传感器信号只能对应一个执行器吗？

现代车辆发动机的电子控制单元(ECU)，又称电子控制器或电子控制部件，俗称计算机，是发动机控制系统的核心部件。电子控制单元主要由输入电路、单片机(单片机)和输出电路三部分组成。发动机ECU的主要功能是接收各种传感器和控制开关输入的发动机工况信号，根据预先编制的控制程序和存储在ECU中的测试数据，通过数学计算和逻辑判断，确定适合发动机工况的喷油时刻、点火提前角等参数，并将这些参数转换成电信号，控制各种执行器完成执行动作，使发动机保持最佳运行状态。现代汽车发动机的ECU除了具有上述控制功能外，还具有故障自诊断和测试功能。ECU在对发动机运行状态实施最佳控制时，应监测并识别传感器传输的信号。当发现某个传感器传输的信号参数超出规定范围时，ECU会判定该传感器或相关线路出现故障；并将故障信息编码存储在存储器中，以便维护时调用。比如桑塔纳2000GSi的发动机控制系统(见图)，当冷却液温度传感器的电路断路时，ECU会以冷却液温度19.5℃的信号参数控制发动机，使发动机处于故障应急状态下运行，从而将车开到修理厂进行修理。现代汽车发动机电控系统的执行机构，又称执行元件，是控制系统的执行机构，其作用是接收电控单元ECU发出的控制指令，完成具体的执行动作。发动机电控系统中常用的执行机构有两种:①电动燃油泵，用于在发动机电控系统中供给规定压力的燃油。②电磁喷油器，用于接收ECU发送的喷油脉冲信号，测量喷油量。③怠速控制阀ISC或ISCV用于调节发动机的怠速。控制内容包括两个方面。一方面是在发动机正常怠速运转时稳定怠速，防止发动机熄火，降低油耗。另一方面，在发动机怠速运转时，当发动机负荷增加时(如开启空调、动力转向器或液力变矩器等。)，怠速会自动增加以防止发动机熄火。④活性炭罐电磁阀用于接收电控单元的控制指令，回收发动机内部的燃油蒸气，减少碳氢化合物的排放，从而降低排气污染。⑤点火控制器和点火线圈用于接收电子控制单元发出的控制指令，及时接通或断开点火线圈的初级电流，产生高压点燃可燃混合气。现代汽车发动机电控系统常用的开关信号有:(1)点火开关信号ign是表示点火开关打开的信号。在控制电路中，当点火开关打开到“IG”位置时，高电平信号被输入到ECU。点火开关打开电子控制单元ECU的电源(12V)。此时，ECU将控制并执行以下动作:①怠速控制步进电机进入预设位置；②根据空气流量或歧管压力、大气压力和气温传感器信号确定基本喷油时间；③根据冷却液温度传感器的信号，修正燃油喷射时间和点火时间；④监控节气门位置传感器信号；⑤打开燃油泵电路。如果发动机不启动(即ECU没有收到启动信号STA)，在燃油泵工作1s左右后，ECU会切断燃油泵电路；⑥接通氧传感器加热元件电路，加热传感器元件；⑦在装有自动变速器的汽车中，升档指示灯点亮以显示换档开关的位置。(2)起动开关信号STA是ECU接通起动机电路的信号，来自起动继电器或点火起动开关(无起动继电器的电气系统)。当点火开关转到“ST”位置时，一个高电平信号输入到ECU。起动信号从起动继电器触点输入到ECU。ECU收到启动信号STA后，执行以下控制动作:①除了监测点火开关打开时的输入信号外，还开始监测曲轴位置传感器CPS和凸轮轴位置传感器CIS的输入信号，并根据这些信号确定点火时间和喷油时间。首先判断哪个气缸即将到达上止点，然后输出喷油和点火控制信号。如果在发动机转动3秒钟内没有收到曲轴位置传感器信号，ECU将切断燃油喷射系统电路，同时将曲轴位置传感器故障代码存储在存储器中，以便在维修检查时调用。②控制燃油泵继电器连接燃油泵电路，使燃油泵运行。③如果节气门全开，ECU将中断燃油喷射(即进入溢流间隙状态)。有的发动机电控系统取消了专门的启动信号线，ECU根据发动机转速信号来确定启动状态。(3)空调开关信号A/C，包括空调选择和请求信号。