卡車簡單開關(guān)的電氣控制分析

關(guān) 健，高恩壯，于彥權(quán)，王東生

（一汽解放汽車有限公司，吉林 長春 130011）

1 前言

多聯(lián)開關(guān)是指多個(gè)不同功能的翹板開關(guān)聯(lián)排布置的開關(guān)組，具有布局緊湊、功能多樣的特點(diǎn)，是本文分析的重點(diǎn)，此外還將分析報(bào)警開關(guān)、指示燈開關(guān)等其他簡單開關(guān)。具備巡航、燈光、轉(zhuǎn)向、刮水、A/M模式切換、輔助制動(dòng)等功能的左右組合開關(guān)及點(diǎn)火開關(guān)三者內(nèi)部雖無MCU，但控制邏輯相對(duì)復(fù)雜，不在本文討論之列。

2 電氣控制分析

2.1 開關(guān)信號(hào)低有效

這類開關(guān)的信號(hào)線常接對(duì)應(yīng)的控制器，開關(guān)按下時(shí)，信號(hào)搭鐵，控制器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如ESC取消開關(guān)、閱讀燈開關(guān)、空擋滑行開關(guān)、氣囊第二高度開關(guān)等都屬于這類開關(guān)。

圖1為ESC取消開關(guān)接線原理圖，其中，管腳4為信號(hào)，管腳5為搭鐵。當(dāng)ON擋時(shí)，管腳4與5接通，即信號(hào)搭鐵，ABS/EBS控制器將關(guān)閉ESC功能，儀表提示ASR指示燈和ESC OFF圖標(biāo)。管腳1為工作指示燈電源，當(dāng)OFF擋時(shí)，管腳1經(jīng)工作指示燈與管腳5接通，指示燈點(diǎn)亮。管腳3、6分別為背光燈搭鐵和電源，背光燈工作狀態(tài)與開關(guān)狀態(tài)無關(guān)，故本文不作贅述。

圖1 ESC取消開關(guān)接線原理圖

根據(jù)表1可知，其他3個(gè)開關(guān)的接線定義與ESC取消開關(guān)或有所差異，但控制邏輯基本相同。各開關(guān)的信號(hào)電壓也不盡相同，取決于各自控制器的定義，且開關(guān)既有自鎖型，也有自復(fù)位型，但均為信號(hào)拉低型開關(guān)。

表1 信號(hào)低有效型開關(guān)與對(duì)應(yīng)的控制器

2.2 功能轉(zhuǎn)換

卡車上常見的轉(zhuǎn)換開關(guān)有喇叭轉(zhuǎn)換開關(guān)、燃油轉(zhuǎn)換開關(guān)，前者實(shí)現(xiàn)電、氣喇叭的切換，后者則實(shí)現(xiàn)主、副油箱供油通道的轉(zhuǎn)換。

圖2為喇叭轉(zhuǎn)換開關(guān)接線原理圖，當(dāng)OFF擋時(shí)，管腳1和管腳4接通，為電喇叭擋；當(dāng)ON擋時(shí)，管腳1和管腳5接通，為氣喇叭擋。管腳1接喇叭繼電器輸出的24V電壓，而喇叭按鈕控制的喇叭繼電器線圈驅(qū)動(dòng)輸出，即按下按鈕，繼電器吸合，驅(qū)動(dòng)喇叭鳴笛。

圖2 喇叭轉(zhuǎn)換開關(guān)接線原理

燃油轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是燃油轉(zhuǎn)換閥和燃油轉(zhuǎn)換開關(guān)，本車采用電控轉(zhuǎn)換閥，可在室內(nèi)操作轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)主副油箱柴油的切換。轉(zhuǎn)換閥的近油箱端有主油箱進(jìn)、回油口，副油箱進(jìn)、回油口，近發(fā)動(dòng)機(jī)端則有粗濾器進(jìn)、回油口。主油箱加注0號(hào)柴油，用于大多數(shù)工況，副油箱加注-35號(hào)柴油，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、暖機(jī)和駐車取暖。燃油轉(zhuǎn)換開關(guān)管腳定義與接線走向詳見表2。

