汽车检测与维修毕业设计（论文）电动助力转向系统特性仿真研究

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1、襄 樊 学 院毕业设计(论文)正文题 目电动助力转向系统特性仿真研究专 业汽车检测与维修班 级机械与汽车工程学院汽检0811班姓 名学 号指导教师职 称2012年 04月1摘要窗体顶端窗体底端汽车转向系统对汽车操纵稳定性有至关重要的作用。汽车转向系统已从传统机械式 转向、液压助力转向、电控液压助力转向，发展到今天的电动助力转向，未来还将过渡到线控转向。现在比较流行电动助力转向（）是一种依靠电动机直接提供转向助力 力矩的动力转向系统，主要优点在于电动机可根据驾驶员施加在方向盘上转矩和车速信 号通过微电脑控制提供相应的助力力矩，保证汽车回正迅速、准确，低速行驶时转向轻便，高速行驶时稳定可靠，并且节

2、约燃料，利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的 高新技术，也是汽车动力转向系统发展的必然趋势关键词 电动助力转向系统 PID控制策略 转向灵敏度 路感 AbstractThe vehicle steering system has a crucial role of vehicle handling and stability. The steering system from the traditional mechanical steering, hydraulic power steering, electronically controlled hydraulic power stee

3、ring development to todays electric power steering, will transition to the SBW. Electric power steering (EPS) is a kind of rely on the motor direct steering torque power steering system, the main advantage of the motor can be applied according to the driver to provide a boost torque on the steering

4、wheel torque and speed signals through microcomputer control is now more popular, to ensure that car back are fast, accurate, low speed steering light, stable and reliable high speed, and fuel-efficient, environmentally friendly, is one closely linked to Hyundai Motor theme of development of high-te

5、ch, automotive power steering system inevitable trend of developmentAbstract目 录目 录摘 要错误！未定义书签。Abstract错误！未定义书签。目 录I第一章 绪论21.1 课题提出的背景21.2 课题提出的目的和意义21.3 本课题的主要内容2第二章 汽车空调系统的概述错误！未定义书签。2.1汽车空调的性能评价指标42.2汽车空调系统的功用错误！未定义书签。第三章 汽车空调系统的组成与分类错误！未定义书签。3.1汽车空调系统的组成63.1.1制冷压缩机错误！未定义书签。3.1.2冷凝器133.1.3蒸发器143.1

6、.4膨胀阀153.1.5储液干燥器153.1.6电磁离合器163.1.7鼓风机173.2汽车空调系统的分类18第四章 汽车自动空调实训台简介194.1设备简介194.1.1功能特点194.1.2主要技术参数194.2组合元件功能说明194.3操作说明21第五章 汽车自动空调实训台的工作原理225.1 制冷系统的工作原理225.2水暖式暖风系统的工作原理235.3 控制系统的工作原理24第六章 汽车自动空调实训台的故障设置与检测266.1附件操作266.2面板操作29总结31致谢32参考文献3337汽车空调系统的组成与分类第一章 绪论1.1 课题提出的背景汽车工业作为我国的支柱产业，在国民经济中

7、起着重要的作用。汽车转向器作为汽 车的重要零部件，其性能的好坏直接影响着汽车行驶的安全性和可靠性。我国在发展汽车零部件的政策规划中，已将转向器列为优先发展的种汽车关键零部件之一。随着 电子技术的迅猛发展，汽车转向系统已从传统机械转向、液压助力转向（ ）、电控液压助力转向（ ），发展 到电动助力转向系统（ ，简称），最终还将过渡到线控转 向系统（ ）。 在国内已成为现代汽车新技术的研究热点。采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元（ ，简称）控制。它不仅能节约燃料，提 高主动安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术，所以经出现就受到高度重视。国外各大汽车公司对的研究已经有多年

8、的历史，但是很长 一段时间直都没有取得大的进展，其主要原因是的成本太高。然而近几年来电子 技术的突飞猛进，电子元器件价格的不断降低，大幅度降低的成本己成为可能，加 上具有一系列较之传统转向系统不可比拟的优点，使得它越来越受到人们的青睐。 所以具有非常广阔的应用前景。1.2 课题提出的目的和意义 为了满足该系统的特性，控制系统的控制策略分为三种基本控制三种补偿，即助力 控制、回正控制、阻尼控制、摩擦补偿、阻尼补偿及惯性补偿。常规控制实现对转向系统的助力，回正控制改善转向系统转向后的回正性能，阻尼控制可有效抑制电机的超调， 三种补偿克服了由于该系统的非线性因素所造成的电机响应慢、助力特性变差等不利

