教學(xué)用車載空調(diào)電路故障設(shè)置儀的設(shè)計與制作

李易燃，姚曉靜，姜春英

（1.華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.中原環(huán)保股份有限公司，河南 鄭州 450008；3.中原工學(xué)院機(jī)電學(xué)院車輛工程系，河南 鄭州 450007）

教學(xué)用車載空調(diào)電路故障設(shè)置儀的設(shè)計與制作

李易燃1，姚曉靜2，姜春英3

（1.華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.中原環(huán)保股份有限公司，河南 鄭州 450008；3.中原工學(xué)院機(jī)電學(xué)院車輛工程系，河南 鄭州 450007）

依托皇冠3.0轎車空調(diào)電控系統(tǒng)，設(shè)計制作教學(xué)用故障設(shè)置儀。介紹其故障設(shè)置原理、檢測和演示故障現(xiàn)象，對教學(xué)實踐有指導(dǎo)作用。

汽車空調(diào)；電控系統(tǒng)；電路分析；控制面板

現(xiàn)代汽車的主要故障出自電控系統(tǒng)，因此對汽車電控系統(tǒng)故障的檢測技術(shù)勢必成為汽車服務(wù)行業(yè)最需要提高的技術(shù)之一［1］。本文依托豐田皇冠轎車空調(diào)系統(tǒng)，對汽車空調(diào)電控系統(tǒng)的故障進(jìn)行模擬，并能夠檢測，設(shè)計完成一個簡單的汽車電控系統(tǒng)故障設(shè)置與檢測的控制面板，提高學(xué)生對理論知識的理解能力，啟發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實際的思維。

1 設(shè)計目的與意義

汽車空調(diào)電路部分出現(xiàn)故障的時候，ECU得不到傳感器信號，就不能對車內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，舒適度就會降低［2］。在教學(xué)過程中，講究理論聯(lián)系實際才是最好的教學(xué)方法，本文通過設(shè)計制造一個故障設(shè)置儀器，演示空調(diào)電路故障時所能觀測到的現(xiàn)象，并且不用人為地破壞實驗車輛，同時達(dá)到可重復(fù)的維修教學(xué)目的。類似的故障設(shè)置教學(xué)儀市面上也有銷售，但是體積龐大，只能在實驗室里靠推車移動，并且大多是針對發(fā)動機(jī)設(shè)置故障進(jìn)行教學(xué)，空調(diào)這塊較少。另外制作成箱子式的儀器便于攜帶，即插即用，制作造價大概1000元。

教學(xué)汽車是完好的，不能人為地將車輛破壞來讓大家檢測故障與觀察故障現(xiàn)象，否則損失很大，教學(xué)過程中還需要演示故障前和故障后汽車的狀態(tài)。通過這臺儀器并結(jié)合萬用表，可以清晰觀測汽車空調(diào)電路故障的表現(xiàn)。另外，本文不僅要突出檢測故障的重要實踐作用，而且應(yīng)該能預(yù)設(shè)故障和恢復(fù)原狀，這樣便可以多次重復(fù)實驗過程，方便教學(xué)。

2 傳感器的工作原理

皇冠3.0汽車空調(diào)的主要傳感器分為以下3種：溫度傳感器、濕度傳感器和壓力傳感器。其中溫度傳感器包括車內(nèi)溫度傳感器和車外溫度傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器；壓力傳感器包括低壓管路傳感器和高壓管路傳感器；濕度傳感器只有1個［3，4］。

2.1 溫度傳感器

皇冠汽車空調(diào)的車內(nèi)溫度傳感器和車外溫度傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器，用的是負(fù)溫度系數(shù)（NTC）型熱敏電阻。車外溫度傳感器位于汽車?yán)淠飨路?，監(jiān)測車外環(huán)境溫度；車內(nèi)溫度傳感器位于轉(zhuǎn)向盤和儀表顯示器所夾中間位置，監(jiān)測車內(nèi)溫度；蒸發(fā)器溫度傳感器貼于蒸發(fā)器格柵管路上，監(jiān)測蒸發(fā)器溫度。

2.2 濕度傳感器

濕度傳感器主要是用來檢測車內(nèi)的空氣濕度并輸出至控制器，用于控制車內(nèi)空氣濕度和清除在強(qiáng)降雨或低溫狀態(tài)因濕度引起的車窗玻璃上的霧或霜［5］。濕度傳感器由濕敏材料組成，這種材料對環(huán)境中的濕度過敏，濕度變化時，電阻值也相應(yīng)改變，相對濕度越大，電阻越?。幌喾?，相對濕度越小，電阻值越大。濕度傳感器和車內(nèi)溫度傳感器安裝在同一位置。

