现代汽车的主要故障出自电控系统， 因此对汽车电控系统故障的检测技术势必成为汽车服务行业最需要提高的技术之一。 本文依托丰田皇冠轿车空调系统， 对汽车空调电控系统的故障进行模拟，并能够检测， 设计完成一个简单的汽车电控系统故障设置与检测的控制面板， 提高学生对理论知识的理解能力， 启发学生理论联系实际的思维。

    1 设计目的与意义
    汽车空调电路部分出现故障的时候， ECU得不到传感器信号， 就不能对车内温度进行调节， 舒适度就会降低。 在教学过程中， 讲究理论联系实际才是最好的教学方法， 本文通过设计制造一个故障设置仪器， 演示空调电路故障时所能观测到的现象， 并且不用人为地破坏实验车辆， 同时达到可重复的维修教学目的。 类似的故障设置教学仪市面上也有销售， 但是体积庞大， 只能在实验室里靠推车移动， 并且大多是针对发动机设置故障进行教学，空调这块较少。 另外制作成箱子式的仪器便于携带， 即插即用， 制作造价大概1000元。
    教学汽车是完好的， 不能人为地将车辆破坏来让大家检测故障与观察故障现象， 否则损失很大，教学过程中还需要演示故障前和故障后汽车的状态。通过这台仪器并结合万用表， 可以清晰观测汽车空调电路故障的表现。 另外， 本文不仅要突出检测故障的重要实践作用， 而且应该能预设故障和恢复原状， 这样便可以多次重复实验过程， 方便教学。

    2 传感器的工作原理
    皇冠3.0汽车空调的主要传感器分为以下3种：温度传感器、 湿度传感器和压力传感器。 其中温度传感器包括车内温度传感器和车外温度传感器、 蒸发器温度传感器； 压力传感器包括低压管路传感器和高压管路传感器； 湿度传感器只有1个。
    2.1 温度传感器
    皇冠汽车空调的车内温度传感器和车外温度传感器、 蒸发器温度传感器， 用的是负温度系数 （NTC） 型热敏电阻。 车外温度传感器位于汽车冷凝器下方， 监测车外环境温度； 车内温度传感器位于转向盘和仪表显示器所夹中间位置， 监测车内温度； 蒸发器温度传感器贴于蒸发器格栅管路上， 监测蒸发器温度。
    2.2 湿度传感器
    湿度传感器主要是用来检测车内的空气湿度并输出至控制器， 用于控制车内空气湿度和清除在强降雨或低温状态因湿度引起的车窗玻璃上的雾或霜。湿度传感器由湿敏材料组成， 这种材料对环境中的湿度过敏， 湿度变化时， 电阻值也相应改变， 相对湿度越大， 电阻越小； 相反， 相对湿度越小， 电阻值越大。 湿度传感器和车内温度传感器安装在同一位置。
    2.3 压力传感器
    压力传感器通常用来检测气体和液体压力， 将压力信号转换为电压信号。 压力传感器安装在冷凝器管路上， 有高压管路传感器和低压管路传感器2个。 空调控制单元根据压力传感器获得压力信息，判断系统的压力变化。 当系统压力过高时， 切断空调压缩机电磁离合器的电路； 当工作压力不足时，通过增加发动机功率从而促使空调压缩机工作增强， 提供必需的工作压力。
    3 故障设置原理
    明白传感器的物理原理以后， 在设置传感器故障的时候， 还要明白传感器的电路工作原理， 通过对传感器工作电路分析， 设置故障。 皇冠轿车空调系统的接线都集成在A11、 A12、 A33端子连接器上（维修手册上很明确）， 各路传感器的接线主要集中在A11端子连接器上， 并且有不同的导线颜色代表不同的传感器。
    3.1 温度传感器的电路分析与故障电路
    如图1所示， ECU内部MICOM提供5V的参考电压给温度传感器， 温度传感器通过端子A反馈给MICOM一个0-5 V的反馈电压， 通过端子B到达ECU搭铁。

