卡车简单开关的电气控制分析

2024-01-07高恩壮于彦权王东生

汽车电器 2023年12期

关健，高恩壮，于彦权，王东生

（一汽解放汽车有限公司，吉林长春 130011）

1 前言

多联开关是指多个不同功能的翘板开关联排布置的开关组，具有布局紧凑、功能多样的特点，是本文分析的重点，此外还将分析报警开关、指示灯开关等其他简单开关。具备巡航、灯光、转向、刮水、A/M模式切换、辅助制动等功能的左右组合开关及点火开关三者内部虽无MCU，但控制逻辑相对复杂，不在本文讨论之列。

2 电气控制分析

2.1 开关信号低有效

这类开关的信号线常接对应的控制器，开关按下时，信号搭铁，控制器实现相应的功能。如ESC取消开关、阅读灯开关、空挡滑行开关、气囊第二高度开关等都属于这类开关。

图1为ESC取消开关接线原理图，其中，管脚4为信号，管脚5为搭铁。当ON挡时，管脚4与5接通，即信号搭铁，ABS/EBS控制器将关闭ESC功能，仪表提示ASR指示灯和ESC OFF图标。管脚1为工作指示灯电源，当OFF挡时，管脚1经工作指示灯与管脚5接通，指示灯点亮。管脚3、6分别为背光灯搭铁和电源，背光灯工作状态与开关状态无关，故本文不作赘述。

图1 ESC取消开关接线原理图

根据表1可知，其他3个开关的接线定义与ESC取消开关或有所差异，但控制逻辑基本相同。各开关的信号电压也不尽相同，取决于各自控制器的定义，且开关既有自锁型，也有自复位型，但均为信号拉低型开关。

表1 信号低有效型开关与对应的控制器

2.2 功能转换

卡车上常见的转换开关有喇叭转换开关、燃油转换开关，前者实现电、气喇叭的切换，后者则实现主、副油箱供油通道的转换。

图2为喇叭转换开关接线原理图，当OFF挡时，管脚1和管脚4接通，为电喇叭挡；当ON挡时，管脚1和管脚5接通，为气喇叭挡。管脚1接喇叭继电器输出的24V电压，而喇叭按钮控制的喇叭继电器线圈驱动输出，即按下按钮，继电器吸合，驱动喇叭鸣笛。

图2 喇叭转换开关接线原理

燃油转换系统的关键部件是燃油转换阀和燃油转换开关，本车采用电控转换阀，可在室内操作转换开关实现主副油箱柴油的切换。转换阀的近油箱端有主油箱进、回油口，副油箱进、回油口，近发动机端则有粗滤器进、回油口。主油箱加注0号柴油，用于大多数工况，副油箱加注-35号柴油，用于发动机的起动、暖机和驻车取暖。燃油转换开关管脚定义与接线走向详见表2。

表2 燃油转换开关管脚定义与接线走向

假设车辆当前处于副油箱供油的稳态，即阀芯处于副进副回，开关为OFF，管脚5为高电平，管脚2为低电平；当开关由OFF挡切换至ON挡时，管脚2为高电平，管脚5为低电平，此时阀芯立即切换为主油箱供油，即主进主回；当处于主油箱供油的稳态时，开关为ON挡，再切换至OFF挡时，此时阀芯切换为副油箱供油，但仍为主油箱回油，即副进主回，2min后，切换为副进副回。采取延时切换的原因是防止0号柴油掺至副油箱内引起燃油冻结。

图3 为燃油转换开关接线原理。开关的管脚1接转换阀的驱动信号，当副油箱稳态供油时（OFF挡），驱动信号为高阻态，此时管脚4和1上跨接的工作指示灯不亮；当主油箱稳态供油时（ON挡），驱动信号为低电平，工作指示灯点亮。主油箱切换为副油箱时，驱动信号仍为低电平，但2min后，该信号转变为时长为5s的高阻-低电平交替的方波信号，占空比为50%，此时工作指示灯会闪烁，稳定为高阻态后灯灭。

