浅析现代汽车电控系统信号传输的发展

江舸

摘要：汽车电子技术的运用在汽车技术中的比例越来越大，电控系统需要传输的电信号堪称海量，怎样才能在不影响信号传输的前提下，通过各种方法的运用，以达到减少电线的数量，提高传输质量和可靠性的目的。

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.

关键词：汽车电控系统;电信号;传输

0  引言

现代社会电子科学技术飞速发展，特别是在汽车的电子设备上功能越来越强大，电脑控制的系统和参数也越来越多，带来的直接后果就是汽车的自动化、人性化、多功能化和清洁化。汽车上的电子控制系统已经逐步采用电脑控制。下面我们简述一下汽车控制信号的发展历程，了解清楚后有助于汽车电器的学习和应用。

1  单线开关控制式

在汽车电器的控制中，最普遍和常用的方法就是单线控制式。电能从蓄电池出发，通过一根导线进入开关，从开关出来还是经过导线到达用电器，再从用电器的外壳到达车身搭铁。从而形成回路。如图1所示。

在实际的运用中，开关可以表现为多种形式，比如：小灯开关、转向开关、大灯开关、喇叭开关玻璃升降开关，等等。而用电器就相应的可以是：小灯灯泡、转向灯灯泡、喇叭、玻璃升降的电机，等等。

特点：这种控制方式简单明了，一目了然。控制和用电器功能一一对应。维修起来也容易。早期的汽车和现在的经济型车都采用的是这种方式。

优点很明显，但缺点也很多。

在早期，车上的用电器不是很多，采用这种方式很正常，也没有发现什么缺点，但是随着车载电器的增加，控制设备的增加，缺点就显现出来了。首先是电线的数量激增，电线一般是铜芯的，有体积、有质量、有成本。直接的后果就是：成本增加，车重增加引起油耗增加，线束的体积增加引起车内走线困难。

还有一个明显的缺点就是用电设备是各自独立开关控制的，相互之间很难协调工作。例如：当引擎盖打开时，雨刮和前窗玻璃喷水功能就应该不让执行，避免引起干涉，造成雨刮片的损坏。

2  电脑控制式

在這种方式中，开关直接连接电脑，用电器受电脑控制。如图2所示。

开关在以前的功能是控制用电器工作电流的通断，开关上要通过的工作电流很大，所以开关的触点必须能经受大电流，对其功率有限制要求。而现在，开关的作用变成了一个需求信号，他只需要把操作者的需求意愿告诉电脑即可，所以通过开关的电流可以变得很小，这样对开关触点的功率要求就低得多了。同时，连接开关的线束，以前通过的是工作电流，现在通过的是信号电流，电流值小得多，也可以做得细些。

由于在控制端与执行端间增加了电脑，通过电脑的编程就可以变化出很多的功能来。在实际运用中，开关还可以表现为传感器，通过传感器把外界变化的物理量转化为变化的电信号传输给电脑，电脑经过事前编好的程序来控制用电器的动作。

例如：公共走道上的灯泡控制，以前是人通过开关控制其亮灭，现在普遍采用声音和光线的联合控制。我们可以理解为有2个传感器，分别检测声音和光线信号的变化，电脑时刻监控收到的信号，当其变化符合既定的逻辑关系时就发出点亮灯泡的信号。只要有一个条件不符合逻辑，灯泡就不会点亮。当然，此处我们知道灯泡亮的条件是在光线很暗的时候，有声音传出。

上一节的例子中，当汽车的引擎盖打开时可以通过一个开关把引擎盖打开这个信息提供给雨刮控制电脑，电脑此时就可屏蔽喷水和雨刮动作信号，使其暂时无法执行。

这种控制方式好处显而易见，通过电脑的编程，可以把开关信号或传感器信号的变化与执行器分割开来，并且可以组合出很多的控制花样。

随着电脑控制系统的运用，汽车上的电子系统得到了极大地丰富，汽车也提升了档次。常见的电控系统有：发动机电控系统、自动变速器电控系统、ABS电控系统、空调电控系统、防盗电控系统、车身电控系统等等。几乎能想到的地方都能实现电脑控制。

但是，随之也出现了一些问题。在各个电控系统中，大家各自为政，互相联系很少或几乎没有。很多信息大家都需要，却不能共享，造成重复建设。比如：水温信号，仪表上的水温表需要，发动机控制系统需要，风扇控制需要，空调系统也需要。如果信息不能共享，就要安置多个水温传感器。还有车速信息，自动变速器系统需要，仪表需要，ABS系统需要，发动机控制系统也需要。如不能共享，就需要设置多个车速传感器。

