丰田微电控制自动空调系统 1

第一章微电脑控制自动空调系统第一节概述汽车空调器在经历了手动空调器和自动空调器两个发展阶段后，目前已出现了用微电脑控制的自动空调器。手动式的空调器只能按驾驶员所设定的鼓风机空气温度和鼓风机转速不断运行，而自动空调器则通过检测车内温度、车外温度和太阳辐射等等，根据驾驶员所设置的温度，自动调节鼓风机空气温度和鼓风机转速，从而将车内温度保持在设定的温度。在微电脑控制的自动空调器中，每个传感器独立地将信号传送至空调器的ECU，空调器ECU根据预先编制程序的标准，识别这些信号，从而独立地控制一个或多个执行器。空调器ECU还有自我诊断故障功能。图1-1是空调器ECU控制的自动空调系统简图。空调ECU具有温度控制、鼓风机转速控制、进气控制、气流方式控制（出气控制）和压缩机控制等功能。与放大器控制的自动空调一样，其工作是通过操纵暖风装置控制板上的控制杆或开关实现的。图1-1微电脑控制自动空调系统图1、温度控制开关或控制杆操纵温度控制开关或控制杆，可以设置所要的车内温度，如图1-2所示。图1-2自动空调控制面板2、AUTO（自动）开关AUTO开关接通时，启动自动控制系统，自动控制系统的运行状态由指示灯显示（在图1-2中以“”代表）。在这个开关接通时，操纵其他两个开关，就关断AUTO（自动）开关指示灯，仅将有关方式中那些接通的开关保留。第二节空调器ECU的控制过程一、必要的出气温度（TAO）TAO是使车内温度保持在设定温度所必要的鼓风机空气温度。这是空调器ECU根据温度控制开关或控制杆的状态以及来自传感器（即车内温度传感器、车外气温传感器、太阳能传感器）的信号计算出来的。如图1-3所示，空调器ECU根据这个TAO使自动空调器放大器输出驱动信号至伺服电机和鼓风机电机，实现自动控制系统（除压缩机控制外）运行。图1-3出气温度控制图TAO可由下式计算TAO=A×TSET-B×TR-C×TAM-D×TS+E式中TSET：设定温度；TR：车内气温；TAM：车外气温；TS：太阳辐射强度；A、B、C、D、E：常数。如果温度控制开关或控制杆置于MAXCOOL（最大冷风）或MAXWARM（最大暖风）位置，则微电脑就采用一固定值，而不进行上述计算。这样做是为了提高灵敏度。二、温度控制1、配置温度控制系统包括车内气温传感器、车外气温传感器、太阳能传感器、蒸发器传感器、温度设定电阻器、空气混合控制伺服电机、空气混合控制伺服电机放大器等部件。在微电脑控制的自动空调器中，取消了诸如鼓风机转速控制开关之类的可编程开关。2、运行如图1-4所示，安装在自动空调器放大器内的微电脑，根据计算所得的TAO和来自蒸发器传感器的信号（TE），按下式计算空气混合控制风挡的开度（SW）：SW=)()(BTECBTEATAO×100%式中A，B，C：常数SW允许空气混合控制伺服电机确定电源方向，以图1-4所示方式驱动空气混合控制伺服电机，从而控制鼓风机空气温度。图1-4温度控制运行图（1）当SW接近0时：当计算所得的TAO和来自蒸发器传感器的温度信号TE几乎相等时，SW就接近0。这时，安装在自动空调器放大器内的微电脑就关断TR1和TR2，防止空气混合控制伺服电机放大器将电流送至空气混合控制伺服电机，从而使空气混合控制风挡保持在当时的位置不变。（2）当SW小于0时：当TAO小于TE时，SW0，表明需要降低鼓风机空气温度。这时，安装在自动空调器放大器内的微电脑接通TRl，关断TR2。这就允许空气混合控制伺服电机放大器将电流送至空气混合控制电机，使电机转至COOL（冷）侧，从而移动空气混合控制风挡，以降低鼓风机温度。同时，安装在空气混合控制伺服电机内的电位计，检测到空气混合控制风挡实际已移动的角度。如果这样所得的值与SW值相等同，微电脑就关断TR1，以使伺服电机停转。（3）当SW大于0时：当TAO大于TE时，SW0，表明需要提高鼓风机空气温度。