豐田卡羅拉自動空調(diào)結(jié)構(gòu)原理及檢修

崔冠喬

（廣東省交通運輸技師學(xué)院 廣東省交通運輸高級技工學(xué)校， 廣東 佛山 528000）

豐田卡羅拉2009 款 （ ZRE153L -GEFGKC，2ZR-FE發(fā)動機）， 空調(diào)鼓風(fēng)機偶爾不工作。 主要故障現(xiàn)象是在正常使用車輛前除霜功能時， 前風(fēng)擋出風(fēng)口突然無風(fēng)， 此時操作空調(diào)面板上的任何開關(guān)均正常， 但就是無風(fēng)量。 將點火開關(guān)斷開， 再次起動車輛， 操作空調(diào)面板， 伴隨著一陣異味 （燒焦味），空調(diào)系統(tǒng)恢復(fù)正常。

車輛進(jìn)店后， 維修人員對車輛進(jìn)行故障確認(rèn)時， 發(fā)現(xiàn)該車空調(diào)系統(tǒng)各功能均正常， 進(jìn)行路試并且不斷操作該系統(tǒng)， 無任何異常。 但客戶反映該故障確實存在。 由于該故障現(xiàn)象為間歇性出現(xiàn)， 以致對故障部位無法進(jìn)行確認(rèn)， 只能不斷路試等待故障出現(xiàn)。 在經(jīng)過3h的路試后， 故障突然出現(xiàn)。 故障出現(xiàn)時與客戶描述一致， 鼓風(fēng)機不工作。 也就是說此車的空調(diào)鼓風(fēng)機電動機是偶爾不工作。 為了能正確對此故障進(jìn)行檢修， 有必要先熟悉此車自動空調(diào)的基本組成及各主要部件的作用。

1 自動空調(diào)系統(tǒng)的基本組成及各主要部件的作用

1.1 基本組成

豐田卡羅拉自動空調(diào)主要由空調(diào)ECU （空調(diào)放大器）、 傳感器 （主要有加熱器控制面板總成、 空調(diào)壓力傳感器、 蒸發(fā)器溫度傳感器、 陽光傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、 環(huán)境溫度傳感器） 以及執(zhí)行器（進(jìn)氣伺服電動機、 通風(fēng)伺服電動機、 空氣混合伺服電動機、 鼓風(fēng)機電動機、 3個PTC加熱器繼電器、空調(diào)壓縮機電磁控制閥、 后除霧器） 等組成。 豐田卡羅拉自動空調(diào)主要元件位置如圖1所示。

1.2 主要元件的作用

1） 空調(diào)ECU 空調(diào)ECU又稱空調(diào)控制器。 控制器總成上的鍵是控制器的輸入裝置。 控制器首先接收來自車內(nèi)溫度和外界溫度傳感器的輸入信號， 然后根據(jù)來自傳感器和控制器總成上各鍵的輸入， 輸出用于控制壓縮機、 電磁離合器、 暖風(fēng)加熱器、 熱水閥等的工作狀況， 以及模式門位置的信號。

2） 車內(nèi)溫度傳感器 車內(nèi)溫度傳感器是根據(jù)內(nèi)置熱敏電阻的變化檢測車廂溫度， 并發(fā)送信號至空調(diào)ECU。

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4） 蒸發(fā)器溫度傳感器 通過蒸發(fā)器的冷氣溫度引起蒸發(fā)器電阻發(fā)生變化， 蒸發(fā)器溫度傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號并將其輸出到空調(diào)ECU， 并依此來控制壓縮機電磁離合器的結(jié)合或斷開。

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5） 陽光傳感器 陽光傳感器是一個光敏二極管， 利用光電效應(yīng)把陽光照射量變化轉(zhuǎn)換為電信號， 并將其輸出到空調(diào)ECU， 用來調(diào)整空調(diào)吹出的風(fēng)量與溫度。

6） 空調(diào)壓力傳感器 空調(diào)壓力傳感器檢測制冷劑壓力， 并將其以電壓變化的形式輸出到空調(diào)ECU中。

7） PTC加熱器 此車的自動空調(diào)是采用半中央位置空調(diào)單元， 其蒸發(fā)器和加熱器芯均位于車輛的縱向位置。 采用RS （創(chuàng)新超纖細(xì)結(jié)構(gòu)） 蒸發(fā)器的頂部和底部均置有水箱， 且采用微孔管結(jié)構(gòu)使蒸發(fā)器更薄， 確保了熱交換效率， 將溫度分配均勻。