图3 燃油转换开关接线原理

2.3 驱动负载

这类开关按下时常将高电平接入负载，并驱动其工作，如轴间、轮间差速锁（以下简称轴差、轮差）开关，行车、驻车取力器开关等。图4为轴差开关接线原理图，因开关上装有防误开启的锁止机构，故开关上取消了工作指示灯，仅存接管脚3和6的背光灯。管脚2为24V电源，当ON挡时，管脚2和管脚5接通，管脚5为差速锁电磁阀供电端，故可驱动电磁阀动作。取力器开关与之类似。

图4 轴差开关接线原理图

2.4 控制继电器线圈驱动端

牵引车常安装有后工作灯，其开关是控制工作灯继电器的线圈驱动输出端实现工作灯的开闭。ON挡时，管脚2与管脚5 接通，前者接后工作灯的继电器线圈端，管脚5为搭铁，管脚1接24V电源，故后工作灯和工作指示灯均点亮，其接线原理见图5。

图5 后工作灯开关接线原理

此外，有的开关也可通过控制继电器的线圈驱动输入端实现对应的功能，如驾驶室翻转控制开关，如图6所示。管脚4接24V电源，管脚5为搭铁，当ON挡时，管脚4与管脚2连接，为线圈驱动输入端供电，同时管脚4还经工作指示灯与管脚5连接，即指示灯与线圈并联，故指示灯工作，再按下翻转操作按钮时，继电器亦可吸合。

图6 驾驶室翻转控制开关接线原理

2.5 调节开关

常见的调节开关有背光调节开关、灯光调节开关及多状态开关，三者常为滚轮式。背光调节开关的滚轮总转角为90°，其管脚4、5间接可变电阻，见图7。某型开关的电阻可变范围为10～50kΩ，且这2个管脚接车身控制器BCM，电阻变化时，BCM控制背光灯电源的电压，进而实现背光灯亮度的调节。

图7 背光调节开关接线原理

图8为灯光调节开关接线原理，管脚1接前照灯近光灯电源，为24V，管脚4接调光电机信号端，管脚3为背光灯电源。调光电机信号电压为各挡位电阻的搭铁电压，各电阻阻值相同，如某型开关为2挡时，信号电压为R1+R2+R3对近光灯电源的分压，约为12V，对应的调光电机转角为45°。

图8 灯光调节开关接线原理

用户可通过多状态开关为发动机设置不同的工作模式，接线原理见图9虚线框部分。开关的管脚1和管脚4接发动机控制单元EMS，其中管脚1为信号搭铁。本多状态开关可设置为经济和动力两种模式，R1和R2的阻值分别为1.5kΩ和2.7kΩ，管脚4悬空时，EMS端输出的参考电压VDD为5V，上拉电阻R3阻值为5.6kΩ，故经济模式和动力模式对应的信号电压分别为1.05V和2.14V。有些多状态开关为3挡式，分别对应车辆的空载、半载和满载，节油效果会更佳。

图9 多状态开关接线原理（虚线框部分）

2.6 双向开关

以上介绍的开关均为单向自锁或单向自复位式，即开启时只能朝一个方向按下。采用单目摄像头实现LDW和FCW功能[1]的牵引车，其LDW/FCW功能取消开关可集成为双向自复位开关。国VI系统的DPF再生和禁止功能开关也可集成为一体，常为单向自锁+单向自复位开关，如图10、图11所示。自复位开关产生的是瞬时触发电压，自锁开关则提供稳恒电压。

图10 LDW/FCW取消开关接线原理

图11 DPF再生/禁止开关接线原理

LDW/FCW取消开关的管脚1和管脚2接车身控制器BCM，信号电压为23V，管脚4、5为搭铁。默认状态为OFF位（中位），前向按下为取消LDW功能，此时管脚1电压拉低，复位后电压恢复，再次前向按下，LDW功能恢复。同理，开关后向按下为取消FCW功能。前向和后向各按一次则可同时取消LDW和FCW功能。