表2 燃油轉(zhuǎn)換開關(guān)管腳定義與接線走向

假設(shè)車輛當(dāng)前處于副油箱供油的穩(wěn)態(tài)，即閥芯處于副進(jìn)副回，開關(guān)為OFF，管腳5為高電平，管腳2為低電平；當(dāng)開關(guān)由OFF擋切換至ON擋時(shí)，管腳2為高電平，管腳5為低電平，此時(shí)閥芯立即切換為主油箱供油，即主進(jìn)主回；當(dāng)處于主油箱供油的穩(wěn)態(tài)時(shí)，開關(guān)為ON擋，再切換至OFF擋時(shí)，此時(shí)閥芯切換為副油箱供油，但仍為主油箱回油，即副進(jìn)主回，2min后，切換為副進(jìn)副回。采取延時(shí)切換的原因是防止0號(hào)柴油摻至副油箱內(nèi)引起燃油凍結(jié)。

圖3 為燃油轉(zhuǎn)換開關(guān)接線原理。開關(guān)的管腳1接轉(zhuǎn)換閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)副油箱穩(wěn)態(tài)供油時(shí)（OFF擋），驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高阻態(tài)，此時(shí)管腳4和1上跨接的工作指示燈不亮；當(dāng)主油箱穩(wěn)態(tài)供油時(shí)（ON擋），驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平，工作指示燈點(diǎn)亮。主油箱切換為副油箱時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)仍為低電平，但2min后，該信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)長為5s的高阻-低電平交替的方波信號(hào)，占空比為50%，此時(shí)工作指示燈會(huì)閃爍，穩(wěn)定為高阻態(tài)后燈滅。

圖3 燃油轉(zhuǎn)換開關(guān)接線原理

2.3 驅(qū)動(dòng)負(fù)載

這類開關(guān)按下時(shí)常將高電平接入負(fù)載，并驅(qū)動(dòng)其工作，如軸間、輪間差速鎖（以下簡稱軸差、輪差）開關(guān)，行車、駐車取力器開關(guān)等。圖4為軸差開關(guān)接線原理圖，因開關(guān)上裝有防誤開啟的鎖止機(jī)構(gòu)，故開關(guān)上取消了工作指示燈，僅存接管腳3和6的背光燈。管腳2為24V電源，當(dāng)ON擋時(shí)，管腳2和管腳5接通，管腳5為差速鎖電磁閥供電端，故可驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作。取力器開關(guān)與之類似。

圖4 軸差開關(guān)接線原理圖

2.4 控制繼電器線圈驅(qū)動(dòng)端

牽引車常安裝有后工作燈，其開關(guān)是控制工作燈繼電器的線圈驅(qū)動(dòng)輸出端實(shí)現(xiàn)工作燈的開閉。ON擋時(shí)，管腳2與管腳5 接通，前者接后工作燈的繼電器線圈端，管腳5為搭鐵，管腳1接24V電源，故后工作燈和工作指示燈均點(diǎn)亮，其接線原理見圖5。

圖5 后工作燈開關(guān)接線原理

此外，有的開關(guān)也可通過控制繼電器的線圈驅(qū)動(dòng)輸入端實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，如駕駛室翻轉(zhuǎn)控制開關(guān)，如圖6所示。管腳4接24V電源，管腳5為搭鐵，當(dāng)ON擋時(shí)，管腳4與管腳2連接，為線圈驅(qū)動(dòng)輸入端供電，同時(shí)管腳4還經(jīng)工作指示燈與管腳5連接，即指示燈與線圈并聯(lián)，故指示燈工作，再按下翻轉(zhuǎn)操作按鈕時(shí)，繼電器亦可吸合。

圖6 駕駛室翻轉(zhuǎn)控制開關(guān)接線原理

2.5 調(diào)節(jié)開關(guān)

常見的調(diào)節(jié)開關(guān)有背光調(diào)節(jié)開關(guān)、燈光調(diào)節(jié)開關(guān)及多狀態(tài)開關(guān)，三者常為滾輪式。背光調(diào)節(jié)開關(guān)的滾輪總轉(zhuǎn)角為90°，其管腳4、5間接可變電阻，見圖7。某型開關(guān)的電阻可變范圍為10～50kΩ，且這2個(gè)管腳接車身控制器BCM，電阻變化時(shí)，BCM控制背光燈電源的電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)背光燈亮度的調(diào)節(jié)。

