文／上海 李明诚
李明诚
（本刊编委会委员）
1964年大学本科毕业，长期从事汽车拖拉机教学、研究和新技术推广工作，曾受聘担任江西省讲师团成员、汽车维修技工学校教师。1988年获得高级工程师职称，1998年获得行业”全国优秀科普工作者”称号，1990年、1993年和1994年分别由同济大学出版社、东南大学出版社出版教材3本。
本文所说的“目标”是指汽车操作者（驾驶入或维修人员）的意愿或要求，例如切断或传递动力、加速或减速、开启或关闭空调等。但是，操作者这些意愿或要求的程度是随着工况的不同而变化的，“目标设定值”正是反映操作者意愿程度的数值，例如增加，减少发动机转速的大小、接通，切断功率的输出。同时，目标设定值需要传送给电控单元(ECU)，作为计算和控制发动机喷油量和点火时刻的重要依据。目标设定值传感器正是检测相关踏板或开关位置（或状态）的传感器。
电控汽车上的目标设定值传感器主要有以下几类。
一、加速踏板位置传感器(APP)
采用电子节气门系统的汽车一般设置了加速踏板位置传感器，该传感器采集加速踏板的行程或位置，并且以电压信号的形式传输给电控单元。如果加速踏板位置传感器发生故障，将导致汽车加速无力，发动机故障灯点亮。
1．加速踏板位置传感器的基本结构
加速踏板位置传感器分为以下两种结构形式（以丰田汽车为例）：一是可变电阻式（图1当加速踏板摆动时，摆动式可变电阻器的电阻值发生变化，引起输出电压变化，该电压信号传输给电控单元，这种传感器的缺点是比较容易磨损；二是霍尔元件式（图2），它利用固定在加速踏板上的磁性元件去改变霍尔传感器的输出电压，经过电路放大后，电压信号传输给电控单元。加速踏板位置传感器与加速踏板一起构成组件，在其输出端可以检测到与加速踏板位置（即压角）相对应的电压。
加速踏板位置传感器的安装位置因车型而异，有的安装在加速踏板模块的顶部（如奔驰轿车），有的安装在加速踏板的下面，有的一头通过钢丝拉索与加速踏板连接，被安装在发动机舱内。
2．加速踏板位置传感器的控制原理
为了提高控制的可靠性，加速踏板位置传感器内装备了两个电位计，它们具有不同的可变电阻范围。其中一个用于向ECU传送驾驶人设定的加速踏板位置，另一个用于监测反馈值是否正确。如果其中一个失效，发动机故障灯点亮，系统进入怠速状态；如果两个电位计都失效，发动机只能以较高的怠速(1500r/min)运转，以便驾驶人能够驾车到最近的维修站去，ECU不再对加速踏板的信号做出反应，此时汽车加速无力，这是加速踏板位置传感器的应急保护模式。
新捷达轿车加速踏板位置传感器的控制电路见图3。
对于自动挡汽车，在加速踏板位置传感器内往往集成了强制降挡开关，它向电控单元提供驾驶人期望的加速信号。当强制降挡开关闭合时，电控单元结合车速、发动机转速等信号，指令向下降低一挡或几挡，同时指令发动机提供全负荷的喷油量。
二、制动开关(STP)
1．制动开关的基本结构
制动开关又称为停车开关和制动踏板状态开关。制动开关安装在制动踏板附近，有的与制动踏板组件集成为一体，固定在制动踏板的支架上。制动开关作为一种重复装置，与制动信号灯开关同时配置，集成在一个部件内，两个开关使用同一个制动踏板传动机构。制动踏板的安装位置如图4所示。
制动开关用于监测驾驶入的制动操作，图5所示为丰田轿车的制动开关信号电路。制动开关的信号电压与提供给制动灯的电压相同。
大众，奥迪车型采用BOSCH（博世）制动系统，在制动踏板上安装了电子制动开关，其内有推杆和永久磁铁。当踩下制动踏板时，便移动了推杆。制动开关组件是双触点式，由制动灯开关F（称为主触点）和制动踏板开关F47(称为副触点)组成，这两个开关同时动作。在未踩下制动踏板时，F断开，F47闭合；当踩下制动踏板时，F闭合，F47断开，这两个开关的信号互为校验（表1）。ECU根据表1所示的逻辑关系判断制动踏板的位置，并将制动信息传输到动力系统总线，供其他电控单元共享。