推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，充足的資金必不可少。只有具備充足的資金，才能更好地發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，加速農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的資金投入量少，這對于農(nóng)民來說，確實是阻礙農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)推廣的一大難題。農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展比較緩慢，資金實力弱，很難購買農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的設(shè)備。因此，需要政府減免一部分農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的設(shè)備資金，這樣才能緩解農(nóng)民購買農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)設(shè)備的壓力，提高農(nóng)民推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的熱情，加快農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣速度。

加熱器芯上部裝有3個PTC加熱器 （圖2）， PTC加熱器由PTC元件、 鋁散熱片和銅片組成。 對PTC元件供電時， PTC元件產(chǎn)生的熱量使通過此單元的空氣變暖。 空調(diào)ECU 根據(jù)冷卻液溫度、 發(fā)動機轉(zhuǎn)速、 空氣混合設(shè)置和電氣負(fù)載（交流發(fā)電機功率比） 來控制PTC加熱器的開關(guān)功能， 工作的PTC加熱器的數(shù)量隨水溫改變， 如圖3所示。

3） 環(huán)境溫度傳感器 環(huán)境溫度傳感器是根據(jù)內(nèi)置熱敏電阻的變化檢測車外溫度， 并發(fā)送信號至空調(diào)ECU。

8） 空調(diào)壓縮機 空調(diào)壓縮機是按照空調(diào)冷卻負(fù)載改變其容積的持續(xù)可變?nèi)莘e型， 由軸、 接線板、 活塞、 滑蹄、 曲柄室、 氣缸和電磁控制閥組成（圖4）。 采用了按需求控制吸入壓力的電磁控制閥。曲柄室與吸氣通道相連， 電磁控制閥安裝在吸氣通道 （低壓） 和排放通道 （高壓） 之間 （圖5）。

加快國家畜禽糞污資源化利用試點縣項目實施進(jìn)度，大力推進(jìn)畜禽糞污、農(nóng)作物秸稈、廢舊農(nóng)膜、病死畜禽等農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，加強病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治和全程綠色防控，加快實施高劇毒農(nóng)藥替代計劃，規(guī)范限量使用飼料添加劑，規(guī)范使用獸用抗菌藥物。深入推進(jìn)化肥、農(nóng)藥使用量零增長行動，推廣有機肥替代化肥、測土配方施肥，減少廢棄物、化肥、農(nóng)藥對土壤的污染，提升耕地質(zhì)量，提高農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量[2]。

根據(jù)空調(diào)ECU的信號， 電磁控制閥以占空比控制的方式進(jìn)行工作。 電磁控制閥閉合的時候 （電磁線圈通電）， 會產(chǎn)生一個壓差， 曲柄室內(nèi)的壓力降低。 然后， 作用在活塞右側(cè)的壓力將高于作用在活塞左側(cè)的壓力， 這樣就會壓縮彈簧并傾斜接線板。因此， 活塞行程增加且排量增加 （圖6）。 電磁控制閥打開 （電磁線圈不通電） 時， 壓差消失。 然后，作用在活塞左側(cè)的壓力將變得與作用在活塞右側(cè)的壓力相同， 因此， 彈簧伸長且消除接線板的傾斜。從而， 活塞有小的行程且排量減少 （圖7）。

7） 環(huán)境溫度指示控制 基于來自環(huán)境溫度傳感器的信號， 該控制計算環(huán)境溫度， 然后在空調(diào)ECU中修正并在組合儀表的多功能顯示屏上顯示。

伺服電動機采用脈沖模式型。 和以前那種根據(jù)電位計電壓來檢測位置的類型不同， 伺服電動機由2位數(shù)ON/OFF信號檢測相對位置。 通過A和B兩種相位檢測該發(fā)動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)， 可輸出4種模式，見圖8。 空調(diào)ECU計算脈沖模式的數(shù)量以規(guī)定停止位置。