9、因 素的影响。在控制系统中，实现控制的核心是准确求出助力特性，即转向盘力矩和电机 助力力矩之间的关系。不同车速时的助力特性不同。传统的解决办法是按照车速分段拟 合，得到不同车速所形成的曲线。使用该曲线计算会由造成一定的助力盲区，从而形成一定的控制误差。1.3 本课题的主要内容本课题主要分五个部分：1 电动助力转向系统的优点及发展趋势。2 电动助力转向系统的组成及工作原理。3 确定电动助力转向系统的控制策略(PID策略)。4 电动助力转向系统模型的建立。5 转向盘角阶跃输入下的频率响应特性分析。 第二章 电动助力转向系统的优点及发展趋势汽车电动助力转向（EPS）系统是在机械式转向系统的基础上加装

10、电动机驱动单元构成的。其主要目的是提供动力、改善汽车转向性能、协助驾驶员完成转向操作。相对于传统的液压助力转向（HPS）系统，EPS系统有耗能小、污染少、节油、省空间等一些列优点，应用日益广泛。据美国TRW汽车集团估计，到2015年，全世界三分之二的轿车将应用EPS系统，并逐渐作为标准配置应用于各种汽车上。2.1EPS系统的基本工作过程是1、汽车转向时，扭矩传感器和车速传感器将检测到的扭矩、方向信号及车速信号传给ECU，ECU根据扭矩传感器的信号和车速信号确定电动机扭矩的大小和方向，电动机再通过离合器、减速机构等把此扭矩传递给扭杆，最终起到为驾驶员提供助力转向的效果，使汽车转向更轻便。2、车速

11、越低助力越大，车速越高助力越小。当车速大于一定值时，取消助力，将直流电动机反接制动，目的是在汽车高速行驶是增加操作方向盘的手感，保证行驶安全。 3、EPS系统本身就是一个复杂的非线性随动系统，容易受到车速、扭矩测量装的精度与灵敏度、路况产生的系统扰动等因素的影响，因此EPS系统对实时性要求比较高。.第三章 EPS系统的的组成及工作原理EPS系统由扭矩传感器、车速传感器、电流传感器控制单元（ECU）、助力电动机和减速机构等组成。扭距传感器也称转向传感器，是EPS系统的关键部件。其作用是测定转向盘与转向器之间的相对扭矩，并转化为电信号输送给ECU。按其工作的方式，可分为接触式扭矩传感器和非接触式传

12、感器，其中非接触传感器的误差小、使用寿命长、但成本相当高。电动机是根据ECU的指令输出适宜的助力扭矩，是EPS系统的动力源，对EPS系统的性能影响很大，是EPS系统的关键部件之一。EPS系统对电动机不仅要求低速达扭矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻，而且要求可靠性高、易控制，一般采用无刷永磁式直流电动机。减速机构：电动机输出的扭矩经减速机构减速增扭后驱动转向轴、小齿轮或齿条。目前，EPS系统多采用蜗杆轮机构，也可采用差动轮系机构。为降低噪声和减小振动，减轻EPS系统的自重，减速机构多采用树脂材料制成。EPS系统的工作原理电动助力转向统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的。它利用电动机产生

13、的动力来帮助驾驶员操作转向，系统有三大部分构成，信号窗安装置、转交传感器和车速传感器，转向助力机构及电子控制装置。电动机仅在需要助力时工作，驾驶员在操纵转向盘时，扭矩转角传感器根据输入扭矩和转向角的大小产生相应的电压信号，车速传感器检测到车速信号，控制单元根据电压和车速的信号，给出指令控制电动机运转，从而产生所需的转向助力。汽车行驶过程中，需要频繁转动方向盘，这就意味着要在多种情况下对电动机进行控制。EPS系统在保证路感的前提下，要能够随车速的变化提供相应的助力控制，并且有良好的回正控制能力，而这一切都要通过控制电动机的电流来实现。因此，优良的电流控制器是EPS系统设计的关键。第四章基于PID

14、控制策略的汽车电动助力转向系统1EPS控制系统结构本文介绍的电动助力转向系统由控制器ECU、转向盘转矩传感器、车速传感器、电流传感器、助力电机及减速机构、机械式转向器、蓄电池等组成 2 。其结构框架如图1所示。2目标电流的控制策略21助力控制过程控制器根据转向盘转矩传感器输出Ts、车速传感器的输出Vs, 由助力特性确定电动机的目标电流Im, 然后电流控制器控制电动机的电流I, 使电动机输出目标助力矩Tt。因此, EPS的控制要解决两个问题,一是确定电动机的目标电流, 二是跟踪目标电流。22目标电流的确定电动机的目标电流是根据助力特性曲线确定的 4 , EPS的助力特性曲线属于车速感应型, 在同