空调选择信号是通知ECU已选择空调并预测发动机负荷增加的信号。当空调开关打开时，会向电子控制单元提供一个信号。在发动机怠速时打开空调开关，如果空调系统的低压开关闭合，电源电压l2V通过空调开关和低压开关加到ECU的空调选择端子上。ECU收到这个“空调选择信号”(高电平信号)后，会控制怠速控制阀或步进电机，提高发动机转速，防止发动机因负荷增加而熄火。空调请求信号指示当空调打开时，蒸发器温度在允许的范围内。当空调开启时，如蒸发器开关，电源电压l2V通过空调开关、低压开关、蒸发器开关施加到ECU的“空调请求”端。ECU接收到这个“空调请求信号”(高电平信号)后，会接通空调继电器线圈电路，使电磁离合器线圈电路接通，空调压缩机投入运行。当空调系统中的制冷剂不足时，低压开关将关闭，输入到ECU的空调请求端子的电压将为OV。此时，ECU会切断空调继电器的线圈电路，使空调压缩机停止工作。当蒸发器温度过高时，蒸发器开关会关闭，ECU的“空调请求”端子输入电压为0 V，此时ECU会切断压缩机，防止蒸发器因温度过高而损坏。(4)电池电压信号(UBAT)是指示电源电压电平的信号。在各种车上，电池的正极直接与ECU相连，不受任何开关控制。蓄电池不仅是汽车电器设备的电源，也是各种控制系统ECU的电源。蓄电池电压信号输入ECU的主要目的是:①当蓄电池电压发生变化时，ECU会修正喷油持续时间。当电压升高时，喷油时间减少；当电压降低时，喷油时间增加。②当电池电压变化时，ECU将修正点火线圈初级电路的接通时间。当电压上升时，减少导通时间；当电压降低时，增加导通时间。③将故障代码保存在存储器中。在汽车中，各种电子控制系统的故障代码都存储在随机存取存储器(RAM)中，因为一旦切断RAM的电源，RAM中存储的信息就会消失，所以需要保持电池供电。发动机停止工作时，存储器消耗的电流很小，约5 ~ 2 OMA。(5)空档安全开关信号NSW是指示自动变速器档位选择器开关的位置的信号，也称为驻车/空档开关信号或空档启动开关信号。空档启动开关安装在变速器壳体上，是一个由自动变速器选档杆手柄控制的多位置多功能开关。用于检测自动变速器档位选择开关是否处于空档位置。NSW信号用于区分自动变速器的选档杆处于“P”(驻车档)或“N”(空挡)位置，还是处于“2”、“L”、“D”、“R”位置。当自动变速器的选档杆处于P或N位置时，驻车/空档开关接通，然后继电器线圈电路可以接通，OV信号输入到ECU。此时，发动机可以启动。当选档杆处于D、2、L和R档时，驻车/空档开关关闭。即使点火开关转到起动位置，起动继电器线圈电路也不能连接。ECU将接收到高电平(l2V)信号，此时发动机不能启动。(6)动力转向开关信号(PSW)是指示动力转向开关打开的信号，这增加了发动机负载。在带有动力转向(power steering)系统的汽车中，动力转向开关是一个压力开关，安装在动力转向系统的高压回路中。当动力转向泵重载或发动机转速较低时，动力转向系统的压力高于一定值，动力转向开关打开，ECU将接收到低电平信号。如果此时发动机在怠速运转，ECU会控制怠速控制阀或步进电机来提高发动机转速，防止发动机因负荷增加而熄火。传感器是一种信号转换装置，其作用是检测发动机在不同状态下的电量、物理量、化学量等各种参数，并将这些参数转换成计算机能识别的电信号输入ECU。发动机电控系统中常用的传感器有以下几种:①空气流量传感器AFS或进气歧管绝对压力传感器MAP，用于检测吸入发动机气缸的进气量。空气流量传感器可以直接检测发动机的进气量，而歧管压力传感器只能间接检测发动机的进气量。因为AFS和MAP的作用都是检测进气量，所以在同一个发动机电控系统中，如果采用AFS，就不需要采用MAP。反之，如果采用MAP，则不需要AFS。