2．制动信号的控制原理
制动开关是一种特殊的目标设定值传感器，它输出的信号属于开关信号。
在传统汽车上，制动开关的作用只是接通制动灯，以警示后车“本车已经制动”，以避免发生追尾事故。但是在电控汽车上，制动信号具有异乎寻常的作用，若制动开关信号失常，会引发形形色色的故障，属于“一因多果”的故障现象。制动开关向ECU传输驾驶入操纵制动踏板的信息，当驾驶入踩下制动踏板，发出制动信号时，出于安全和省油考虑，电控单元会限制发动机的功率输出，以避免动力驱动与制动同时进行。
制动是汽车的一种既寻常叉特殊的工况。之所以说它是一种寻常工况，是因为汽车在每天的行驶中不知道要经历多少次制动：之所以说它是一种特殊工况，是因为制动时总是希望车速尽快降下来，而且由制动产生的振动和顿挫感越小越好，这就需要发动机以及变速器的配合，图6为宝马5系列轿车(E39底盘)制动灯开关线路简图。
为了改善汽车的操纵性能，提高控制精度，制动开关信号被输入ECU等多个控制模块，一旦驾驶人踩下制动踏板，制动开关接通，即向ECU的制动开关端子输送一个信号，告知ECU“正在制动”。此时发动机会减少燃油供应，暂时减小功率输出；变速器暂时终止动力传递，变速杆锁止电磁阀解除锁止；悬架系统启用防汽车制动“点头”功能；电子巡航功能暂时终止等。
以上海大众POLO轿车采用的001型自动变速器为例，其控制单元J217根据制动开关F的信号判断汽车是否制动，并进行以下控制。
①当汽车停止并且踩下制动踏板时，将变速杆锁止电磁阀Nll0的电路接通，解除变速杆的锁止，让变速杆能从P位移出。也就是说，只有踩下制动踏板后变速杆才能脱离P位（或N位），并挂入其他挡位。踩下制动踏扳后如果制动开关F触点不能闭台，则变速杆锁止机构不能释放，变速杆无法进入其他挡位，汽车便不能起步。
②当汽车行驶、自动变速器变矩器锁止离台器结合时，如果踩下制动踏板，当车速降至60km/h以下时，自动变速器ECU将释放锁止离台器。也就是说，当汽车实施制动时，自动变速器ECU切断通向变矩器锁止电磁阀的电路，以解除变矩器的锁止。这种功能可以防止当后轮制动并被抱死时，造成发动机熄火。
通过上面的分析可以看出，制动开关信号与发动机转速、负荷、车速、冷却液温度等信号一样，是被多个电子控制系统所采集的基本信号，其深远影响不可小觑。
3．制动开关的更换方法（以奔驰215、220车型为例）
(1)拆卸驾驶人侧仪表盘下方的护板。
(2)拔下制动灯开关(S9/1)处的电线插头。
(3)按下夹子。
(4)转动并拉出制动灯开关(S9/1)。
(5)安装新的制动灯开关。注意将促动针完全拉出，踩下制动踏板，再插入制动灯开关(S9/1)并旋转，直到夫子锁止，促动针会自动调整到位。
(6)按拆卸时相反的顺序安装其他部件。
三、离合器开关
以新捷达手动挡轿车装备的离台器开关为例，它是一个白色的常闭开关，平时其触点是闭合的，踩下离台器踏板时触点才打开。
1．离合器开关的主要功能
对于装备手动变速器的乘用车，在离台器踏板的传动机构中安装有离台器踏板开关。
离台器开关的作用是向发动机ECU提供离台器“结合”还是“分离”的状态信息，用于修正喷油量和点火提前角。当离合器踏板未踩下时，离台器开关接通，表明车辆处于动力传递状态，ECU适当加大喷油量和点火提前角；当驾驶入踩下离台器踏板时，离合器开关断开，表明车辆处于非动力传递状态，ECU适当减小喷油量和点火提前角。如果离台器开关因故（例如内部触点簧片折断）始终处于断开状态，ECU会认定离合器处于非动力传递状态，并减小喷油量和点火提前角，导致喷油量和点火提前角与汽车的实际工况不匹配，将出现“耸车”现象，这种情况类似于间歇性断油或者断火引起的故障。