DPF再生/禁止开关的禁止再生端为自锁式，请求再生端为自复位式。管脚1、2、4、7均接发动机控制单元EMS，其中，管脚1为24V控制器输出电压；管脚2为禁止再生开关，信号电压约5.6V；管脚4为请求再生开关；管脚7为信号搭铁；管脚8为工作指示灯电源。

默认状态为OFF位（中位），前向按下时为禁止再生开关，管脚2和管脚7接通，管脚8经工作指示灯与管脚7接通，故禁止再生开关信号拉低，工作指示灯点亮。车辆处于某些作业区域（如存有易燃易爆物体），避免因DPF自动再生时发生安全事故，需人为禁止DPF再生，但车辆到达安全区域时应立即关闭禁止再生功能。后向按下时为请求再生开关，管脚1和管脚4接通，再生请求开关信号为高电平，DPF请求再生功能开启。

2.7 断电开关

危险品运输车会在室内安装紧急断电开关[2]。本紧急断电开关上装有防误操作锁止机构，故取消了工作指示灯，管脚5接电磁式电源总开关的线圈驱动输出端，管脚2为搭铁。OFF挡时，即正常供电状态，此时管脚5与管脚2接通，电磁开关闭合可为负载供电；ON 挡时，管脚5与管脚4接通，后者为悬空状态，此时电磁开关断开对负载的供电，如图12a所示。

图12 紧急断电开关接线原理

还有一种紧急断电开关上的防误操作机构是外防护罩。这种开关集成了工作指示灯，如图12b所示。断电系统除了断电开关、电磁式开关还有一紧急断电继电器，该继电器为5脚，其中断电开关的管脚5为搭铁。当OFF挡时，电磁开关的线圈驱动输出端经过断电继电器触点的如图位置搭铁，而此时断电继电器线圈驱动输出端（接开关管脚2）和输入端（接开关管脚4）都为高电平，故电磁开关闭合，断电继电器保持如图位置，电源可为负载供电；当ON挡时，管脚2与管脚5接通，此时断电继电器线圈驱动输出端电压拉低，继电器吸合，触点与线圈驱动输入端接通，即电磁开关的线圈驱动输出端与开关的管脚4接通，为高电平，故电磁开关断开，切断负载供电。管脚4为高电平，管脚2为搭铁，故ON挡时工作指示灯点亮。

2.8 报警开关

常见的报警开关有驾驶室翻转报警开关、气手制动报警开关、安全带报警开关、门开报警开关、燃油粗滤器水位报警开关及危险报警开关。另外如油量传感器、冷却液位/温度传感器、油温传感器、胎压监测系统、制动衬片磨损报警装置[3]等其检测量异常时也会向仪表提示报警信息，但本文根据日常命名习惯，不将其列为报警开关。

表3中除了门开、危险报警开关的信号传输至车身控制器BCM外，其余4个开关信号均传输至仪表。危险报警开关为可按压的翘板开关，与2.1～2.7小节中提及的开关类似，故不再赘述。前4个开关接线路径是：仪表→开关，开关信号电压由仪表输出，开启后，信号搭铁，仪表提示指示灯。门开报警开关的接线路径是：BCM→开关，开启后，信号搭铁，BCM驱动门开报警灯工作，并经CAN总线将该信号传输至仪表，提示门开图标。

表3 车辆的报警开关信号及检测量

差动继动阀用于驻车制动，其21、22口（简称2口）为出气口，气手制动报警开关检测的是出气口气压，如图13 所示。执行驻车制动时，气压方向为制动弹簧缸经2口去往3口，排向大气，故2口为低压，制动报警开关接通，仪表提示驻车指示灯；解除驻车制动时，气压方向为1口经2口去往弹簧缸，2口为高压，制动报警开关断开，驻车指示灯熄灭。通常差动继动阀的4口接脚制动阀的出气口，4口为高压时，1口与2口导通，故在驻车制动时，踩下制动踏板查看驻车指示灯能否熄灭是判断气手制动报警开关好坏的一种方法。