传感器增多，相应的线束就会增加，随之而来的成本、重量、油耗都会增加。产生的故障也会增加，给维护修理增加困难。

3  车载网络

用网线把各个电控系统的电脑连接起来，把各自系统内的信息传到网上共享，其连接如图3所示。

由于信息能够共享，传感器的数量就可以大大减少了，比如水温传感器就做一个，水温信号谁需要谁就水温下载。车速传感器也是一样。

通过网线连接各个电脑还可增加其联合控制的功能，协调作战，避免各自为政。

比如：发动机电脑和自动变速器电脑的协同控制，在换挡时，发动机的转速应该瞬间下降，避免造成换挡冲击，换挡成功后，发动机的转速应该马上恢复正常。ABS系统工作时，发动机转速应该下降，自动变速器应该减档，这也是协同控制。试想如果协调失灵，这个车驾驶起来是极端不舒服的。

在信息的长途传递方面车载网络也有着很大的优势。

例如：车的四角有很多的灯光需要控制，大灯、小灯、雾灯、牌照灯、刹车灯、转向灯和倒车灯。而这些灯光的控制开关几乎都在前面的驾驶位，每个控制开关都需分别引出2根线到左右最后方和左右最前方。这些线束又多又长，且传输距离长损坏的几率就大，增加成本、重量、故障率。有了网络后，可以在灯光开关处设置一个电脑，收集开关信号，了解驾驶员意图，在车尾部设置一个灯光控制电脑，在车的最前端设置左右灯光控制电脑，用网线使各个电脑联网协同工作。各个电脑用网线连接，长途传输的就只有2根网线，开关信号送入开关电脑编码，通过网线到达尾部和前部电脑，经过电脑解析信号，根据指令控制相应的灯光工作。这样可以节省大量的线束，降低成本，减轻重量，提高可靠度。

这样的思路还可应用在4个车门的解锁闭锁、玻璃升降电机控制上。驾驶员侧的车门上可以控制4个车门的解锁闭锁，玻璃升降。每个车门上也可单独控制自己车门的解闭锁和玻璃升降。常规的做法就是从驾驶员车门开关处引出很多的控制线束分别到达4个车门，这些线束又多又长，且经过车门铰链处很容易扯断造成故障。现在有了网络，可以在4个车门分别安装一个车门控制电脑，电脑控制自己车门的解闭锁和玻璃升降电机，4个电脑用网线连接起来形成网络，驾驶员侧的控制信号通过网络传到各个车门，协同工作就可以完成互相控制的功能。该网络如与防盗电脑联网，还可增加更多的功能。

4  开关信号的优化

常见的开关信号，一个开关只能传达2个信息，开或关。图4是车门上的玻璃升降开关与控制电脑之间的信号传输示意图。

该开关有5个位置，静止时触点0悬空，电脑监控4根信号线，发现都没有通过0线接地，电脑不控制电机动作。当司机向上提开关时，0与2接通，电脑监控到2号线接地，根据控制逻辑，电脑使电机正传，0与2开关断开时，电机停转。从而实现手动升功能。当继续向上提开关时，只需0与1短时间接通过，电脑监测到1号线短接地，根据控制逻辑控制电机长时间正转，直到玻璃升到顶或接到其他信号才让电机停止。从而实现一键升的功能。同理，向下按开关时，也能实现手动降与一键降的功能。只是电脑控制电机反转。在这个控制中用了4根信号线。

我们看图5，在开关中增加了3个电阻R1-R3，电脑内部的电压V+经过电阻R0-R1-R2-R3四个电阻分压，电脑监控V0电压值的变化来判断开关的位置。

例如：假設V+是12V，4个电阻均是200Ω。当V0是0V时，表示开关内0与1接通;当V0是6V时，表示开关内0与2接通;当V0是4V时，表示开关内0与3接通;当V0是3V时，表示开关内0与4接通;当V0是12V时，表示开关无动作。

经过这样改造后，完成同样的功能，信号线从以前的4根减少到1根。改进效果非常的明显。在车上需要大量开关信号的地方使用这种改进方法，可以节约大量的线束，且使外围电路简化，降低成本，减轻重量。例如，门控开关，玻璃升降开关，电动后视镜调节开关，灯光组合开关，雨刮控制开关，座椅调节开关等等，可以大量采用此种方式。

了解了信号传输的发展过程，对电路工作原理的理解非常关键，对电路的故障排除有极大地帮助。

参考文献：

[1]曹建华主编.汽车电气设备构造与维修[M].哈尔滨工业大学出版社，  ISBN：9787560348667.

[2]邢海波著.汽车电气构造与检修[M].机械工业出版社，ISBN：9787111519195.

[3]侯岳峰主编.汽车电气设备构造与维修[M].上海交通大学出版社，ISBN：9787313133335.