②曲轴位置传感器CPS又称发动机转速和曲轴位置传感器，用于检测发动机曲轴转速和转角。它的作用是采集曲轴转角和发动机转速信号，输入控制单元(ECU)确定点火时间和喷油时间。发动机燃油喷射系统中常用的曲轴位置传感器分为四种:光电传感器、磁感应传感器、霍尔传感器和差动霍尔传感器。其中差动霍尔传感器又叫双霍尔传感器。③凸轮轴位置传感器CPS用于检测活塞在上止点的位置，所以也叫气缸识别传感器CIS。它的作用是采集气门凸轮轴的位置信号，输入到ECU，使ECU识别出活塞在压缩上止点第一缸的位置，从而进行顺序喷油控制、点火正时控制和爆震控制。在一些汽车发动机的电子控制系统中，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器是集成在一起的，统称为曲轴位置传感器，用CPS表示。常用的凸轮轴位置传感器分为三种:光电传感器、磁感应传感器和霍尔传感器。④节气门位置传感器TPS用于检测节气门开度，其作用是将节气门开度(即发动机负荷)转换成电信号输入到ECU，以便ECU区分发动机工况(如怠速工况、部分负荷工况、重负荷工况等。)并根据不同工况对混合气浓度的要求控制喷油时间。。例如节气门关闭、部分打开和完全打开。此外，电子控制单元可以通过计算节气门位置传感器信号的变化率来获得汽车的加速或减速信号。用于所有类型汽车的节气门位置传感器安装在节气门体上的节气门轴的一端。在装备有电子控制自动变速器的汽车中，节气门位置传感器的TPS信号不仅被输入到发动机ECU，还被输入到变速器电子控制单元(ECTECU ),作为确定变速器换档正时和液力变矩器的锁定正时的主要信号之一。节气门位置传感器按结构可分为接触开关型、可变电阻型和接触与可变电阻组合型三种。根据传感器输出信号类型的不同，可分为线性(量)输出型和开关(量)输出型。桑塔纳GLi和20OOGLi轿车采用接触开关式和可变电阻式，李霞2000、捷达AT、GTX、桑塔纳20OOGSA型、红旗CA7220E、切诺基Jeep采用可变电阻型。丰田采用了全面的节气门位置传感器。⑤温度传感器，温度是反映发动机热负荷状态的重要参数。为了保证电控系统能够准确控制发动机的工作参数，需要随时监测发动机的冷却液温度、进气温度、排气温度传感器和燃油温度，从而修正各种控制参数，计算吸入气缸的空气质量流量，进行排气净化处理。众所周知，空气质量与进气温度和大气(进气)压力有关。进口温度低时，空气密度高，同体积气体的质量增加；相反，当入口温度升高时，相同体积气体的质量会减少。在使用歧管压力式、叶片式、卡尔曼涡流式和芯式空气流量传感器的燃油喷射系统中，由于空气流量传感器测得的空气流量是体积流量，因此需要安装空气温度传感器和大气压力传感器来修正燃油喷射量，使发动机能够自动适应外界环境温度(寒冷和高温)和压力(高原和平原)的变化。当进气温度低(空气密度高)时，ECU会控制喷油器增加喷油量；相反，当进气温度高(空气密度低)时，ECU会控制喷油器减少喷油量。温度传感器种类繁多，按结构不同可分为热敏电阻、金属膜电阻、金属泡沫电阻、碳泡沫电阻、线绕电阻、半导体晶体管等。热敏电阻温度传感器因其灵敏度高、响应特性好、结构简单、成本低等突出优点，在汽车电子控制系统中得到广泛应用。热敏电阻可分为正温度系数PTC热敏电阻、负温度系数NTC热敏电阻、临界温度CTR热敏电阻和线性热敏电阻。常用的热敏电阻有两种:负温度系数的NTC和正温度系数的PTC。NTC热敏电阻温度传感器广泛应用于汽车电子控制系统，如CTS用于冷却液温度，IATS用于空气温度传感器，EATS用于排气温度，FTS用于燃油温度等。冷却液温度(水温)传感器CTS，也称为水温传感器。安装在发动机冷却液出口管上，其作用是检测发动机冷却液的温度，并将温度信号转换成电信号传输给ECU。ECU根据发动机温度信号修正喷油时刻和点火时刻，使发动机工作在最佳状态。