǎng)絡(luò)也有著很大的優(yōu)勢。

例如：車的四角有很多的燈光需要控制，大燈、小燈、霧燈、牌照燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈和倒車燈。而這些燈光的控制開關(guān)幾乎都在前面的駕駛位，每個控制開關(guān)都需分別引出2根線到左右最后方和左右最前方。這些線束又多又長，且傳輸距離長損壞的幾率就大，增加成本、重量、故障率。有了網(wǎng)絡(luò)后，可以在燈光開關(guān)處設(shè)置一個電腦，收集開關(guān)信號，了解駕駛員意圖，在車尾部設(shè)置一個燈光控制電腦，在車的最前端設(shè)置左右燈光控制電腦，用網(wǎng)線使各個電腦聯(lián)網(wǎng)協(xié)同工作。各個電腦用網(wǎng)線連接，長途傳輸?shù)木椭挥?根網(wǎng)線，開關(guān)信號送入開關(guān)電腦編碼，通過網(wǎng)線到達尾部和前部電腦，經(jīng)過電腦解析信號，根據(jù)指令控制相應(yīng)的燈光工作。這樣可以節(jié)省大量的線束，降低成本，減輕重量，提高可靠度。

這樣的思路還可應(yīng)用在4個車門的解鎖閉鎖、玻璃升降電機控制上。駕駛員側(cè)的車門上可以控制4個車門的解鎖閉鎖，玻璃升降。每個車門上也可單獨控制自己車門的解閉鎖和玻璃升降。常規(guī)的做法就是從駕駛員車門開關(guān)處引出很多的控制線束分別到達4個車門，這些線束又多又長，且經(jīng)過車門鉸鏈處很容易扯斷造成故障?，F(xiàn)在有了網(wǎng)絡(luò)，可以在4個車門分別安裝一個車門控制電腦，電腦控制自己車門的解閉鎖和玻璃升降電機，4個電腦用網(wǎng)線連接起來形成網(wǎng)絡(luò)，駕駛員側(cè)的控制信號通過網(wǎng)絡(luò)傳到各個車門，協(xié)同工作就可以完成互相控制的功能。該網(wǎng)絡(luò)如與防盜電腦聯(lián)網(wǎng)，還可增加更多的功能。

4? 開關(guān)信號的優(yōu)化

常見的開關(guān)信號，一個開關(guān)只能傳達2個信息，開或關(guān)。圖4是車門上的玻璃升降開關(guān)與控制電腦之間的信號傳輸示意圖。

該開關(guān)有5個位置，靜止時觸點0懸空，電腦監(jiān)控4根信號線，發(fā)現(xiàn)都沒有通過0線接地，電腦不控制電機動作。當(dāng)司機向上提開關(guān)時，0與2接通，電腦監(jiān)控到2號線接地，根據(jù)控制邏輯，電腦使電機正傳，0與2開關(guān)斷開時，電機停轉(zhuǎn)。從而實現(xiàn)手動升功能。當(dāng)繼續(xù)向上提開關(guān)時，只需0與1短時間接通過，電腦監(jiān)測到1號線短接地，根據(jù)控制邏輯控制電機長時間正轉(zhuǎn)，直到玻璃升到頂或接到其他信號才讓電機停止。從而實現(xiàn)一鍵升的功能。同理，向下按開關(guān)時，也能實現(xiàn)手動降與一鍵降的功能。只是電腦控制電機反轉(zhuǎn)。在這個控制中用了4根信號線。

我們看圖5，在開關(guān)中增加了3個電阻R1-R3，電腦內(nèi)部的電壓V+經(jīng)過電阻R0-R1-R2-R3四個電阻分壓，電腦監(jiān)控V0電壓值的變化來判斷開關(guān)的位置。

例如：假設(shè)V+是12V，4個電阻均是200Ω。當(dāng)V0是0V時，表示開關(guān)內(nèi)0與1接通;當(dāng)V0是6V時，表示開關(guān)內(nèi)0與2接通;當(dāng)V0是4V時，表示開關(guān)內(nèi)0與3接通;當(dāng)V0是3V時，表示開關(guān)內(nèi)0與4接通;當(dāng)V0是12V時，表示開關(guān)無動作。

經(jīng)過這樣改造后，完成同樣的功能，信號線從以前的4根減少到1根。改進效果非常的明顯。在車上需要大量開關(guān)信號的地方使用這種改進方法，可以節(jié)約大量的線束，且使外圍電路簡化，降低成本，減輕重量。例如，門控開關(guān)，玻璃升降開關(guān)，電動后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān)，燈光組合開關(guān)，雨刮控制開關(guān)，座椅調(diào)節(jié)開關(guān)等等，可以大量采用此種方式。

了解了信號傳輸?shù)陌l(fā)展過程，對電路工作原理的理解非常關(guān)鍵，對電路的故障排除有極大地幫助。

參考文獻：

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