教學(xué)用車(chē)載空調(diào)電路故障設(shè)置儀的設(shè)計(jì)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(chē)輛工程系，河南 鄭州 450007）

教學(xué)用車(chē)載空調(diào)電路故障設(shè)置儀的設(shè)計(jì)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(chē)輛工程系，河南 鄭州 450007）

依托皇冠3.0轎車(chē)空調(diào)電控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制作教學(xué)用故障設(shè)置儀。介紹其故障設(shè)置原理、檢測(cè)和演示故障現(xiàn)象，對(duì)教學(xué)實(shí)踐有指導(dǎo)作用。

汽車(chē)空調(diào)；電控系統(tǒng)；電路分析；控制面板

現(xiàn)代汽車(chē)的主要故障出自電控系統(tǒng)，因此對(duì)汽車(chē)電控系統(tǒng)故障的檢測(cè)技術(shù)勢(shì)必成為汽車(chē)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(chē)空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)汽車(chē)空調(diào)電控系統(tǒng)的故障進(jìn)行模擬，并能夠檢測(cè)，設(shè)計(jì)完成一個(gè)簡(jiǎn)單的汽車(chē)電控系統(tǒng)故障設(shè)置與檢測(cè)的控制面板，提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解能力，啟發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思維。

1 設(shè)計(jì)目的與意義

汽車(chē)空調(diào)電路部分出現(xiàn)故障的時(shí)候，ECU得不到傳感器信號(hào)，就不能對(duì)車(chē)內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，舒適度就會(huì)降低［2］。在教學(xué)過(guò)程中，講究理論聯(lián)系實(shí)際才是最好的教學(xué)方法，本文通過(guò)設(shè)計(jì)制造一個(gè)故障設(shè)置儀器，演示空調(diào)電路故障時(shí)所能觀測(cè)到的現(xiàn)象，并且不用人為地破壞實(shí)驗(yàn)車(chē)輛，同時(shí)達(dá)到可重復(fù)的維修教學(xué)目的。類(lèi)似的故障設(shè)置教學(xué)儀市面上也有銷(xiāo)售，但是體積龐大，只能在實(shí)驗(yàn)室里靠推車(chē)移動(dòng)，并且大多是針對(duì)發(fā)動(dòng)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(jià)大概1000元。

教學(xué)汽車(chē)是完好的，不能人為地將車(chē)輛破壞來(lái)讓大家檢測(cè)故障與觀察故障現(xiàn)象，否則損失很大，教學(xué)過(guò)程中還需要演示故障前和故障后汽車(chē)的狀態(tài)。通過(guò)這臺(tái)儀器并結(jié)合萬(wàn)用表，可以清晰觀測(cè)汽車(chē)空調(diào)電路故障的表現(xiàn)。另外，本文不僅要突出檢測(cè)故障的重要實(shí)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(shí)驗(yàn)過(guò)程，方便教學(xué)。

2 傳感器的工作原理

皇冠3.0汽車(chē)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(chē)內(nèi)溫度傳感器和車(chē)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(gè)［3，4］。

2.1 溫度傳感器

皇冠汽車(chē)空調(diào)的車(chē)內(nèi)溫度傳感器和車(chē)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(chē)外溫度傳感器位于汽車(chē)?yán)淠飨路?，監(jiān)測(cè)車(chē)外環(huán)境溫度；車(chē)內(nèi)溫度傳感器位于轉(zhuǎn)向盤(pán)和儀表顯示器所夾中間位置，監(jiān)測(cè)車(chē)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(cè)蒸發(fā)器溫度。

2.2 濕度傳感器

濕度傳感器主要是用來(lái)檢測(cè)車(chē)內(nèi)的空氣濕度并輸出至控制器，用于控制車(chē)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(chē)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(duì)環(huán)境中的濕度過(guò)敏，濕度變化時(shí)，電阻值也相應(yīng)改變，相對(duì)濕度越大，電阻越??；相反，相對(duì)濕度越小，電阻值越大。濕度傳感器和車(chē)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(lái)檢測(cè)氣體和液體壓力，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。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(gè)。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(guò)高時(shí)，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(shí)，通過(guò)增加發(fā)動(dòng)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(shí)候，還要明白傳感器的電路工作原理，通過(guò)對(duì)傳感器工作電路分析，設(shè)置故障?；使谵I車(chē)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(cè)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(guò)端子A反饋給MICOM一個(gè)0-5V的反饋電壓，通過(guò)端子B到達(dá)ECU搭鐵。在檢測(cè)傳感器反饋電壓時(shí)，需用萬(wàn)用表測(cè)量A端子，所以在設(shè)置故障的時(shí)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(gè)開(kāi)關(guān)和檢測(cè)端子，當(dāng)開(kāi)關(guān)接通的時(shí)候，電路正常工作，沒(méi)有故障，在檢測(cè)端子處可以檢測(cè)到0～4.5V反饋電壓。當(dāng)設(shè)置故障的時(shí)候，在檢測(cè)端子檢測(cè)到的是5V的參考電壓，ECU正常，傳感器故障?；使谵I車(chē)的空調(diào)ECU實(shí)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(duì)應(yīng)空調(diào)放大器端子號(hào)A11-16，即A11端子連接器的16號(hào)端子，信號(hào)線顏色為白色；B端子對(duì)應(yīng)空調(diào)放大器端子號(hào)A11-19，線路顏色為黃色。這些均可以從皇冠轎車(chē)電路手冊(cè)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(hào)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(hào)，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(duì)應(yīng)的位置，只是端子號(hào)不同。ECU根據(jù)該壓力傳感器反饋信號(hào)，來(lái)改變壓縮機(jī)的功率，控制空調(diào)系統(tǒng)壓力，不會(huì)過(guò)高影響管道等的壽命或過(guò)低使空調(diào)無(wú)法工作。