15、一转向盘力矩输入下, 电动机的目标电流随车速的增加而降低, 电流越大则助力越大, 能较好地兼顾轻便性和路感的要求。本系统选用计算和改动最为简便的线性助力特性, 横坐标为驾驶员操纵转向盘转矩Ts, 纵坐标用电机目标电流Im 表示电机助力目标转矩Tt。从图2中可以看出, 当驾驶员施加在转向盘上的转矩在死区范围内, 即转向盘位于中间位置附近时,电机助力转矩为0, 当转向盘转矩越过死区, 电机根据转向盘偏离方向线性地施加助力转矩。车速越高,助力转矩与转向盘转矩之间的增益越小, 以此保证应该系统在低车速时发挥较大的助力转向作用, 在高车速时明显减小助力转向效果, 从而使驾驶员在转向时获得较好的路感。23

16、电动机电流的PID控制P ID控制器是最早发展的控制策略之一 5 。本系统采用增量式数字PID控制器来进行电动机电流的控制, 如图3所示。 图3不同车速下电机助力特性 如图4所示为电动机电流增量式数字P ID控制过程其控制算法如下 5 。u ( k) =Ae ( k) - B e ( k - 1) +Ce ( k - 2)u ( k) = u ( k - 1) + u ( k)e ( k) = Icm d ( k) - I ( k)A = Kp (1 + T/ T1+ Tv/ Y)B = Kp (1 + 2 Td/ T)C = Kp Td /T式中, k为采用序号, k = 0, 1, 2,

17、, u ( K) 为第k 次有采样时刻的电动机电枢电压增量, e( k) 为第k次采样时刻电动机实际电流与目标电流的偏差值。3实验结果分析转向灵敏性试验(结果见表1、图4、5) 表1阶跃输入下时域响应的试验结果 项目 无助力 有助力 方向盘最大转矩(N.m) 2.71 1. 50 方向盘稳定转矩(N.m) 2.26 1.28 反应时间( s) 0.7 0.4 转向轻便性实验(结果见表2, 图6、7) 表2转向轻便性试验试验结果 项目 无助力 有助力 左转右转左转右转转向盘最大扭矩N1m 2162 2183 2114 2118转向盘最大作用力N 1218 1315 1014 1016转向盘平均作

18、用功N1m 25137 27135 20162 21102转向盘平均转矩N1m 2115 2126 1165 1168转向盘平均用力N 11126 11137 7195 7197图6 无助力状态转向盘转角转向盘力矩关系曲线 图7有助力状态转向盘转角转向盘力矩关系曲线式中, k为采用序号, k = 0, 1, 2, , u ( K) 为第k 次有采样时刻的电动机电枢电压增量, e( k) 为第k次采样时刻电动机实际电流与目标电流的偏差值。4试验结论通过图4、5中方向盘操舵力对转向载荷的阶跃变化的响应试验可知, 转向的反应时间有所减少, 提高了转向的灵敏性; 同时, 通过图7、8中双纽曲线试验,

19、说明EPS能明显改善转向的轻便性, 试验结果可以看出加助力后方向盘转知幅值明显缩小, 说明EPS在提高汽车低速行驶转向时的轻便性方面有显著作用。第五章电动助力转向系统及系统模型分析1系统模型电动机的助力作用可以通过扭矩传感器所检测到的扭矩信号确定，扭矩信号越小表明电动机的助力效果越好电动助力转向系统可视为线性系统，方向盘转角0。设为输入量，扭矩传感器检测到的扭矩信号M 设为输出量输出与输入之间的函数关系分析如下：01= 01(t)02= (1)式中0 输出轴转角 输出轴角速度扭矩传感器检测到的扭矩信号M 与输入轴、输出轴的转角差成正比，即M =一K0(020。)或0：= 0。一 M (对扭矩信

20、号M 进行比例和微分运算得到电压信号V = K。M +KdM (3)式中 V电压信号K。比例增益K 微分增益以输出轴为研究对象，建立力矩平衡方程 J 2+BO2+K。02= T +T (4)式中 J 电机，传动机构，小齿轮和齿条在输出轴上的等效转动惯量T 减速后的电机转矩T 作用于输出轴上的方向盘转矩B 输出轴有效阻尼系数K。 输出轴刚度系数其中T = M (5)根据电机的特性，电枢电压 、转矩T 、转速 三者关系为T ：NK/R.(V K bNco)式中T 减速后的电机扭矩N 齿轮箱传动比K。 扭矩常数K 电机电磁力常数R 电机枢阻力系数令 K。=NK/R K ：则 T = K-V K2 (

