汽車控制系統(tǒng)中螺線管的電流檢測

螺線管是一種具有固定運轉(zhuǎn)范圍的線性電動機。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，它們在起動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)。它們在諸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確地控制液體壓力或流量。
變速器需要準確平穩(wěn)地控制離合器上的壓力以改變傳動裝置，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個以上的線性螺線管，它們都需要平穩(wěn)準確地控制。對于共軌柴油機燃油噴射應(yīng)用，具有超過2000
psi（每平方英尺磅數(shù)）的壓力，可能每個氣缸都需要一個線性螺線管――并且燃料泵需要一個螺線管――以便準確地調(diào)整壓力，保證按預定方式注入燃料流量。
應(yīng)用實例：電子變速器控制
自動變速器是一種取代機械控制的主要電子控制系統(tǒng)，因為電子控制系統(tǒng)在驅(qū)動質(zhì)量和燃料效率方面都有所改進。以前在燃料效率和加速方面的改進是因為采用了閉鎖液力變矩器。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。

總之，變速器電子控制使機電系統(tǒng)簡化了設(shè)計、提高了可靠性并且降低了成本。電子變速器控制系統(tǒng)改進了對變速器換檔點的控制，減小了傳動裝置換檔的突變性并且改進了換檔的平穩(wěn)度。另外，電子控制的靈活性對變化的條件具有更強的適應(yīng)性。換檔點的電子控制具有精細分辨率，能夠提高加速質(zhì)量、節(jié)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(wěn)地換檔改變負載和加速度。

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器、自動傳輸流體（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，必須通過精確地無限調(diào)整電子控制系統(tǒng)的換檔點和換檔速度來優(yōu)化系統(tǒng)。

在電子控自動變速器中，仍然采用液壓控制來改變傳動裝置。與機械控制系統(tǒng)不同的是，機電系統(tǒng)中對液體的電子控制是通過線性螺線管來實現(xiàn)的，線性螺線管能改變施加到離合器組件的執(zhí)行機構(gòu)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路螺線管――從而允許通過應(yīng)用過程中準確的液體流量對換檔點進行準確和可重復的控制。

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，測量下行壓力可能很困難、不切實際，或者成本很高。

另外一種實際的解決方案就是通過測量通過螺線管的電流來確定螺線管的狀態(tài)。這種方法是可以實現(xiàn)的，因為機械負載對螺線管施加的力直接與磁場強度成比例，而磁場強度又直接與通過線圈的電流成比例。通過平衡彈簧類負載和螺線管磁場之間的作用力來實現(xiàn)螺線管的比例控制，其中可以通過測量螺線管的電流來確定磁場強度。

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）輸入信號驅(qū)動螺線管，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)的場效應(yīng)晶體管（FET）開關(guān)。對螺線管施加的平均電壓取決于PWM波形的‘導通’時間與脈沖周期的比率。脈沖寬度和螺線管機械負載的變化會引起通過螺線管流動的平均電流的變化。該平均電流表明了螺線管總運動量，所以也就表明了液體壓力和流量。

對于特定的PWM波形，螺線管運動和平均電流之間的關(guān)系可以用表示特性來確定。雖然磁場強度確實與通過螺線管的電流直接相關(guān)，但實際的機械力和運動并不是嚴格相關(guān)的，因為它們還依賴于螺線管的結(jié)構(gòu)和負載的性質(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，當螺線管剛開始加電為了克服靜摩擦力時，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)動它來回運動。
測量通過線圈的電流
電流是螺線管狀態(tài)的重要指示。測量螺線管電流的最有效方法就是測量與螺線管、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)和電壓測量的串聯(lián)電路可以有幾種不同的方法。

采用高端驅(qū)動的低端電流檢測
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）當電流斷開時由線圈產(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）中使用便宜的運算放大器――共模指標不重要――來測量分流器兩端的電壓。

圖1. 采用高端開關(guān)和低端檢測的ECU