安装在进气管中的空气温度传感器IATS用于检测进气温度，并将温度信号转换成电信号，传输给ECU。进气温度信号是各种控制功能的校正信号。如果空气温度传感器信号中断，将导致热启动困难和废气排放增加。⑥氧传感器(Oxygen sensor)或O2 sensor EGO，是排气氧传感器EGO的简称，用于通过监测废气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将该信号转换成电信号输入ECU。用于检测排气管排出的废气中氧离子的含量，以反映可燃混合气的空燃比。ECU根据氧传感器的信号修正喷油时刻，实现空燃比反馈控制(闭环控制)，从而将过量空气系数控制在0.98 ~ 1.02的范围内(空燃比A/F约为14.7)，使发动机获得最佳的混合气浓度，从而达到降低有害气体排放、节省燃油的目的。自1976年德国博世率先在瑞典沃尔沃汽车上安装氧传感器以来，通用、福特、丰田、日产等汽车公司相继完成了氧传感器的开发和应用。汽车发动机燃油喷射系统中使用的氧传感器分为两种类型:氧化锆(Zr02)和二氧化钛(TiO2)。氧化锆氧传感器分为两种:加热型氧传感器和非加热型氧传感器，氧化钛传感器一般为加热型氧传感器。由于实用的氧化钛氧传感器价格便宜，不易被硅离子腐蚀，所以在现代汽车上应用广泛。⑦爆震传感器DS，用于检测发动机是否爆震及爆震强度。发动机爆震是混合气异常燃烧引起的气缸压力突然升高而引起的发动机气缸振动。在发动机的电子控制系统中，当在点火时刻采用闭环控制时，可以有效地抑制发动机爆震。爆震传感器DS是点火正时闭环控制的重要组成部分。它的作用是将发动机爆震信号转换成电信号，传输给ECU。ECU根据爆震信号修正点火提前角，使点火提前角保持最佳。检测发动机爆震有三种方法:一是检测发动机燃烧室压力的变化；二是检测发动机机体的振动频率；三是检测混合气的燃烧噪声。通过直接检测燃烧室压力变化来检测发动机振动的测量精度高，但传感器安装困难，耐久性差。一般作为测量仪器使用，实际使用的压力检测传感器都是间接检测。通过检测发动机气缸体的振动频率来检测爆震的主要优点是测量精度高、传感器安装方便、输出电压高，因此在现代汽车上得到广泛应用。混合气体燃烧噪声的检测为非接触式，具有较好的耐久性，但测量精度和灵敏度较低，实际应用较少。检测气缸体振动频率时，爆震传感器通常安装在发动机气缸体的侧面。根据检测方式的不同，爆震传感器可分为* * *模式和非* *模式。* * *振动模式爆震传感器的显著特点是传感器的* * *振动频率与发动机爆震的固有频率相匹配，因此需要在传感器内部设置一个* * *振动体，并使* *振动体的* * *振动频率与发动机爆震频率相一致。* * *振动爆震传感器的优点是输出电压高，不需要滤波器，信号处理更方便。由于机械振动器的频率特性尖锐，频带窄，无法响应发动机结构变化引起的爆震频率变化。换句话说，* * *振动模式爆震传感器只适用于特定的发动机，不能与其他发动机互换使用，所以加载自由度很小，美国通用汽车公司采用的就是这种传感器。非* *模式爆震传感器的突出优点是适用于所有发动机，加载自由度大。但其输出电压较低，频率特性平坦，频带较宽，因此需要匹配带通滤波器(只允许特定频带的信号通过，而衰减其他频率的信号的滤波器，称为带通滤波器)。带通滤波器一般由线圈和电容组成)，信号处理复杂。中国、日本和欧洲的大多数汽车都使用这种传感器。汽车上常用的爆震传感器按结构可分为压电式和磁致伸缩式两种。通用和日产已经采用了磁致伸缩爆震传感器。压电爆震传感器用于桑塔纳GLi、20OOGLi、20OOGSi、捷达AT、GTX等国产轿车。参考资料:

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