21、6)将式(1)、(3)、(5)、(6)代人平衡方程(4)可得J 2+(B+K2)02+K。02=KlKdM+(KlK +1)M将式(2)代人平衡方程(7)整理得可得简化后的方程Cl M +C2 M +C3 M =jol+(B+K2)0l+K 0l(8)式(8)描述了以方向盘转角为输入，扭矩信号为输出的线性系统函数关系对式(8)两边进行拉分析幅频特性研究系统的助力效果：幅值A()很小时说明系统有很好的助力作用分析相频特性研究系统的跟踪性能：相位角 ()小，系统的滞后小，响应灵敏度高线性系统模型中， 、K 、B是转向系固有参数，K。为扭矩信号系数，K。、K：为电机系数，且均为常量，只有C：、C 为

22、可控量(C2=K1 Kd+(B+K2)K0，C3=K1 K。+K。K0+1)，因此在一定范围内选择较大的比例增益K。(C 大)和微分增益K (C：稍大值)就能使幅值A()和相位角 ( )较小，从而优化转向系的助力作用和系统的响应灵敏度(比例增益K。大，系统的助力效果明显，微分增益K 能在一定程度上补偿系统的响应滞后性，同时也优化了助力作用)3 控制单元电动助力转向系统的控制电路核心是单片机 ：控制量是电动机的转矩和转向；基本输入信号是扭矩信号和车速信号(包括怠速触点信号)控制电路见图2图2 控制电路图扭矩信号经测量电路输向比例微分电路，输出电压信号微机根据经放大整形后的车速信号控制程控放大器的

23、程控放大倍数程控放大器输出的信号分成两路：一路给绝对值电路控制电机转矩；一路给极性判断电路控制电机转向微机是整个控制单元的中心环节，主要控制功能有： (1)根据输入的扭矩信号和车速信号控制电机的通断电当原地转向(相当于发动机怠速工况时)，此时转向需要最大助力当车速低于一定值时，转向也需要助力，继电器线圈 通电，电机控制电路部分的继电器常开触点K。闭合，电机开始运转当车速高不需要助力时，切断继电器线圈电流，电机停转电机仅在需要助力时运转，大大节省了能量消耗(2)在不同的车速下，根据输入信号计算出最优的助力转矩，并通过电流反馈电路和比较器，把来自微机的电流和电机实际电流相比较，经反馈电路后，使电机

24、电流达到所需值，控制电机转矩(3)根据极性判断电路所检测到的转矩方向，控制电机的正反转控制单元有失效保护功能，当电机出现故障不能正常运转时，只要按下电机电路的常闭触点K，电机停转，系统进入人力转向状态。机可以称为第代压缩机，常见的有摇盘式或斜盘式压缩机。此种压缩机一直是汽车空调压缩机的主导产品，约占所有压缩机产品的 70 ，随着技术的不断进步，轴向型压缩机不但可以做到小型轻量化，而且最高转速可达 10000 转分以上。特别是轴向型压缩机率先实现了无级可变排量控制，特别受到汽车制造商的青睐。我们实验室所用的压缩机就是这种。 （3）旋转式压缩机以结构紧凑、效率高、转速高为主要特点。其中，旋转叶片式

25、压缩机是第代压缩机，它的体积和重量可以做到很小，易于在狭小的发动机舱内进行布置，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点，在汽车空调系统中也得到了一定的应用。但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高，制造成本较高。（4）涡旋式压缩机可以称为第代压缩机。涡旋式压缩机与传统压缩机相比，在等值排量情况下节料性、节能性极高。由于其具有体积小、重量轻、噪音小、无气阀、零件少、寿命长、容积效率高、性能好和功耗低等优点，因此可使功率下降 10% ，体积减少 40% ，重量下降 15% 。同时还具有高度抗液击、油击，制冷速度快，启动力矩小，高可靠性和噪音低等一系列优点。制冷界普遍认为涡旋式压缩机是最理想的汽车空调压

26、缩机。下面所介绍的汽车自动空调系统实训台所用的压缩机体积小，质量轻，可以在狭小的发动机室内安装，所以此压缩机是斜盘式压缩机。3.1.2冷凝器冷凝器和蒸发器它们虽然叫法不一样，但结构类似。它们都是在一排弯绕的管道上布满散热用的金属薄片，以此实现外界空气与管道内物质的热交换的装置。冷凝器的冷凝指的是其管道内的制冷剂散热从气态凝成液态。其原理与发动机的散热水箱相近（区别只在于水箱的水一直是液态而已），所以它经常被安装在车头，与水箱一起，共同享受来自前方的习习凉风。总之冷凝器是哪里凉快哪里去，以便其散热冷凝。蒸发器与冷凝器正好相反，它是制冷剂由液态变成气态（即蒸发）吸收热量的场所。 汽车空调系统冷凝器