圖7 背光調(diào)節(jié)開關(guān)接線原理

圖8為燈光調(diào)節(jié)開關(guān)接線原理，管腳1接前照燈近光燈電源，為24V，管腳4接調(diào)光電機(jī)信號(hào)端，管腳3為背光燈電源。調(diào)光電機(jī)信號(hào)電壓為各擋位電阻的搭鐵電壓，各電阻阻值相同，如某型開關(guān)為2擋時(shí)，信號(hào)電壓為R1+R2+R3對(duì)近光燈電源的分壓，約為12V，對(duì)應(yīng)的調(diào)光電機(jī)轉(zhuǎn)角為45°。

圖8 燈光調(diào)節(jié)開關(guān)接線原理

用戶可通過多狀態(tài)開關(guān)為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置不同的工作模式，接線原理見圖9虛線框部分。開關(guān)的管腳1和管腳4接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元EMS，其中管腳1為信號(hào)搭鐵。本多狀態(tài)開關(guān)可設(shè)置為經(jīng)濟(jì)和動(dòng)力兩種模式，R1和R2的阻值分別為1.5kΩ和2.7kΩ，管腳4懸空時(shí)，EMS端輸出的參考電壓VDD為5V，上拉電阻R3阻值為5.6kΩ，故經(jīng)濟(jì)模式和動(dòng)力模式對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓分別為1.05V和2.14V。有些多狀態(tài)開關(guān)為3擋式，分別對(duì)應(yīng)車輛的空載、半載和滿載，節(jié)油效果會(huì)更佳。

圖9 多狀態(tài)開關(guān)接線原理（虛線框部分）

2.6 雙向開關(guān)

以上介紹的開關(guān)均為單向自鎖或單向自復(fù)位式，即開啟時(shí)只能朝一個(gè)方向按下。采用單目攝像頭實(shí)現(xiàn)LDW和FCW功能[1]的牽引車，其LDW/FCW功能取消開關(guān)可集成為雙向自復(fù)位開關(guān)。國VI系統(tǒng)的DPF再生和禁止功能開關(guān)也可集成為一體，常為單向自鎖+單向自復(fù)位開關(guān)，如圖10、圖11所示。自復(fù)位開關(guān)產(chǎn)生的是瞬時(shí)觸發(fā)電壓，自鎖開關(guān)則提供穩(wěn)恒電壓。

圖10 LDW/FCW取消開關(guān)接線原理

圖11 DPF再生/禁止開關(guān)接線原理

LDW/FCW取消開關(guān)的管腳1和管腳2接車身控制器BCM，信號(hào)電壓為23V，管腳4、5為搭鐵。默認(rèn)狀態(tài)為OFF位（中位），前向按下為取消LDW功能，此時(shí)管腳1電壓拉低，復(fù)位后電壓恢復(fù)，再次前向按下，LDW功能恢復(fù)。同理，開關(guān)后向按下為取消FCW功能。前向和后向各按一次則可同時(shí)取消LDW和FCW功能。

DPF再生/禁止開關(guān)的禁止再生端為自鎖式，請求再生端為自復(fù)位式。管腳1、2、4、7均接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元EMS，其中，管腳1為24V控制器輸出電壓；管腳2為禁止再生開關(guān)，信號(hào)電壓約5.6V；管腳4為請求再生開關(guān)；管腳7為信號(hào)搭鐵；管腳8為工作指示燈電源。

默認(rèn)狀態(tài)為OFF位（中位），前向按下時(shí)為禁止再生開關(guān)，管腳2和管腳7接通，管腳8經(jīng)工作指示燈與管腳7接通，故禁止再生開關(guān)信號(hào)拉低，工作指示燈點(diǎn)亮。車輛處于某些作業(yè)區(qū)域（如存有易燃易爆物體），避免因DPF自動(dòng)再生時(shí)發(fā)生安全事故，需人為禁止DPF再生，但車輛到達(dá)安全區(qū)域時(shí)應(yīng)立即關(guān)閉禁止再生功能。后向按下時(shí)為請求再生開關(guān)，管腳1和管腳4接通，再生請求開關(guān)信號(hào)為高電平，DPF請求再生功能開啟。

