汽車(chē)控制系統中螺線(xiàn)管的電流檢測

螺線(xiàn)管是一種具有固定運轉范圍的線(xiàn)性電動(dòng)機。螺線(xiàn)管適合于簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)應用，其作用很像繼電器。例如，它們在起動(dòng)器和門(mén)鎖中就起到這種作用。
另一方面，線(xiàn)性或成比例的螺線(xiàn)管可以用很精確的方式控制其狀態(tài)。它們在諸如變速器和燃油噴射等應用中用于操縱活塞或者閥門(mén)以便準確地控制液體壓力或流量。
變速器需要準確平穩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(xiàn)性螺線(xiàn)管，它們都需要平穩準確地控制。對于共軌柴油機燃油噴射應用，具有超過(guò)2000
psi（每平方英尺磅數）的壓力，可能每個(gè)氣缸都需要一個(gè)線(xiàn)性螺線(xiàn)管――并且燃料泵需要一個(gè)螺線(xiàn)管――以便準確地調整壓力，保證按預定方式注入燃料流量。
應用實(shí)例：電子變速器控制
自動(dòng)變速器是一種取代機械控制的主要電子控制系統，因為電子控制系統在驅動(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)是因為采用了閉鎖液力變矩器。最近，采用電子控螺線(xiàn)管的軟硬件結合可以更輕松地調整變檔算法，而且還具有變速器換檔平穩性和質(zhì)量方面的附加優(yōu)勢。

總之，變速器電子控制使機電系統簡(jiǎn)化了設計、提高了可靠性并且降低了成本。電子變速器控制系統改進(jìn)了對變速器換檔點(diǎn)的控制，減小了傳動(dòng)裝置換檔的突變性并且改進(jìn)了換檔的平穩度。另外，電子控制的靈活性對變化的條件具有更強的適應性。換檔點(diǎn)的電子控制具有精細分辨率，能夠提高加速質(zhì)量、節約成本、改善負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地換檔改變負載和加速度。

采用電子控制系統，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參數的影響。這些參數包括先期火花、注入器參數、輸入速度傳感器、線(xiàn)路換檔選擇、引擎速度、油門(mén)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(chē)輪轉差率傳感器以及慣性傳感器。結合這些輸入可以實(shí)現各種換檔優(yōu)化算法，以適應總的工作條件。為了最有效地使用這些輸入，必須通過(guò)精確地無(wú)限調整電子控制系統的換檔點(diǎn)和換檔速度來(lái)優(yōu)化系統。

在電子控自動(dòng)變速器中，仍然采用液壓控制來(lái)改變傳動(dòng)裝置。與機械控制系統不同的是，機電系統中對液體的電子控制是通過(guò)線(xiàn)性螺線(xiàn)管來(lái)實(shí)現的，線(xiàn)性螺線(xiàn)管能改變施加到離合器組件的執行機構上的液體壓力。為了完成此功能，最重要的是準確并且可重復地控制開(kāi)路螺線(xiàn)管――從而允許通過(guò)應用過(guò)程中準確的液體流量對換檔點(diǎn)進(jìn)行準確和可重復的控制。

確定螺線(xiàn)管的狀態(tài)
線(xiàn)性螺線(xiàn)管的狀態(tài)通過(guò)反饋環(huán)路來(lái)控制。例如，可以監視閥門(mén)的下行壓力并用作反饋信號與設定值比較，從而調整脈沖寬度調制（PWM）的占空比以便控制螺線(xiàn)管，但是，測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(guò)測量通過(guò)螺線(xiàn)管的電流來(lái)確定螺線(xiàn)管的狀態(tài)。這種方法是可以實(shí)現的，因為機械負載對螺線(xiàn)管施加的力直接與磁場(chǎng)強度成比例，而磁場(chǎng)強度又直接與通過(guò)線(xiàn)圈的電流成比例。通過(guò)平衡彈簧類(lèi)負載和螺線(xiàn)管磁場(chǎng)之間的作用力來(lái)實(shí)現螺線(xiàn)管的比例控制，其中可以通過(guò)測量螺線(xiàn)管的電流來(lái)確定磁場(chǎng)強度。

PWM螺線(xiàn)管控制
通過(guò)采用微控制器產(chǎn)生的脈沖寬度調制（PWM）輸入信號驅動(dòng)螺線(xiàn)管，以便迅速地開(kāi)啟或關(guān)閉與螺線(xiàn)管和電壓源（汽車(chē)電池）串聯(lián)的場(chǎng)效應晶體管（FET）開(kāi)關(guān)。對螺線(xiàn)管施加的平均電壓取決于PWM波形的‘導通’時(shí)間與脈沖周期的比率。脈沖寬度和螺線(xiàn)管機械負載的變化會(huì )引起通過(guò)螺線(xiàn)管流動(dòng)的平均電流的變化。該平均電流表明了螺線(xiàn)管總運動(dòng)量，所以也就表明了液體壓力和流量。

對于特定的PWM波形，螺線(xiàn)管運動(dòng)和平均電流之間的關(guān)系可以用表示特性來(lái)確定。雖然磁場(chǎng)強度確實(shí)與通過(guò)螺線(xiàn)管的電流直接相關(guān)，但實(shí)際的機械力和運動(dòng)并不是嚴格相關(guān)的，因為它們還依賴(lài)于螺線(xiàn)管的結構和負載的性質(zhì)。因此，需要用表示特性來(lái)關(guān)聯(lián)開(kāi)路螺線(xiàn)管平均電流。

例如，當螺線(xiàn)管剛開(kāi)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比率驅動(dòng)它來(lái)回運動(dòng)。
測量通過(guò)線(xiàn)圈的電流
電流是螺線(xiàn)管狀態(tài)的重要指示。測量螺線(xiàn)管電流的最有效方法就是測量與螺線(xiàn)管、電池及其開(kāi)關(guān)串聯(lián)的阻性分流器兩端的電壓。配置這種用作開(kāi)關(guān)和電壓測量的串聯(lián)電路可以有幾種不同的方法。

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

圖1. 采用高端開(kāi)關(guān)和低端檢測的ECU