27、均采用风冷式结构，其冷凝原理是：让外界空气强制通过冷凝器的散热片，将高温的制冷剂蒸气的热量带走，使之成为液态制冷剂。制冷剂蒸气所放出的热量，被周围空气带走，排到大气中。汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式和鳝片式三种。(1）管片式它是由铜质或铝质圆管套上散热片组成，如图 3-1所示。片与管组装后，经胀管处理，使散热片与散热管紧密接触，使之成为冷凝器总成。这种冷凝器结构比较 图3-1 管片式冷凝器简单，加工方便，但散热效果较差。一般用在大中型客车的制冷装置上。(2)管带式它是由多孔扁管与S形散热带焊接而成，如图 3-2所示。管带式冷凝器的散热效果比管片式冷凝器好一些(一般可高10%左

28、右)，但工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高。一般用在小型汽车的制冷装置上。我们实验室采用的就是这种冷凝器。图3-2 管带式冷凝器1盘管 2散热片 A气态制冷剂 B液态制冷剂 (3)鳝片式它是在扁平的多通管道表面直接锐出鳝片状散热片，然后装配成冷凝器，如图 3-3所示。由于散热鳝片与管子为一个整体，因而不存在接触热阻，故散热性能好；另外，管、片之间无需复杂的焊接工艺，加工性好，节省材料，而且抗振性也特别好。所以，是目前较先进的汽车空调冷凝器。图3-3 鳝片式冷凝器(a)散热片形状 (b)冷凝器形状3.1.3蒸发器蒸发器和冷凝器一样，也是一种热交换器，也称冷却器，是制冷循环中获得冷气的直接器件。其

29、作用是将来自热力膨胀阀的低温、低压液态制冷剂在其管道中蒸发，使蒸发器和周围空气的温度降低。同时对空气起减湿作用。 蒸发器的结构和工作原理如图 3-4所示。进入蒸发器排管内的低温、低压液态制冷剂，通过管壁吸收穿过蒸发器传热表面空气的热量，使之降温。与此同时，空气中所含的水分由于冷却而凝结在蒸发器表面，经收集排出，使空气减湿，被降温、减湿后的空气由鼓风机吹进车室内，就可使车内获得冷气。因此，蒸发器是制冷装置中产生和输出冷气的设备。图3-4 蒸发器结构原理(a)蒸发器冷却原理 ; (b)蒸发器结构1-排管 2-散热片 3-来自膨胀阀的液态制冷剂 4-气态制冷剂 5-车室内热空气 6-吹出的冷气3.1

30、.4膨胀阀膨胀阀也称节流阀，是组成汽车空调制冷系统的主要部件，安装在蒸发器入口处，是汽车空调制冷系统的高压与低压的分界点。其功用是：把来自贮液干燥器的高压液态制冷剂节流减压，调节和控制进入蒸发器中的液态制冷剂量，使之适应制冷负荷的变化，同时可防止压缩机发生液击现象(即未蒸发的液态制冷剂进入压缩机后被压缩，极易引起压缩机阀片的损坏)和蒸发器出口蒸气异常过热。汽车空调制冷系统用的热图3-5内平衡式膨胀阀 图3-6外平衡式膨胀阀1-滤网 2-孔口 3-阀座 4-过热弹簧5-出口 6-调整弹簧 7-内平衡管力膨胀阀有两种形式。汽车空调制冷系统采用的感温式膨胀阀，也叫热力膨胀阀，它是利用装在蒸发器出口处

31、的感温包来感知制冷剂蒸气的过热度（过热度是指蒸气实际温度高于蒸发温度的数值），由此来调节膨胀阀开度的大小，从而控制进入蒸发器的液态制冷剂流量。感温包和蒸发器出口管接触，蒸发器出口温度降低时，感温包、毛细管和薄膜上腔内的液体体积收缩，膨胀阀阀口将闭合，借以限制制冷剂进入蒸发器。相反.如果蒸发器出口温度升高，膨胀阀量口将开启。借以增加制冷（1）内平衡式：内平衡式热力膨胀阀是从蒸发器进口导入平衡压力。制冷剂在蒸发器中流动时产生压力损失不大时，一般采用内平衡式。如图3-5。（2）外平衡式：外平衡式热力膨胀阀是从蒸发器出口导入平衡压力的，外平衡式就是比内平衡式多了一个外平衡式管。如图3-6。如果制冷剂在

