汽车控制系统中螺线管的电流检测

螺线管是一种具有固定运转范围的线性电动机。螺线管适合于简单的开关应用，其作用很像继电器。例如，它们在起动器和门锁中就起到这种作用。
另一方面，线性或成比例的螺线管可以用很精确的方式控制其状态。它们在诸如变速器和燃油喷射等应用中用于操纵活塞或者阀门以便准确地控制液体压力或流量。
变速器需要准确平稳地控制离合器上的压力以改变传动装置，并用于控制闭锁液力变矩器。电子控制的变速器可能包括8个以上的线性螺线管，它们都需要平稳准确地控制。对于共轨柴油机燃油喷射应用，具有超过2000
psi（每平方英尺磅数）的压力，可能每个气缸都需要一个线性螺线管――并且燃料泵需要一个螺线管――以便准确地调整压力，保证按预定方式注入燃料流量。
应用实例：电子变速器控制
自动变速器是一种取代机械控制的主要电子控制系统，因为电子控制系统在驱动质量和燃料效率方面都有所改进。以前在燃料效率和加速方面的改进是因为采用了闭锁液力变矩器。最近，采用电子控螺线管的软硬件结合可以更轻松地调整变档算法，而且还具有变速器换档平稳性和质量方面的附加优势。

总之，变速器电子控制使机电系统简化了设计、提高了可靠性并且降低了成本。电子变速器控制系统改进了对变速器换档点的控制，减小了传动装置换档的突变性并且改进了换档的平稳度。另外，电子控制的灵活性对变化的条件具有更强的适应性。换档点的电子控制具有精细分辨率，能够提高加速质量、节约成本、改善负载控制并减小排气量，从而使驾驶员最省力。另外，电子控制允许变速器平稳地换档改变负载和加速度。

采用电子控制系统，除了轴速、真空和驾驶员输入之外换档控制算法可能受到各种输入参数的影响。这些参数包括先期火花、注入器参数、输入速度传感器、线路换档选择、引擎速度、油门位置、液力变矩器速度和制动器、自动传输流体（ATF）温度、引擎温度、车轮转差率传感器以及惯性传感器。结合这些输入可以实现各种换档优化算法，以适应总的工作条件。为了最有效地使用这些输入，必须通过精确地无限调整电子控制系统的换档点和换档速度来优化系统。

在电子控自动变速器中，仍然采用液压控制来改变传动装置。与机械控制系统不同的是，机电系统中对液体的电子控制是通过线性螺线管来实现的，线性螺线管能改变施加到离合器组件的执行机构上的液体压力。为了完成此功能，最重要的是准确并且可重复地控制开路螺线管――从而允许通过应用过程中准确的液体流量对换档点进行准确和可重复的控制。

确定螺线管的状态
线性螺线管的状态通过反馈环路来控制。例如，可以监视阀门的下行压力并用作反馈信号与设定值比较，从而调整脉冲宽度调制（PWM）的占空比以便控制螺线管，但是，测量下行压力可能很困难、不切实际，或者成本很高。

另外一种实际的解决方案就是通过测量通过螺线管的电流来确定螺线管的状态。这种方法是可以实现的，因为机械负载对螺线管施加的力直接与磁场强度成比例，而磁场强度又直接与通过线圈的电流成比例。通过平衡弹簧类负载和螺线管磁场之间的作用力来实现螺线管的比例控制，其中可以通过测量螺线管的电流来确定磁场强度。

PWM螺线管控制
通过采用微控制器产生的脉冲宽度调制（PWM）输入信号驱动螺线管，以便迅速地开启或关闭与螺线管和电压源（汽车电池）串联的场效应晶体管（FET）开关。对螺线管施加的平均电压取决于PWM波形的‘导通’时间与脉冲周期的比率。脉冲宽度和螺线管机械负载的变化会引起通过螺线管流动的平均电流的变化。该平均电流表明了螺线管总运动量，所以也就表明了液体压力和流量。

对于特定的PWM波形，螺线管运动和平均电流之间的关系可以用表示特性来确定。虽然磁场强度确实与通过螺线管的电流直接相关，但实际的机械力和运动并不是严格相关的，因为它们还依赖于螺线管的结构和负载的性质。因此，需要用表示特性来关联开路螺线管平均电流。

例如，当螺线管刚开始加电为了克服静摩擦力时，必须增大PWM比率。一旦克服了静摩擦力，就需要采用不同的PWM比率驱动它来回运动。
测量通过线圈的电流
电流是螺线管状态的重要指示。测量螺线管电流的最有效方法就是测量与螺线管、电池及其开关串联的阻性分流器两端的电压。配置这种用作开关和电压测量的串联电路可以有几种不同的方法。

采用高端驱动的低端电流检测
图1中的电路示出，开关连接到电池的高电压端（不接地），再与螺线管线圈和接地的阻性分流器串联。一只反向二极管接在线圈两端用于箝位（例如短路）当电流断开时由线圈产生的感应电压。分流器采用地作为参考端允许在电子控制装置（ECU）中使用便宜的运算放大器――共模指标不重要――来测量分流器两端的电压。

图1. 采用高端开关和低端检测的ECU