2.7 斷電開關(guān)

危險(xiǎn)品運(yùn)輸車會(huì)在室內(nèi)安裝緊急斷電開關(guān)[2]。本緊急斷電開關(guān)上裝有防誤操作鎖止機(jī)構(gòu)，故取消了工作指示燈，管腳5接電磁式電源總開關(guān)的線圈驅(qū)動(dòng)輸出端，管腳2為搭鐵。OFF擋時(shí)，即正常供電狀態(tài)，此時(shí)管腳5與管腳2接通，電磁開關(guān)閉合可為負(fù)載供電；ON 擋時(shí)，管腳5與管腳4接通，后者為懸空狀態(tài)，此時(shí)電磁開關(guān)斷開對(duì)負(fù)載的供電，如圖12a所示。

圖12 緊急斷電開關(guān)接線原理

還有一種緊急斷電開關(guān)上的防誤操作機(jī)構(gòu)是外防護(hù)罩。這種開關(guān)集成了工作指示燈，如圖12b所示。斷電系統(tǒng)除了斷電開關(guān)、電磁式開關(guān)還有一緊急斷電繼電器，該繼電器為5腳，其中斷電開關(guān)的管腳5為搭鐵。當(dāng)OFF擋時(shí)，電磁開關(guān)的線圈驅(qū)動(dòng)輸出端經(jīng)過斷電繼電器觸點(diǎn)的如圖位置搭鐵，而此時(shí)斷電繼電器線圈驅(qū)動(dòng)輸出端（接開關(guān)管腳2）和輸入端（接開關(guān)管腳4）都為高電平，故電磁開關(guān)閉合，斷電繼電器保持如圖位置，電源可為負(fù)載供電；當(dāng)ON擋時(shí)，管腳2與管腳5接通，此時(shí)斷電繼電器線圈驅(qū)動(dòng)輸出端電壓拉低，繼電器吸合，觸點(diǎn)與線圈驅(qū)動(dòng)輸入端接通，即電磁開關(guān)的線圈驅(qū)動(dòng)輸出端與開關(guān)的管腳4接通，為高電平，故電磁開關(guān)斷開，切斷負(fù)載供電。管腳4為高電平，管腳2為搭鐵，故ON擋時(shí)工作指示燈點(diǎn)亮。

2.8 報(bào)警開關(guān)

常見的報(bào)警開關(guān)有駕駛室翻轉(zhuǎn)報(bào)警開關(guān)、氣手制動(dòng)報(bào)警開關(guān)、安全帶報(bào)警開關(guān)、門開報(bào)警開關(guān)、燃油粗濾器水位報(bào)警開關(guān)及危險(xiǎn)報(bào)警開關(guān)。另外如油量傳感器、冷卻液位/溫度傳感器、油溫傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、制動(dòng)襯片磨損報(bào)警裝置[3]等其檢測量異常時(shí)也會(huì)向儀表提示報(bào)警信息，但本文根據(jù)日常命名習(xí)慣，不將其列為報(bào)警開關(guān)。

表3中除了門開、危險(xiǎn)報(bào)警開關(guān)的信號(hào)傳輸至車身控制器BCM外，其余4個(gè)開關(guān)信號(hào)均傳輸至儀表。危險(xiǎn)報(bào)警開關(guān)為可按壓的翹板開關(guān)，與2.1～2.7小節(jié)中提及的開關(guān)類似，故不再贅述。前4個(gè)開關(guān)接線路徑是：儀表→開關(guān)，開關(guān)信號(hào)電壓由儀表輸出，開啟后，信號(hào)搭鐵，儀表提示指示燈。門開報(bào)警開關(guān)的接線路徑是：BCM→開關(guān)，開啟后，信號(hào)搭鐵，BCM驅(qū)動(dòng)門開報(bào)警燈工作，并經(jīng)CAN總線將該信號(hào)傳輸至儀表，提示門開圖標(biāo)。