32、蒸发过程中流动损失大，造成压降大，则应采用外平衡式。3.1.5储液干燥器贮液干燥器实际上是一个贮存制冷剂及吸收制冷剂水分、杂质的装置。一方面，它相当于汽车的油箱，为泄露制冷剂多出的空间补充制冷剂。另一方面，它又像空气滤清器那样，过滤掉制冷剂中掺杂的杂质。贮液干燥器中还装有一定的硅胶物质，起到吸收水分的作用。贮液干燥器的结构如图 3-7所示。它主要由外壳、视液镜、安全熔塞和管接头等组成。它的外壳由钢材焊接或拉伸而成，在其内部装有中心吸管、干燥剂和过滤网等。制冷剂在贮液器中的流动情况如图中箭头所示。在贮液器上部出口端装有一个玻璃视液镜，用于观察制冷剂在工作时的流动状态，由此可判断制冷剂量是否合适，

33、以及制冷系统的基本工作情况。贮液器一般均安装在冷凝器旁或其它通风良好的地方，这是为了便于连接和安装，且易从顶部玻璃视液镜观察制冷剂的流动情况。对直立式贮液器而言，安装时，一定要垂直，倾斜度不得超过15。在安装新的贮液干燥器之前，不得过早将其进出管口的包装打开，以免湿空气侵入贮液器和系统内部，使之失去除湿的作用。安装前一定要先搞清楚贮液器的进、出口端，否则容易装错。在贮液器的进出口端一般都打有记号，如进口端用英文字母IN，出口端用OUT表示，或直接打上箭头以表示进、出口端。3.1.6电磁离合器在非独立式汽车空调制冷系统中，压缩机是由汽车主发动机驱动的。为了使空调制冷系统的开、停不影响发动机的工作

34、，压缩机的主轴不是与发动机曲轴直接相连，而是通过电磁离合器把动力传递给压缩机的。电磁离合器是发动机和压缩机之间的一个动力传递机构，受空调开关、温控器、空调放大器、压力开关等控制，在需要时接通或切断发动机与压缩机之间的动力传递。另外，当压缩机过载时，它还能起到一定的保护作用。因此，通过控制电磁离合器的结合与分离，就可接通与断开压缩机。电磁离合器由皮带轮、电磁线圈、压力板等主要部件组成。如图3-8，当空调开关接通时，电流通过电磁离合器的电磁线圈，电磁线圈产生电磁吸力，使压缩机的压力板与皮带轮结合，将发动机的扭矩传递给压缩机主轴，使压缩机主轴旋转。当断开空调开关时，电磁线圈的吸力消失。在弹簧作用下，

35、压力板和皮带轮脱离，压缩机便停止工作。图3-7储液干燥器的结构图 图3-8 电磁离合器的工作原理1-视野镜 2-过滤网 3-干燥剂 1-带轮 2-压缩机壳体 3-线圈 4-摩擦板4-吸出管 5-储液罐 5-驱动盘 6-弹簧爪3.1.7鼓风机 汽车空调制冷系统采用的鼓风机，大部分是靠电机带动的气体输送机械，它对空气进行较小的增压，以便将冷空气送到所需要的车室内，或将冷凝器四周的热空气吹到车外，因而风机在空调制冷系统中是十分重要的设备。 风机按其气体流向与风机主轴的相互关系，可分为离心式风机和轴流式风机两种。（1）离心式风机离心式风机的空气流向与风机主轴成直角，它的特点是风压高、风量小、噪音也小。

36、蒸发器采用这种风机，因为风压高可将冷空气吹到车室内每个乘员身上，使乘员有冷风感。噪音小是设计空调的一项重要指标，车室内噪音小，乘员不致于感到不适而过早疲劳。至于风量小，在设计、选型时可考虑周全。离心式风机主要由电机、风机轴(与电机同轴）、风机叶片、风机壳体等组成，如图3-9所示。风机叶片有直叶片、前弯片、后弯片等形状，随叶轮叶片形状不同，所产生的风量和风压也不同。（2）轴流式风机轴流式风机的空气流向与风机主轴平行，它的特点是风量大、风压小、耗电省、噪音大。冷凝器采用这种风机，因为风量大可将冷凝器四周的热空气全部吹走。耗电省是车用电器最重要的要求，轴流式风机能满足这种要求。至于轴流式风机的缺点，