另外，如果离台器分离，ECU将关闭定速巡航控制系统，短时减少燃油喷射量，以免离台器分离时发动机的转速突然升高，并减少换挡冲击。
2．离台器开关的检测方法
反复踩几次离台器踏板，同时利用检测仪读取发动机ECU中离台器踏板开关的位置信息，具体读取“巡航控制状态”，踏下时的状态值应为“4”，未踏下时的状态值应为“0”。茌实际操作中可能出现以下4种情况（即执行结果）。
(1)驾驶人对离台器踏板的操作与检测仪显示的一致。说明离合器踏板开关、相关线束以及ECU正常。
(2)驾驶人对离台器踏板的操作与检测仪的显示偶尔一致。说明在踩下离台器踏板时，离台器踏板开关偶尔会动作。此时应当检查离合器踏板开关是否接触不良，线路应当没有问题。
(3)ECU未识别到驾驶人踩下了离台器踏板。可以拔下离台器踏板开关的插接器，再次用检测仪读取踏板的状态信息，如果此时状态信息变为踏板已经踩下，说明离合器踏板开关有故障，应当更换；如果状态信息仍然为踏板未踩下，说明故障出在ECU及其线路上，离台器踏板开关正常。
(4)ECU未识别出离合器踏板的自由状态。说明ECU没有接收到离台器踏板开关信号端子传送来的信号，此时应当进行以下检查。
①检查相关的熔丝，如果熔丝正常，拔下离台器踏板开关的插头，然后用导线跨接离台器踏板开关的电源端子与信号端子，再接通点火开关，连接检测仪，读取离合器踏板开关的状态信息，如果此时状态信息变为自由状态，说明离台器踏板开关有故障，应当检查其是否脏污，导致开关不能到达指定的位置。在清除脏污后，如果故障依旧，应当更换离台器开关。如果更换离合器开关后仍然识别不出踏板的自由状态，说明故障不在离台器开关本身。
②检查离台器开关的供电电压。接通点火开关，测量离台器开关供电端子与接地点之间的电压，如果小于11.5V，说明从供电端子到熔丝之间有断路或者对地短路现象：如果大于或等于11.5V，说明供电正常。
③检查信号传递情况。可以拔下发动机电控单元的插头，测量离台器开关信号端子至电控单元插脚之间导线的电阻，如果大于3Ω，说明导线断路i如果小于或等于3Ω，说明该导线正常。
③检查发动机电控单元插脚与发动机接地点之间的电阻，正常值应大于9Ω，如果小于9Ω，说明对地短路。
四、其他开关
在电控汽车上，各种开关实质上是一个电路板，并且具有网络模块的特征。凡是开关信号只有2种状态——“是”与“否”（或者“开”与“关”）。开关信号与数字信号一样，可以直接被ECU所接收，无需经过横，数(A/D)转换。
1．车窗玻璃升降器开关。它既能发送信息，又要接收信息，还能处理信息，圈7所示为宝骏乐骋轿车车门玻璃升降控制原理图。通过升降器开关不同的针脚接地，可以区分控制模块的ID地址，因此不能像传统维修方法那样随意互换开关。
2．空调开关。当操作者开启空调开关时，发动机的负荷会有所增加，此时需要相应地提高发动机的怠速转速，防止发动机熄火。但是，怠速转速叉不能太高，否则耗油量将增加。因此，电控单元需要接收空调开关的信号，并在启动空调压缩机的同时，稍微提高发动机的怠速。这种调整时机和程度的把握，只有依靠ECU才能做到。
3．车速调节开关。有的汽车装备了电子巡航系统，具有车速调节功能，能够让汽车在驾驶人设定的车速下匀速行驶，以减轻疲劳程度。在行驶过程中，驾驶入可以操纵车速调节开关，使汽车加速或者减速行驶。因此，电控单元需要接受车速调节开关的信号，以适时调节或者决定是否启用车速调节功能。