这时，安装在自动空调器放大器内的微电脑关断TRl，接通TR2，使空气混合控制伺服电机放大器将电流送至空气混合控制伺服电机，使电机转至WARM（热）侧，从而移动空气混合控制风挡，以提高鼓风机空气温度。同时，安装在空气混合控制伺服电机内的电位计，检测到空气混合控制风挡实际已移动的角度，如果所得的值与SW值相等同，微电脑就关断TR2，以使伺服电机停转。三、鼓风机转速控制如图1-5所示，鼓风机转速控制由鼓风机转速控制开关电路和水温控制开关电路构成。鼓风机转速控制开关包括：自动空调放大器、鼓风机电阻器和功率晶体管。功率晶体管根据来自空调器放大器的BLW端子的鼓风机驱动信号，改变流至鼓风机电机的电流，从而改变鼓风机转速。功率晶体管有一个熔点为114℃的温控保险丝，以保护晶体管不致因过热而损坏。水温控制开关电路是由水温传感器感知发动机冷却液温度，进行发动机预热控制。鼓风机转速控制运行过程如下：图1-5鼓风机控制电路图1、鼓风机转速的自动控制鼓风机转速的自动控制过程与温度控制相似，是根据TAO值自动控制鼓风机转速。AUTO（自动）开关位于暖风装置控制板上。当这个开关接通时，自动空调器放大器根据TAO的电流强度控制鼓风机转速，如图1-6所示。图1-6鼓风机转速与TAO值的关系（1）低速运转。如图1-7所示，AUTO开关位于暖风装置控制板上。当这个开关接通时，安装在自动空调器放大器内的微电脑接通TR1，起动暖风装置继电器。这使电流从蓄电池流至暖风装置继电器，然后流至鼓风机电机，再流至鼓风机电阻器，后接地。这样，就使鼓风机电机低速运转。同时AUTO（自动）和Lo（低速）指示灯亮。图1-7鼓风机低速运转电路运作图（2）中速运转。如图1-8所示，当AUTO开关接通时，与低速控制时一样，起动暖风装置继电器。安装在自动空调器放大器内的微电脑（ECU），将从TAO值计算所得的鼓风机驱动信号，经BLW端子输出至功率晶体管。于是，电流从蓄电池流至暖风装置继电器，然后至鼓风机电机，再流至功率晶体管和鼓风机电阻后接地。这样，就使鼓风机电机以相应于鼓风机驱动信号的转速运转。同时AUTO（自动）指示灯点亮，Lo（低）、M1（中1）、M2（中2）、Hi（高）指示灯也根据情况可能发亮。从功率晶体管进入自动空调器放大器的VM端子的信号，是反映鼓风机实际转速的信号。微电脑（ECU）参考这个信号校正鼓风机驱动信号。图1-8鼓风机中速运转电路运作图（3）特高速度运转。如图1-9所示，当AUTO开关接通时，允许安装在自动空调器放大器内的微电脑（ECU）接通TRl和TR2，驱动暖风装置继电器和鼓风机继电器。于是，电流从蓄电池流至暖风装置继电器，然后至鼓风机电机，再至鼓风机风扇继电器后至接地。这样，就使鼓风机电机以特高速度运转。同时，AUTO和Hi指示灯亮。图1-9鼓风机特高速度运转电路运作图2、预热控制如图1-10所示，用水温传感器检测发动机冷却液的温度，实现微电脑控制自动空调器内的预热控制功能。当冷却液的温度不低于30℃或40℃（因车型不同而不同）时，鼓风机电机首先转动。只有在位于暖风装置控制板上的AUTO开关接通，且气流方式设置在FOOT或BI-LEVEL时，这个控制才起作用。图1-10预热控制和时滞气流控制3、时滞气流控制（仅用于降温）车辆如长时间停驻在炎热阳光下，空调器启动后，往往会立即放出热空气。装有时滞气流控制功能的空调器能防止这类问题发生。当以下条件满足而且在发动机启动时，这个控制可根据蒸发器传感器检测到的冷气装置内的温度而运行。1）压缩机启动；2）位于暖风装置控制板上的AUTO开关接通。3）当BI-LEVEL开关按下时，气流方式设置在FACE，或已设置在BI-LEVEL。（1）当冷风装置内的温度高于30℃时。如图1-11所示，在压缩机接通时，时滞控制使鼓风机风扇关断并保持约4s，使冷却装置内的空气冷却。在这以后约5s，时滞控制使鼓风机以低速运转，将已冷却的空气送至乘客舱。图1-11温度高于30℃时的时滞控制过程（2）当冷却装置内的温度低于30℃以下时。如图1-12所示，在压缩机接通时，时滞控制使鼓风机先以低速运转约5s。