37、如风压小、噪音大，对冷凝器来说不是大问题，因为冷凝器只要将其四周的热空气吹离即可，并不要求将热空气吹得很远，所以风压小不影响冷凝器正常工作；另外，冷凝器是安装图3-9 离心式风机结构示意图 图3-10轴流式风机结构示意图1-风机叶片 2-风机壳体 3-风机轴 4-电机 1-风扇叶 2-键 3-电机 4-风机轴在车室外面的，所以风机噪音大也不影响到车内。轴流式风机主要由电机、风机轴、风机叶片、键等组成，如图 3-10示。叶片固定在骨架上，叶片常做成3、4、5片不等，叶片骨架穿在电机轴上，由键带动旋转。3.2汽车空调系统的分类一般汽车空调系统的分类有以下几种方式：1、按功能可分为单一功能和组合式两

38、种。 （1）单一功能是指制冷、暖风各自独立，自成系统，一般用于大、中型客车上。 （2）组合式是指制冷、暖风合用一个鼓风机、一套操纵机构。这种结构又分为制冷、暖风可同时工作两种方式，多用于轿车上。 2、按驱动方式可分为非独立式汽车空调系统和独立式汽车空调系统两种. （1）非独立式汽车空调系统： 空调制冷压缩机由汽车本身的发动机驱动，汽车空调系统的制冷性能受汽车发动机工况的影响较大，工作稳定性较差。尤其是低速时制冷量不足，而在高速时制冷量过剩， 并且消耗功率较大，影响发动机动力性。这种类型的汽车空调系统一般用于制冷量相对较小的中、小型汽车上。 （2）独立式汽车空调系统:空调制冷压缩机由专用的空调发

39、动机(也称副发动机)驱动，汽车空调系统的制冷性能不受汽车主发动机工况的影响，工作稳定，制冷量大，但由于加装了一台发动机，不仅成本增加，而且体积和质量增加。这种类型的汽车空调系统多用于大、中型客车上。第四章 汽车自动空调实训台简介4.1设备简介本产品采用丰田凌志300自动空调系统实物组成，并具有自诊断功能、故障码存储以及故障码显示（如图4-1）；可动作演示自动空调系统对温度、风速、换气、风口切换等自动控制多种教学内容需求。面板上设有大型彩色原理图，清晰可见该系统的结构组成和工作原理；并设有与原车相一致的电路图，并设有各个传感器电压表和执行器工作指示灯等工况显示功能。在面板表面设置有检测端子，可利

40、用仪器，检测线路各点的实时数据和系统故障的排除。面板后面设有智能故障设置系统，可实时检测，模拟线路断路、短路等故障，即时反应系统工作状态的变化，充分学习原理知识和故障分析、排除，还可以通过PC机进行对学生的考试等。本实验台装大功率变频器可演示空调系统在高中低转速下的制冷工况。本实验设备操作方便，安全可靠。 4.1.1功能特点1、彩色安全气囊系统原理图的高级面板，表面加装不锈钢或铝合金边框包裹；2、LED灯显示各个伺服电动机工作情况；3、数字显示电压表显示各传感器数据电压； 4、采用大功率电动机作为动力源，可实现多种速度下的制冷工况。5、配备有温度表，可实时显示各个进出气气区域的温度情况。6、配

41、备多功能故障设置板，可实时附加电阻、电压，并可作线性不间断调整；7、面板上, 在电控制单元上设有检测端子，实时进行电压、波形以及电阻等数据检测；8、具有自诊断功能，可通过液显屏读出相应的故障码；9、台架上附加有高低空调专用压力表，实时显示空调制冷时的工作压力变化；10、带滚轮式可移动台架，表面经高温喷塑防锈处理。4.1.2主要技术参数外形尺寸（长*宽*高）：1240mm*700*2100工作电源：交流380V/ 220V动力源：大功率变频电动机重量：250Kg工作温度：-25-704.2组成元件功能说明1、数字显示电压表：显示空调系统各个传感器的信号电压变化；2、执行器工作指示灯：用于显示执行

42、器元件的工况，当元件工作或接通时点亮。3、阳光传感器：感应阳光照度，给于电控单元参考信号。4、彩色电路图和系统结构原理图：布满面板表面，适用于电控原理和系统结构的教学。用于表明空调系统电路图和系统结构原理图。5、伺服电动机原理图：绘制伺服电动机内部的结构原理图。6、空调系统控制器：位于面板中心、为空调系统的微电脑控制单元，包括状态开汽车自动空调实训台简介关和液晶显示屏。用于采集各传感的信号后，根据自身预编程的标准，对分布于空调系图4-1 汽车自动空调系统实训台统中的执行器进行相应的控制，简化人工操作过程，从而根据实际需要调节风速、风量、温度等，满足车内空调的舒适性要求。7、点火开关：时系统供电

