汽車控制系統(tǒng)中螺線管的電流檢測(cè)

螺線管是一種具有固定運(yùn)轉(zhuǎn)范圍的線性電動(dòng)機(jī)。螺線管適合于簡單的開關(guān)應(yīng)用，其作用很像繼電器。例如，它們?cè)谄饎?dòng)器和門鎖中就起到這種作用。
另一方面，線性或成比例的螺線管可以用很精確的方式控制其狀態(tài)。它們?cè)谥T如變速器和燃油噴射等應(yīng)用中用于操縱活塞或者閥門以便準(zhǔn)確地控制液體壓力或流量。
變速器需要準(zhǔn)確平穩(wěn)地控制離合器上的壓力以改變傳動(dòng)裝置，并用于控制閉鎖液力變矩器。電子控制的變速器可能包括8個(gè)以上的線性螺線管，它們都需要平穩(wěn)準(zhǔn)確地控制。對(duì)于共軌柴油機(jī)燃油噴射應(yīng)用，具有超過2000
psi（每平方英尺磅數(shù)）的壓力，可能每個(gè)氣缸都需要一個(gè)線性螺線管――并且燃料泵需要一個(gè)螺線管――以便準(zhǔn)確地調(diào)整壓力，保證按預(yù)定方式注入燃料流量。
應(yīng)用實(shí)例：電子變速器控制
自動(dòng)變速器是一種取代機(jī)械控制的主要電子控制系統(tǒng)，因?yàn)殡娮涌刂葡到y(tǒng)在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量和燃料效率方面都有所改進(jìn)。以前在燃料效率和加速方面的改進(jìn)是因?yàn)椴捎昧碎]鎖液力變矩器。最近，采用電子控螺線管的軟硬件結(jié)合可以更輕松地調(diào)整變檔算法，而且還具有變速器換檔平穩(wěn)性和質(zhì)量方面的附加優(yōu)勢(shì)。

總之，變速器電子控制使機(jī)電系統(tǒng)簡化了設(shè)計(jì)、提高了可靠性并且降低了成本。電子變速器控制系統(tǒng)改進(jìn)了對(duì)變速器換檔點(diǎn)的控制，減小了傳動(dòng)裝置換檔的突變性并且改進(jìn)了換檔的平穩(wěn)度。另外，電子控制的靈活性對(duì)變化的條件具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。換檔點(diǎn)的電子控制具有精細(xì)分辨率，能夠提高加速質(zhì)量、節(jié)約成本、改善負(fù)載控制并減小排氣量，從而使駕駛員最省力。另外，電子控制允許變速器平穩(wěn)地?fù)Q檔改變負(fù)載和加速度。

采用電子控制系統(tǒng)，除了軸速、真空和駕駛員輸入之外換檔控制算法可能受到各種輸入?yún)?shù)的影響。這些參數(shù)包括先期火花、注入器參數(shù)、輸入速度傳感器、線路換檔選擇、引擎速度、油門位置、液力變矩器速度和制動(dòng)器、自動(dòng)傳輸流體（ATF）溫度、引擎溫度、車輪轉(zhuǎn)差率傳感器以及慣性傳感器。結(jié)合這些輸入可以實(shí)現(xiàn)各種換檔優(yōu)化算法，以適應(yīng)總的工作條件。為了最有效地使用這些輸入，必須通過精確地?zé)o限調(diào)整電子控制系統(tǒng)的換檔點(diǎn)和換檔速度來優(yōu)化系統(tǒng)。

在電子控自動(dòng)變速器中，仍然采用液壓控制來改變傳動(dòng)裝置。與機(jī)械控制系統(tǒng)不同的是，機(jī)電系統(tǒng)中對(duì)液體的電子控制是通過線性螺線管來實(shí)現(xiàn)的，線性螺線管能改變施加到離合器組件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的液體壓力。為了完成此功能，最重要的是準(zhǔn)確并且可重復(fù)地控制開路螺線管――從而允許通過應(yīng)用過程中準(zhǔn)確的液體流量對(duì)換檔點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確和可重復(fù)的控制。

確定螺線管的狀態(tài)
線性螺線管的狀態(tài)通過反饋環(huán)路來控制。例如，可以監(jiān)視閥門的下行壓力并用作反饋信號(hào)與設(shè)定值比較，從而調(diào)整脈沖寬度調(diào)制（PWM）的占空比以便控制螺線管，但是，測(cè)量下行壓力可能很困難、不切實(shí)際，或者成本很高。

另外一種實(shí)際的解決方案就是通過測(cè)量通過螺線管的電流來確定螺線管的狀態(tài)。這種方法是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)闄C(jī)械負(fù)載對(duì)螺線管施加的力直接與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例，而磁場(chǎng)強(qiáng)度又直接與通過線圈的電流成比例。通過平衡彈簧類負(fù)載和螺線管磁場(chǎng)之間的作用力來實(shí)現(xiàn)螺線管的比例控制，其中可以通過測(cè)量螺線管的電流來確定磁場(chǎng)強(qiáng)度。

PWM螺線管控制
通過采用微控制器產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)螺線管，以便迅速地開啟或關(guān)閉與螺線管和電壓源（汽車電池）串聯(lián)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）開關(guān)。對(duì)螺線管施加的平均電壓取決于PWM波形的‘導(dǎo)通’時(shí)間與脈沖周期的比率。脈沖寬度和螺線管機(jī)械負(fù)載的變化會(huì)引起通過螺線管流動(dòng)的平均電流的變化。該平均電流表明了螺線管總運(yùn)動(dòng)量，所以也就表明了液體壓力和流量。

對(duì)于特定的PWM波形，螺線管運(yùn)動(dòng)和平均電流之間的關(guān)系可以用表示特性來確定。雖然磁場(chǎng)強(qiáng)度確實(shí)與通過螺線管的電流直接相關(guān)，但實(shí)際的機(jī)械力和運(yùn)動(dòng)并不是嚴(yán)格相關(guān)的，因?yàn)樗鼈冞€依賴于螺線管的結(jié)構(gòu)和負(fù)載的性質(zhì)。因此，需要用表示特性來關(guān)聯(lián)開路螺線管平均電流。

例如，當(dāng)螺線管剛開始加電為了克服靜摩擦力時(shí)，必須增大PWM比率。一旦克服了靜摩擦力，就需要采用不同的PWM比率驅(qū)動(dòng)它來回運(yùn)動(dòng)。
測(cè)量通過線圈的電流
電流是螺線管狀態(tài)的重要指示。測(cè)量螺線管電流的最有效方法就是測(cè)量與螺線管、電池及其開關(guān)串聯(lián)的阻性分流器兩端的電壓。配置這種用作開關(guān)和電壓測(cè)量的串聯(lián)電路可以有幾種不同的方法。

采用高端驅(qū)動(dòng)的低端電流檢測(cè)
圖1中的電路示出，開關(guān)連接到電池的高電壓端（不接地），再與螺線管線圈和接地的阻性分流器串聯(lián)。一只反向二極管接在線圈兩端用于箝位（例如短路）當(dāng)電流斷開時(shí)由線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。分流器采用地作為參考端允許在電子控制裝置（ECU）中使用便宜的運(yùn)算放大器――共模指標(biāo)不重要――來測(cè)量分流器兩端的電壓。

圖1. 采用高端開關(guān)和低端檢測(cè)的ECU