6） 可變排量壓縮機控制 基于來自各個傳感器的信號， 控制壓縮機的打開或關(guān)閉和排量。

2） 出風(fēng)溫度控制 對應(yīng)溫度控制開關(guān)設(shè)置的溫度， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制根據(jù)來自不同傳感器的輸入信號計算出風(fēng)溫度。 此外， 根據(jù)來自蒸發(fā)溫度傳感器和發(fā)動機冷卻液溫度傳感器的信號， 添加校正以控制出風(fēng)溫度。

2 自動空調(diào)工作原理及控制功能

2.1 工作原理

自動空調(diào)利用傳感器隨時檢測車內(nèi)溫度及車外環(huán)境溫度的變化， 并把檢測到的信號輸送給空調(diào)ECU， ECU則按預(yù)先編制的程序?qū)π盘栠M(jìn)行處理，并通過伺服電動機等執(zhí)行元件， 不斷地對鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速、 出風(fēng)溫度、 送風(fēng)模式及壓縮機工作情況等進(jìn)行調(diào)節(jié)， 從而使車內(nèi)空氣溫度及流動情況始終保持在駕駛員設(shè)定的水平上。 另外還具備自診斷功能， 以利于對電控元件及線路故障的檢測。

2.2 控制功能

父親在分豹肉時，將那個豹子膽割下帶回了家。這豹子膽只能生吞，我不想吃，是母親硬逼著我吞下肚的。說是吃了豹子膽會膽大。回想我這一生，有時還確實很膽大。

以前的自動空調(diào)系統(tǒng)中， 空調(diào)ECU根據(jù)傳感器信息， 按一定的公式計算出要求的出風(fēng)溫度和鼓風(fēng)機風(fēng)量。 然而， 由于人的感覺相當(dāng)復(fù)雜， 人所處的環(huán)境不同， 對同一給定溫度的感覺就不同。 例如，一定量的陽光輻射在寒冷氣候中會感到相當(dāng)暖和，但在炎熱氣候中卻感到非常不舒服。 因此， 本自動空調(diào)系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種更高層次的控制技術(shù)。有了該技術(shù)， 不同環(huán)境條件下收集的數(shù)據(jù)儲存在空調(diào)ECU中， 然后空調(diào)ECU進(jìn)行控制， 以提高空調(diào)舒適度。

STEP1：首先將所有材料一起放入一個可以加熱的容器中，然后隔水加熱。STEP2：邊加熱邊攪拌，直至固體材料全部融化。STEP3：將加熱好的護手霜趁熱倒入用來盛裝的容器中，等到冷卻凝固就可以涂抹于手上了。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制由輸入層、 中間層和輸出層的神經(jīng)元組成 （圖9）。 輸入層的神經(jīng)元處理車外溫度的輸入數(shù)據(jù)、 日照和基于開關(guān)及傳感器輸出的車內(nèi)溫度， 并將它們輸出到中間層的神經(jīng)元。 基于該數(shù)據(jù)， 中間層神經(jīng)元調(diào)節(jié)神經(jīng)元中的關(guān)聯(lián)強度。 輸出層神經(jīng)元就可以計算總體結(jié)果， 并將該結(jié)果以要求的出風(fēng)口溫度、 光照修正量、 目標(biāo)空氣流量和出風(fēng)模式控制量的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。 相應(yīng)地， 根據(jù)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制所計算的控制量， 空調(diào)ECU控制伺服電動機和鼓風(fēng)機電動機。

要保證稱重的準(zhǔn)確性，必須考慮要從設(shè)備的安裝、傳感器的找平、管道的連接等諸多因素，盡量減少外界因素對稱重的影響。

10） 總線連接器 總線連接器用于線束連接，以連接伺服電動機和空調(diào)ECU。 總線連接器有一個內(nèi)置的通信/驅(qū)動集成電路， 與各個伺服電動機連接器通信， 驅(qū)動伺服電動機， 并有位置檢測功能。 這使得伺服電動機線束能夠進(jìn)行總線通信， 結(jié)構(gòu)更輕而且線束數(shù)量更少。

3） 鼓風(fēng)機控制 基于來自各個傳感器的輸入信號， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制計算出氣流量， 控制鼓風(fēng)機電動機。