2.3 壓力傳感器

壓力傳感器通常用來檢測氣體和液體壓力，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。壓力傳感器安裝在冷凝器管路上，有高壓管路傳感器和低壓管路傳感器2個。空調(diào)控制單元根據(jù)壓力傳感器獲得壓力信息，判斷系統(tǒng)的壓力變化。當(dāng)系統(tǒng)壓力過高時，切斷空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器的電路；當(dāng)工作壓力不足時，通過增加發(fā)動機(jī)功率從而促使空調(diào)壓縮機(jī)工作增強(qiáng)，提供必需的工作壓力。

3 故障設(shè)置原理

明白傳感器的物理原理以后，在設(shè)置傳感器故障的時候，還要明白傳感器的電路工作原理，通過對傳感器工作電路分析，設(shè)置故障?；使谵I車空調(diào)系統(tǒng)的接線都集成在A11、A12、A33端子連接器上（維修手冊上很明確），各路傳感器的接線主要集中在A11端子連接器上，并且有不同的導(dǎo)線顏色代表不同的傳感器。

3.1 溫度傳感器的電路分析與故障電路

如圖1所示，ECU內(nèi)部MICOM提供5V的參考電壓給溫度傳感器，溫度傳感器通過端子A反饋給MICOM一個0-5V的反饋電壓，通過端子B到達(dá)ECU搭鐵。在檢測傳感器反饋電壓時，需用萬用表測量A端子，所以在設(shè)置故障的時候，如圖1右側(cè)的故障電路，將A和REF端子之間剪斷，設(shè)置一個開關(guān)和檢測端子，當(dāng)開關(guān)接通的時候，電路正常工作，沒有故障，在檢測端子處可以檢測到0～4.5V反饋電壓。當(dāng)設(shè)置故障的時候，在檢測端子檢測到的是5V的參考電壓，ECU正常，傳感器故障?；使谵I車的空調(diào)ECU實際上就是空調(diào)放大器，傳感器和空調(diào)放大器之間的連接端子A對應(yīng)空調(diào)放大器端子號A11-16，即A11端子連接器的16號端子，信號線顏色為白色；B端子對應(yīng)空調(diào)放大器端子號A11-19，線路顏色為黃色。這些均可以從皇冠轎車電路手冊查出。

3.2 壓力傳感器的電路分析及故障設(shè)置

壓力傳感器與溫度傳感器有所不同，它的電源和信號電壓是2條回路，并且有一根搭鐵線與ECU的搭鐵線連接搭鐵，如圖2所示。A11-26端子為壓力傳感器參考電源，線束顏色為黃色；A11-38端子為傳感器搭鐵，線束顏色為紫色；A11-13端子為傳感器信號，線束顏色為橙色。ID2、EA2為帶插頭端子的線束連接器，空調(diào)系統(tǒng)中的傳感器都可以在A11端子連接器上找到對應(yīng)的位置，只是端子號不同。ECU根據(jù)該壓力傳感器反饋信號，來改變壓縮機(jī)的功率，控制空調(diào)系統(tǒng)壓力，不會過高影響管道等的壽命或過低使空調(diào)無法工作。

依據(jù)此電路的原理，在設(shè)置故障的時候，參考圖2中虛線框的故障電路，S5-2和SG-2開關(guān)接通時，參考電壓線路REF5V上電，檢測端子1可以檢測到5V的參考電壓，信號電壓線路檢測端子2上可以檢測到0～4.5V的反饋電壓。斷開S5-2開關(guān)，接通SG-2開關(guān)，在端子1上檢測不到5V的參考電壓，在端子2上也檢測不到0～4.5V的反饋電壓，那么斷定ECU出現(xiàn)故障。斷開SG-2開關(guān)，接通S5-2開關(guān)，能在端子1上檢測到5V的參考電壓，但是在端子2上檢測不到反饋電壓，這說明傳感器出現(xiàn)故障。

3.3 濕度傳感器的電路分析和故障設(shè)置

濕度傳感器的電路分析和壓力傳感器的類似，如圖3所示。它的電源和反饋電壓也是2條回路，還有一根搭鐵線。ECU端子REF通過濕度傳感器端子1給濕度傳感器提供5V的參考電壓，濕度傳感器通過端子2反饋給ECU一個0～4.5V的信號電壓，對室內(nèi)的濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使舒適度升高。在車身電路中，A11-15端子為濕度傳感器參考電源，線束顏色為粉紅色；A11-7端子為信號電壓，導(dǎo)線顏色為天藍(lán)色；A11-5為傳感器搭鐵端，導(dǎo)線顏色為藍(lán)色。依據(jù)此工作原理，在設(shè)置故障時如圖3右圖中的虛線框。故障分析同壓力傳感器，此處省略。