表3 車輛的報(bào)警開關(guān)信號(hào)及檢測量

差動(dòng)繼動(dòng)閥用于駐車制動(dòng)，其21、22口（簡稱2口）為出氣口，氣手制動(dòng)報(bào)警開關(guān)檢測的是出氣口氣壓，如圖13 所示。執(zhí)行駐車制動(dòng)時(shí)，氣壓方向?yàn)橹苿?dòng)彈簧缸經(jīng)2口去往3口，排向大氣，故2口為低壓，制動(dòng)報(bào)警開關(guān)接通，儀表提示駐車指示燈；解除駐車制動(dòng)時(shí)，氣壓方向?yàn)?口經(jīng)2口去往彈簧缸，2口為高壓，制動(dòng)報(bào)警開關(guān)斷開，駐車指示燈熄滅。通常差動(dòng)繼動(dòng)閥的4口接腳制動(dòng)閥的出氣口，4口為高壓時(shí)，1口與2口導(dǎo)通，故在駐車制動(dòng)時(shí)，踩下制動(dòng)踏板查看駐車指示燈能否熄滅是判斷氣手制動(dòng)報(bào)警開關(guān)好壞的一種方法。

圖13 差動(dòng)繼動(dòng)閥氣動(dòng)原理

2.9 其他簡單開關(guān)

離合開關(guān)、制動(dòng)燈開關(guān)、空擋開關(guān)均常接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元EMS，三者信號(hào)都是被EMS采集和傳輸。不同的是，制動(dòng)信號(hào)默認(rèn)為低電平，踩下制動(dòng)踏板時(shí)為高電平，離合信號(hào)與之相反；換擋手柄在擋時(shí)，空擋信號(hào)為低電平，空擋時(shí)為高電平。

上述提及的差速鎖開關(guān)和取力器開關(guān)，均位于室內(nèi)，而底盤端安裝有對(duì)應(yīng)的工作指示燈開關(guān)。這類開關(guān)內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)為氣缸和回位彈簧，如接通軸差開關(guān)時(shí)，電磁閥動(dòng)作并驅(qū)動(dòng)氣缸壓縮彈簧閉合其內(nèi)部指示燈開關(guān)，儀表提示軸差圖標(biāo)。這類開關(guān)兩端分別接儀表和搭鐵，開關(guān)電壓由儀表輸出，電壓常為10V。

3 故障分析與排除方法

1）按下軸差開關(guān)，儀表提示輪差指示燈；按下輪差開關(guān)，則提示軸差指示燈。

原因分析：導(dǎo)致這類“張冠李戴”的現(xiàn)象常有兩種原因，一種是二者差速鎖開關(guān)接反，另一種是差速鎖電磁閥接反，因二者的功能開關(guān)、電磁閥常臨近安裝（圖14），故存在接反的現(xiàn)象。

圖14 軸差與輪差電磁閥安裝示意圖

故障排除：先檢查開關(guān)標(biāo)簽是否對(duì)應(yīng)正確，若正確則對(duì)調(diào)電磁閥插頭；若錯(cuò)誤，則對(duì)調(diào)開關(guān)插頭。

2）點(diǎn)火開關(guān)為ON擋時(shí)，緊急斷電開關(guān)可正常斷電；發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，斷電開關(guān)無法斷電。

原因分析：發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后對(duì)配電的重要影響是發(fā)電機(jī)介入供電。機(jī)械式總開關(guān)與電磁式總開關(guān)串接，如圖15所示，前者可手動(dòng)開閉，后者受前者或緊急斷電開關(guān)控制。通常發(fā)電機(jī)供電線應(yīng)接于機(jī)械開關(guān)與電磁開關(guān)之間。若接于電磁開關(guān)的輸出端，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后將無法由緊急斷電開關(guān)斷電。

圖15 電源開關(guān)與發(fā)電機(jī)接線簡圖

故障排除：檢查發(fā)電機(jī)的接線端位置是否正確，若位于電磁式開關(guān)輸出端，應(yīng)重新連接。

4 總結(jié)

本文僅針對(duì)特定車型列舉了部分常見的簡單開關(guān)，且受制于篇幅無法更多地展開。卡車上的開關(guān)可大致分為通用類和專用類，通常前者占多數(shù)。一些專用車上會(huì)配置特有的開關(guān)，如PTO轉(zhuǎn)換開關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停開關(guān)等，但簡單開關(guān)的接線原理并無大的變化。