4） 出氣控制 基于來自各個傳感器的輸入信號， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制計算出風(fēng)模式比率， 自動切換出風(fēng)口。

由此可見，造成柱塞泵密封總成失效的主要原因是柱塞磨損和盤根的漏失。通過現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，柱塞磨損和盤根漏失主要有以下兩個方面。

1） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 該控制可通過人工模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的信息處理方法， 進(jìn)行復(fù)雜的控制， 以建立類似人腦的復(fù)雜輸入或輸出關(guān)系。

5） 進(jìn)氣控制 根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制計算的風(fēng)量，自動控制進(jìn)氣控制風(fēng)門。

鼓風(fēng)機電動機有一內(nèi)置的鼓風(fēng)機控制器， 空調(diào)ECU以占空控制方式對其進(jìn)行控制。

9） 執(zhí)行元件 自動空調(diào)的執(zhí)行元件一般包括伺服電動機、 鼓風(fēng)機電動機及壓縮機電磁離合器等。

8） 后窗除霧器控制 按下后除霧器按鈕時，打開后除霧器和車外后視鏡加熱器15 min。 如果它們運行時按鈕按下， 則將其關(guān)閉。

9） 自診斷 根據(jù)空調(diào)開關(guān)的運行情況檢查傳感器， 隨后溫度設(shè)置顯示一個DTC （診斷故障碼），以指示是否存在故障 （傳感器檢查功能）。 根據(jù)空調(diào)開關(guān)的運行情況， 通過預(yù)定順序驅(qū)動執(zhí)行器 （執(zhí)行器檢查功能）。

D級供應(yīng)商：該級別的供應(yīng)商績效評價指標(biāo)各方面均低于行業(yè)水平，屬于最低等級的供應(yīng)商，應(yīng)慎重選用該類供應(yīng)商的產(chǎn)品或者對其進(jìn)行淘汰管理等。

3 故障檢修

3.1 讀取故障碼

對于自動空調(diào)的故障， 一般可以先利用系統(tǒng)的故障自診斷功能進(jìn)行故障代碼的讀取。 因而在檢修此故障時首先讀取該系統(tǒng)的故障碼。

起動發(fā)動機并暖機。 將點火開關(guān)置于OFF位置；按住空調(diào)控制開關(guān)AUTO和R/F的同時， 將點火開關(guān)置于ON （IG） 位置。 按住2個開關(guān)， 直到出現(xiàn)指示燈檢查屏幕， 確認(rèn)指示燈每隔1 s依次亮起和熄滅，并且持續(xù)4次。 指示燈檢查完成后， 系統(tǒng)自動進(jìn)入DTC檢測模式。 讀取在溫度顯示屏上顯示的故障代碼， 結(jié)果輸出DTC 00， 顯示正常， 無故障。

3.2 執(zhí)行器檢查

起動發(fā)動機并暖機。 按下R/F開關(guān)進(jìn)行執(zhí)行器檢查。 當(dāng)執(zhí)行器檢查以1s的間隔重復(fù)執(zhí)行步驟1到10 （見表1） 時， 通過目視和用手檢查溫度和氣流，檢查結(jié)果正常。

表1 執(zhí)行器動態(tài)檢查表

3.3 鼓風(fēng)機線路檢測

根據(jù)客戶描述故障現(xiàn)象應(yīng)該是鼓風(fēng)機不工作。由于目前該系統(tǒng)工作正常， 只能查看線路連接， 鼓風(fēng)機控制電路圖如圖10所示。 鼓風(fēng)機電動機插接器處是由+B （常電源）、 GND和S1三線組成。 測量+B與GND電壓為12V， 檢查FL MAIN、 ALT、 HTR熔斷絲連接正常。

3.4 用智能檢測儀進(jìn)行主動測試

當(dāng)故障再現(xiàn)后， 立刻連接IT-II豐田專用檢測儀進(jìn)行主動測試。 使用智能檢測儀進(jìn)行主動測試， 無需拆下任何零件就可進(jìn)行繼電器、 VSV、 執(zhí)行器和其他項目的測試。 這種非侵入式功能檢查非常有用， 因為可在擾動零件或配線之前發(fā)現(xiàn)間歇性狀況。 排除故障時， 盡早進(jìn)行主動測試可以縮短診斷時間。 執(zhí)行主動測試時， 能顯示數(shù)據(jù)表信息。

