教學用車載空調電路故障設置儀的設計與制作

李易燃，姚曉靜，姜春英

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

教學用車載空調電路故障設置儀的設計與制作

李易燃1，姚曉靜2，姜春英3

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

依托皇冠3.0轎車空調電控系統，設計制作教學用故障設置儀。介紹其故障設置原理、檢測和演示故障現象，對教學實踐有指導作用。

汽車空調；電控系統；電路分析；控制面板

現代汽車的主要故障出自電控系統，因此對汽車電控系統故障的檢測技術勢必成為汽車服務行業最需要提高的技術之一［1］。本文依托豐田皇冠轎車空調系統，對汽車空調電控系統的故障進行模擬，并能夠檢測，設計完成一個簡單的汽車電控系統故障設置與檢測的控制面板，提高學生對理論知識的理解能力，啟發學生理論聯系實際的思維。

1 設計目的與意義

汽車空調電路部分出現故障的時候，ECU得不到傳感器信號，就不能對車內溫度進行調節，舒適度就會降低［2］。在教學過程中，講究理論聯系實際才是最好的教學方法，本文通過設計制造一個故障設置儀器，演示空調電路故障時所能觀測到的現象，并且不用人為地破壞實驗車輛，同時達到可重復的維修教學目的。類似的故障設置教學儀市面上也有銷售，但是體積龐大，只能在實驗室里靠推車移動，并且大多是針對發動機設置故障進行教學，空調這塊較少。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象，否則損失很大，教學過程中還需要演示故障前和故障后汽車的狀態。通過這臺儀器并結合萬用表，可以清晰觀測汽車空調電路故障的表現。另外，本文不僅要突出檢測故障的重要實踐作用，而且應該能預設故障和恢復原狀，這樣便可以多次重復實驗過程，方便教學。

2 傳感器的工作原理

皇冠3.0汽車空調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溫度傳感器和車外溫度傳感器、蒸發器溫度傳感器；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

皇冠汽車空調的車內溫度傳感器和車外溫度傳感器、蒸發器溫度傳感器，用的是負溫度系數（NTC）型熱敏電阻。車外溫度傳感器位于汽車冷凝器下方，監測車外環境溫度；車內溫度傳感器位于轉向盤和儀表顯示器所夾中間位置，監測車內溫度；蒸發器溫度傳感器貼于蒸發器格柵管路上，監測蒸發器溫度。

2.2 濕度傳感器

濕度傳感器主要是用來檢測車內的空氣濕度并輸出至控制器，用于控制車內空氣濕度和清除在強降雨或低溫狀態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，這種材料對環境中的濕度過敏，濕度變化時，電阻值也相應改變，相對濕度越大，電阻越小；相反，相對濕度越小，電阻值越大。濕度傳感器和車內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。空調控制單元根據壓力傳感器獲得壓力信息，判斷系統的壓力變化。當系統壓力過高時，切斷空調壓縮機電磁離合器的電路；當工作壓力不足時，通過增加發動機功率從而促使空調壓縮機工作增強，提供必需的工作壓力。

3 故障設置原理

明白傳感器的物理原理以后，在設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，設置故障。皇冠轎車空調系統的接線都集成在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，所以在設置故障的時候，如圖1右側的故障電路，將A和REF端子之間剪斷，設置一個開關和檢測端子，當開關接通的時候，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。當設置故障的時候，在檢測端子檢測到的是5V的參考電壓，ECU正常，傳感器故障。皇冠轎車的空調ECU實際上就是空調放大器，傳感器和空調放大器之間的連接端子A對應空調放大器端子號A11-16，即A11端子連接器的16號端子，信號線顏色為白色；B端子對應空調放大器端子號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，空調系統中的傳感器都可以在A11端子連接器上找到對應的位置，只是端子號不同。ECU根據該壓力傳感器反饋信號，來改變壓縮機的功率，控制空調系統壓力，不會過高影響管道等的壽命或過低使空調無法工作。

依據此電路的原理，在設置故障的時候，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，接通SG-2開關，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出現故障。斷開SG-2開關，接通S5-2開關，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，這說明傳感器出現故障。

3.3 濕度傳感器的電路分析和故障設置

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，對室內的濕度進行調節，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，導線顏色為天藍色；A11-5為傳感器搭鐵端，導線顏色為藍色。依據此工作原理，在設置故障時如圖3右圖中的虛線框。故障分析同壓力傳感器，此處省略。

蒸發器溫度傳感器，車內、車外溫度傳感器，原理是一樣的，所以電路分析和設置故障是一樣的，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。弄清楚故障設置原理，便為以后的硬件制作打下堅實的基礎。

4 皇冠轎車電路截線過程

了解完電路原理并且設置好故障后，將儀器與實驗室的皇冠轎車連接，進行故障檢測。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。當使用儀器設置故障時，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，車輛就恢復原樣。皇冠轎車子母扣如圖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 故障設置儀器實物圖

車身截線完成后，依據上述工作原理，制作儀器工作面板。將傳感器對應的故障設置開關及端子均布在面板之上，面板下面是連接導線以及故障儀的子扣。該故障設置儀的整體結構如圖5所示。故障設置儀實際上包括3部分：空調單元、ABS單元與發動機單元，限于篇幅，本文只介紹空調電氣故障的設置與檢測。皇冠轎車電氣故障檢測儀空調部分檢測面板如圖6所示。

6 總結與展望

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

該故障設置儀是建立在皇冠3.0轎車的基礎上設計與開發的，僅適用于該車型，對于其他車型并不適用，但作為實驗教學已能充分滿足。未來的擴展方向可以是研制適用于多車型的故障設置儀，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：北京理工大學出版社，2008.

［3］肖鴻光.汽車空調［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［4］汪學慧.皇冠汽車空調［EB／OL］.北京：汽車診斷網，2005.

［5］譚本忠.看圖學修汽車空調［M］.廣州：機械工業出版社，2010.

［6］譚本忠.汽車傳感器維修圖冊［M］.廣州：機械工業出版社，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研究；姚曉靜，女，學士；姜春英，女，教授。