蒸發(fā)器溫度傳感器，車內(nèi)、車外溫度傳感器，原理是一樣的，所以電路分析和設(shè)置故障是一樣的，只是傳感器安裝的位置、整車電路中的線路代號不同；壓力傳感器也是如此，只有濕度傳感器是惟一的。弄清楚故障設(shè)置原理，便為以后的硬件制作打下堅實的基礎(chǔ)。

4 皇冠轎車電路截線過程

了解完電路原理并且設(shè)置好故障后，將儀器與實驗室的皇冠轎車連接，進(jìn)行故障檢測。在不影響轎車使用的前提下，將皇冠轎車ECU與傳感器之間線路剪斷，然后接上子母扣。當(dāng)使用儀器設(shè)置故障時，只需要將子扣拔下，然后將儀器接口插入車上的母扣，這樣就可以設(shè)置故障并且檢測。做完實驗后，只需要將儀器取下，汽車子扣插回原處，車輛就恢復(fù)原樣?；使谵I車子母扣如圖4所示。

在汽車上截線的時候，需要先弄清楚各傳感器的位置，以及傳感器與ECU的連接線束［7］，便于使用萬用表，利用插針法，區(qū)分出傳感器的參考電壓和信號電壓的線路，然后截斷線路，最終將所有的截線頭集成到如圖4所示的母扣上。

5 故障設(shè)置儀器實物圖

車身截線完成后，依據(jù)上述工作原理，制作儀器工作面板。將傳感器對應(yīng)的故障設(shè)置開關(guān)及端子均布在面板之上，面板下面是連接導(dǎo)線以及故障儀的子扣。該故障設(shè)置儀的整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。故障設(shè)置儀實際上包括3部分：空調(diào)單元、ABS單元與發(fā)動機(jī)單元，限于篇幅，本文只介紹空調(diào)電氣故障的設(shè)置與檢測?；使谵I車電氣故障檢測儀空調(diào)部分檢測面板如圖6所示。

6 總結(jié)與展望

將故障設(shè)置儀的連接端口插入皇冠轎車的截線端母扣，便可以進(jìn)行電氣故障演示實驗。按下故障箱內(nèi)某傳感器的開關(guān)，即可對其設(shè)置故障，然后用萬用表插入對應(yīng)的檢測端子內(nèi)，即可觀察故障引起的變化。設(shè)置故障，就檢測不到參考電壓；刪除故障，又可以檢測到相應(yīng)的電壓。萬用表用來觀察數(shù)據(jù)的變化。

該故障設(shè)置儀是建立在皇冠3.0轎車的基礎(chǔ)上設(shè)計與開發(fā)的，僅適用于該車型，對于其他車型并不適用，但作為實驗教學(xué)已能充分滿足。未來的擴(kuò)展方向可以是研制適用于多車型的故障設(shè)置儀，并可以將萬用表電壓檢測模塊集成一起，以及加裝液晶顯示等。

［1］施樹明，任有.汽車電氣與電子控制［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］魏春源，等譯.汽車電氣與電子［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2008.

［3］肖鴻光.汽車空調(diào)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［4］汪學(xué)慧.皇冠汽車空調(diào)［EB／OL］.北京：汽車診斷網(wǎng)，2005.

［5］譚本忠.看圖學(xué)修汽車空調(diào)［M］.廣州：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［6］譚本忠.汽車傳感器維修圖冊［M］.廣州：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［7］豐田汽車公司.一汽TOYOTACROWN原廠維修手冊［Z］.2006.

（編輯心翔）

Design and Manufacture of Circuit Fault Setting Instrument of Vehicle Air Conditioner for Teaching

LI Yi-ran1，YAO Xiao-jing2，JIANG Chun-ying3
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China；2.Central Plains Environmental Protection Co.，Ltd，Zhengzhou 450008，China；3.Zhongyuan University of Technology，Electrical and Mechanical Institute，Vehicle Engineering，Zhengzhou 450007，China）

The fault setting instrument for teaching is designed and made based on the electrical control system of air conditioner for TOYOTA CROWN 3.0. Its fault setting principle and the fault demonstration by detecting box are introduced here. It's instructive to teaching practice.

automobile air conditioner；electrical control system；circuit analysis；control panel

U463.851

B

1003－8639（2014）06－0075－03

2013-07-08；

2013-09-02

李易燃（1987-），男，河南焦作人，碩士，主要從事車輛電子與智能控制相關(guān)研究；姚曉靜，女，學(xué)士；姜春英，女，教授。