新能源汽車方面，德國亞琛汽車工未來自動駕駛測試發(fā)展進(jìn)程和新出行理念。在報告中他還介紹了最新修訂的德國道路交通法中制定了下一代德國公共道路中自動駕駛應(yīng)用的法律框架。此外，來自德國亞琛汽車工程技術(shù)有限公司的Philipp Seewald先生發(fā)表了題為“前進(jìn)中的自動駕駛——當(dāng)前研發(fā)現(xiàn)狀”的主題演講，他表示，為了確保出行安全和改進(jìn)可持續(xù)性，自動駕駛技術(shù)開始要求采用新技術(shù)理念和先進(jìn)方法，除了現(xiàn)有已經(jīng)證明的方法之外，運用仿真和AI技術(shù)也正在成為前途光明的研究課題。除此之外，福特汽車自動駕駛前期研發(fā)V2X主管黃穎先生等都分享了針對當(dāng)下自動駕駛汽車技術(shù)的發(fā)展公司最領(lǐng)先的技術(shù)及成果，現(xiàn)場觀眾收獲頗豐！

將智能檢測儀連接到DLC3， 將點火開關(guān)置于ON（IG） 位置， 接通檢測儀， 進(jìn)入以下菜單項： Body/Air Conditioner/Active Test， 參考表2執(zhí)行主動測試。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機電動機為31時無任何風(fēng)量。 此時拔下鼓風(fēng)機插頭， 測量+B與GND電壓為12 V， 正常。 測量空調(diào)ECU處端子E30-23 （BLW） 與鼓風(fēng)機處端子E23-2 （S1） 連接情況， 電阻小于1Ω， 正常。 重新連接兩處端子， 將點火開關(guān)置于ON （IG）位置， 測量E30-23 （BLW） 電壓， 結(jié)果為0 V， 該處正常電壓應(yīng)為5 V左右。 由于鼓風(fēng)機電動機供電電源電壓正常， 與空調(diào)ECU連接線路正常， 但空調(diào)ECU E30-23 （BLW） 之間的電壓不正常， 故障可能出在空調(diào)ECU或鼓風(fēng)機電動機上。 空調(diào)ECU出現(xiàn)故障的概率較低， 因而先采用更換鼓風(fēng)機電動機總成的方法， 更換后路試故障無， 回訪客戶故障未再現(xiàn)， 表明故障得以排除， 是鼓風(fēng)機電動機故障。

表2 執(zhí)行器主動測試表

4 結(jié)束語

全自動空調(diào)控制系統(tǒng)在操縱和指示裝置上帶有故障存儲器， 用于監(jiān)控系統(tǒng)工作時系統(tǒng)中的各元件。 若出現(xiàn)故障， 故障存儲器將存儲故障信息， 并通過操縱和指示裝置顯示出來。 因此， 在維修此類空調(diào)時， 要善于利用其自診斷功能， 用最短的時間檢測出故障， 并進(jìn)行相應(yīng)的修理。

除了使用常規(guī)方法診斷故障外， 通常還需要使用專門的儀器和設(shè)備進(jìn)行自診斷。 進(jìn)行檢查時， 不要一開始就用換件或猜測的方式查找故障， 而應(yīng)遵循正確的檢查思路， 依據(jù)維修資料才能準(zhǔn)確排除故障點， 通過細(xì)致的檢查作業(yè)， 最終會找出故障器件。 故障現(xiàn)象再現(xiàn)是解決此車故障最重要的環(huán)節(jié)。在故障未能及時顯現(xiàn)的情況下， 進(jìn)行了模擬路試，最終使得故障再現(xiàn)。

［1］ 豐田汽車公司. 豐田汽車維修手冊［M］. 2007： AC30.

［2］ 任惠珠. 汽車空調(diào)構(gòu)造與維修［M］. 北京：中國勞動社會保障出版社， 2011： 100.

［3］ 廣州凌凱汽車資料編寫組. 一汽豐田卡羅拉彩色電路圖集［M］. 沈陽： 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 2009.

［4］ 潘偉榮. 汽車自動空調(diào)技術(shù)［M］. 廣州： 華南理工大學(xué)出版社， 2008.