图1-12温度低于30℃时的时滞控制过程4、鼓风机启动控制如图1-13所示，鼓风机启动控制是使鼓风机驱动信号在鼓风机开关先接通约2s后，才传送至功率晶体管，以防止功率晶体管被启动电流冲击而损坏。在这2s内，鼓风机启动控制使鼓风机低速运转。图1-13鼓风机启动控制5、手动控制手动控制根据手动开关的操纵，将鼓风机驱动信号传送至功率晶体管。不过，若操纵Hi（高速）开关，这个开关就接通鼓风机风扇继电器，并使鼓风机以特高转速运转。四、气流方式控制（出气控制）在放大器控制自动空调器中，当按下暖风装置控制板上的自动方式开关“AUTO”时，气流方式改变至FACE、BI-LEVEL或FOOT方式（视温度控制杆的位置而定），如图1-14所示。当温度控制杆从冷移至暖时，不管压缩机是否运转，若暖风装置控制板上的AUTO（自动）方式接通，则气流方式都从FACE方式移至FOOT方式。当温度控制杆从暖移至冷时，若压缩机运转，AUTO方式接通，气流方式从FOOT方式移至BI-LEVEL方式；若压缩机不运转，AUTO方式接通，则气流方式仍为FOOT方式。当温度控制杆从中点移至冷时，不管压缩机是否运转，若AUTO方式接通，则气流方式从BI-LEVEL方式移至FACE方式。图1-14气流方式与温度控制杆位置的关系如图1-15所示，微电脑控制自动空调器的气流方式控制与放大器控制自动空调器的基本一样，是由自动空调器放大器传送信号至伺服电机，伺服电机正向或反向转动，经连杆使气流方式控制风挡位置改变，其运行方式如下。图1-15气流方式控制原理图1、自动控制气流方式自动控制，与前面所讲解的温度控制和鼓风机转速控制相似，是根据TAO值自动控制出气方式。当位于暖风装置控制板上的AUTO（自动）开关接通时，安装在自动空调器放大器内的微电脑（ECU）便收到这个信息，然后根据TAO值，按如图1-16所示方式控制出气方式。图1-16气流方式与TAO值的关系（1）当TAO值已从低变至高时：如图1-17所示，位于气流方式控制伺服电机内的移动触点在FACE位置。安装在自动空调器放大器内的微电脑（ECU）接通TRl。于是，内置在气流方式控制伺服电机中驱动电路的输入B，因为接地电路的形成而变为“0”；而输入A，则因为电路断路而变为“1”。这就允许在驱动电路中，“1”传送至输出D，“0”传送至输出C。这使电流输出D到驱动电路，然后到电机，再到达输出C，从而起动电机，电机使移动触点离开FOOT触点，最后电机停转，于是进入FOOT方式。同时，微电脑接通TR2，使位于暖风装置控制板上的FOOT指示灯发亮。图1-17TAO值从低变至高的气流方式控制过程（2）当TAO值已从高变至中时：如图1-18所示，位于气流方式控制伺服电机内的移动触点在FOOT位置。安装在自动空调器放大器内的微电脑接通TR3。于是，内置在气流方式控制伺服电机中驱动电路的输入A，会因为接地电路的形成而变为“0”；而输入B，则因为电路断路而变为“1”。这就允许在驱动电路中，“1”传送至输出C，“0”传送至输出D。这使电流输出C到驱动电路，然后到电机，再到达输出D，从而启动电机，电机使移动触点离开BI-LEVEL触点，最后电机停转，于是进入BI-LEVEL方式。同时，微电脑使位于暖风装置控制板上的BI-LEVEL指示灯发亮。图1-18TAO值从高变至中的气流方式控制过程（3）当TAO值已从中变至低时：如图1-19所示，位于气流方式控制伺服电机内的移动触点在BI-LEVEL位置。安装在自动空调器放大器内的微电脑接通TR4。于是，内置在气流方式控制伺服电机中驱动电路输入A，便因为接地电路的形成而变为“0”；而输入B，则因为电路断路而变为“1”。这就允许在驱动电路中“1”传送至输出C，“0”传送至输出D。这使电流流经输出C到达电机，然后到达输出D，从而启动电机，电机使移动触点离开FACE触点最后停止，于是进入FACE方式。同时，微电脑使位于暖风装置控制板上的FACE指示灯发亮。图