依據(jù)此電路的原理，在設(shè)置故障的時(shí)候，參考圖2中虛線框的故障電路，S5-2和SG-2開(kāi)關(guān)接通時(shí)，參考電壓線路REF5V上電，檢測(cè)端子1可以檢測(cè)到5V的參考電壓，信號(hào)電壓線路檢測(cè)端子2上可以檢測(cè)到0～4.5V的反饋電壓。斷開(kāi)S5-2開(kāi)關(guān)，接通SG-2開(kāi)關(guān)，在端子1上檢測(cè)不到5V的參考電壓，在端子2上也檢測(cè)不到0～4.5V的反饋電壓，那么斷定ECU出現(xiàn)故障。斷開(kāi)SG-2開(kāi)關(guān)，接通S5-2開(kāi)關(guān)，能在端子1上檢測(cè)到5V的參考電壓，但是在端子2上檢測(cè)不到反饋電壓，這說(shuō)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(lèi)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(guò)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(guò)端子2反饋給ECU一個(gè)0～4.5V的信號(hào)電壓，對(duì)室內(nèi)的濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使舒適度升高。在車(chē)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(hào)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(shí)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(chē)內(nèi)、車(chē)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(chē)電路中的線路代號(hào)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 皇冠轎車(chē)電路截線過(guò)程

了解完電路原理并且設(shè)置好故障后，將儀器與實(shí)驗(yàn)室的皇冠轎車(chē)連接，進(jìn)行故障檢測(cè)。在不影響轎車(chē)使用的前提下，將皇冠轎車(chē)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(shí)，只需要將子扣拔下，然后將儀器接口插入車(chē)上的母扣，這樣就可以設(shè)置故障并且檢測(cè)。做完實(shí)驗(yàn)后，只需要將儀器取下，汽車(chē)子扣插回原處，車(chē)輛就恢復(fù)原樣。皇冠轎車(chē)子母扣如圖4所示。

在汽車(chē)上截線的時(shí)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(wàn)用表，利用插針?lè)ǎ瑓^(qū)分出傳感器的參考電壓和信號(hào)電壓的線路，然后截?cái)嗑€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(shí)物圖

車(chē)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(duì)應(yīng)的故障設(shè)置開(kāi)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(shí)際上包括3部分：空調(diào)單元、ABS單元與發(fā)動(dòng)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(cè)?；使谵I車(chē)電氣故障檢測(cè)儀空調(diào)部分檢測(cè)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(chē)的截線端母扣，便可以進(jìn)行電氣故障演示實(shí)驗(yàn)。按下故障箱內(nèi)某傳感器的開(kāi)關(guān)，即可對(duì)其設(shè)置故障，然后用萬(wàn)用表插入對(duì)應(yīng)的檢測(cè)端子內(nèi)，即可觀察故障引起的變化。設(shè)置故障，就檢測(cè)不到參考電壓；刪除故障，又可以檢測(cè)到相應(yīng)的電壓。萬(wàn)用表用來(lái)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(chē)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的，僅適用于該車(chē)型，對(duì)于其他車(chē)型并不適用，但作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)已能充分滿(mǎn)足。未來(lái)的擴(kuò)展方向可以是研制適用于多車(chē)型的故障設(shè)置儀，并可以將萬(wàn)用表電壓檢測(cè)模塊集成一起，以及加裝液晶顯示等。

［1］施樹(shù)明，任有.汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)空調(diào)［EB／OL］.北京：汽車(chē)診斷網(wǎng)，2005.

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

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

［7］豐田汽車(chē)公司.一汽TOYOTACROWN原廠維修手冊(cè)［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(chē)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。