    在检测传感器反馈电压时， 需用万用表测量A端子，所以在设置故障的时候， 如图1右侧的故障电路，将A和REF端子之间剪断， 设置一个开关和检测端子， 当开关接通的时候， 电路正常工作， 没有故障， 在检测端子处可以检测到0~4.5V反馈电压。 当设置故障的时候， 在检测端子检测到的是5V的参考电压， ECU正常， 传感器故障。 皇冠轿车的空调ECU实际上就是空调放大器， 传感器和空调放大器之间的连接端子A对应空调放大器端子号A11-16，即A11端子连接器的16号端子， 信号线颜色为白色；B端子对应空调放大器端子号A11-19， 线路颜色为黄色。 这些均可以从皇冠轿车电路手册查出。
    3.2 压力传感器的电路分析及故障设置
    压力传感器与温度传感器有所不同， 它的电源和信号电压是2条回路， 并且有一根搭铁线与ECU的搭铁线连接搭铁， 如图2所示。 A11-26端子为压力传感器参考电源， 线束颜色为黄色； A11-38端子为传感器搭铁， 线束颜色为紫色； A11-13端子为传感器信号， 线束颜色为橙色。 ID2、 EA2为带插头端子的线束连接器， 空调系统中的传感器都可以在A11端子连接器上找到对应的位置， 只是端子号不同。 ECU根据该压力传感器反馈信号， 来改变压缩机的功率， 控制空调系统压力， 不会过高影响管道等的寿命或过低使空调无法工作。

   依据此电路的原理， 在设置故障的时候， 参考图2中虚线框的故障电路， S5-2和SG-2开关接通时，参考电压线路REF 5V上电， 检测端子1可以检测到5 V的参考电压， 信号电压线路检测端子2上可以检测到0～4.5V的反馈电压。 断开S5-2开关， 接通SG-2开关， 在端子1上检测不到5 V的参考电压， 在端子2上也检测不到0～4.5 V的反馈电压， 那么断定ECU出现故障。 断开SG-2开关， 接通S5-2开关， 能在端子1上检测到5 V的参考电压， 但是在端子2上检测不到反馈电压， 这说明传感器出现故障。
    3.3 湿度传感器的电路分析和故障设置
    湿度传感器的电路分析和压力传感器的类似，如图3所示。 它的电源和反馈电压也是2条回路， 还有一根搭铁线。 ECU端子REF通过湿度传感器端子1给湿度传感器提供5V的参考电压， 湿度传感器通过端子2反馈给ECU一个0～4.5 V的信号电压， 对室内的湿度进行调节， 使舒适度升高。 在车身电路中，A11-15端子为湿度传感器参考电源， 线束颜色为粉红色； A11-7端子为信号电压， 导线颜色为天蓝色；A11-5为传感器搭铁端， 导线颜色为蓝色。 依据此工作原理， 在设置故障时如图3右图中的虚线框。故障分析同压力传感器， 此处省略。

    蒸发器温度传感器， 车内、 车外温度传感器，原理是一样的， 所以电路分析和设置故障是一样的， 只是传感器安装的位置、 整车电路中的线路代号不同； 压力传感器也是如此， 只有湿度传感器是惟一的。 弄清楚故障设置原理， 便为以后的硬件制作打下坚实的基础。

    4 皇冠轿车电路截线过程
    了解完电路原理并且设置好故障后， 将仪器与实验室的皇冠轿车连接， 进行故障检测。 在不影响轿车使用的前提下， 将皇冠轿车ECU与传感器之间线路剪断， 然后接上子母扣。 当使用仪器设置故障时， 只需要将子扣拔下， 然后将仪器接口插入车上的母扣， 这样就可以设置故障并且检测。 做完实验后， 只需要将仪器取下， 汽车子扣插回原处， 车辆就恢复原样。 皇冠轿车子母扣如图4所示。

    在汽车上截线的时候， 需要先弄清楚各传感器的位置， 以及传感器与ECU的连接线束， 便于使用万用表， 利用插针法， 区分出传感器的参考电压和信号电压的线路， 然后截断线路， 最终将所有的截线头集成到如图4所示的母扣上。

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