43、，时起动系统。8、检测端子：位于面板电路图、电控单元内检测点，便于仪器检测空调系统的工况。汽车自动空调实训台的工作原理9、温度表：显示进气温度、蒸发器温度、出风口温度以及室内温度。10、变频器显示器：主要显示电动机转速（发动机转速）参数，当变频器发生故障时显示故障代码。11、高低压侧压力表：可读取高压表和低压表的显示值，诊断制冷是否正常。12、高低速度选择开关：开关打下为怠速工况为800r/min，压缩机工作时为1000 r/min，开关打上为高速工况。13、空调系统总成：空调通风系统位于面板下方，由空调系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、储液干燥器、高、低压管、通风系统阻尼控制器、热水

44、阀等组成。用于制造冷气和暖气，和实车一样。14、阻塞电磁阀：位于鼓风机的下方，用于设置高压管路阻塞故障，其阻塞不要超过秒。15、变频器：主要用于调节电动机的速度，对电动机的性能进行控制。16、压缩机：将制冷剂气体压缩成高温高压气体，排入冷凝器。17、电动机：用于给空调制冷系统压缩机动力、供给模拟空调系统工作时对动力系统的影响。18、接水盆：位于面板后下方，用于接蒸发器流出的水分。4.3操作说明（1）安全操作规定1.设备运行时，不要触摸风扇和动力系统。2.电机动力台架注意用电安全。3.禁止短路面板上的检测端子，以防损导线和元器件。（2）运行前的准备1.检查各元器件上的接头坚固情况。2.检查面板上

45、的故障设置开关是否导通状态。3.检查动力系统部分有无阻挡。4.设备插交流电压时，要注意用电安全。5.检查管路阻塞阀处于打开状态。（3）启动步骤警告：未做好启动前的准备工作，不允许启动设备。启动时，应检查动力系统上下、周围有无妨碍设备工作的物品，确认无识后，方可启动。1.设备插交流电压插关。2.闭合漏电开关，此时动力电机工作。3.面板上点火开关转动到“”位置。4.空调系统控制面板拔到制冷位置，此时空调系统工作。5.转动鼓风机开关调出风口的风速。第五章 汽车自动空调实训台的工作原理5.1 制冷系统的工作原理汽车空调制冷系统由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器和鼓风机等组成。如图 5-1所示

46、，各部件之间采用铜管（或铝管）和高压橡胶管连接成一个密闭系统。制冷系统工作时，制冷记忆不同的状态在这个密闭系统内循环流动，每个循环又分四个基本过程：1、压缩过程：压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压的制冷剂气体，把它压缩成高温高压的气体排除压缩机。2、放热过程：高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热。3、节流过程：温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状（细小液滴）排除膨胀装置。图5-1 空调制冷系统基本原理1-压缩机 2-冷凝器 3-贮液干燥器 4-膨胀阀；5-鼓风机 6-空气流 7-蒸发器 4、吸热过程

47、 ： 雾状制冷剂液体进入蒸发器，此时制冷剂沸点远低于蒸发器内温度，故制冷剂液体蒸发成气体。在蒸发过程中吸收周围大量的热量，变成低温低压的蒸气又回到压缩机。其实汽车空调和我们熟悉的家用空调制冷原理是一样的。压缩机往往是安装在发动机上，并用皮带驱动（也有直接驱动的），冷凝器安装在汽车散热器的前方，而蒸发器汽车自动空调实训台的工作原理在车里面，工作时从蒸发器出来的低压气态致冷剂流经压缩机变成高压高温气体，经过冷凝器散热管降温冷却变成高压低温的液体，再经过贮液干燥器除湿与缓冲，然后以较稳定的压力和流量流向膨胀阀，经节流和降压最后流向蒸发器。致冷剂一遇低压环境即蒸发，吸收大量热能。车厢内的空气不断流经蒸

48、发器，车厢内温度也就因此降低。液态致冷剂流经蒸发器后再次变成低压气体，又重新被吸入压缩机进行下一次的循环工作。在整个系统中，膨胀阀是控制致冷剂进入蒸发器的机关，致冷剂进入蒸发器太多就不易蒸发而太少冷气又会不够，因此膨胀阀是调节中枢。而压缩机是系统的心脏，系统循环的动力源泉。 尽管汽车空调的空调系统的原理与其它空调系统是相同的，但汽车空调是移动式车载的空调装置，它与固定式空调系统相比，动转条件更恶劣，随汽车行驶的颤振，空调系统的制冷剂比固定式更容易泄漏，空调系统的维修与保养也比固定式频繁。5.2水暖式暖风系统的工作原理在现代轿车上，如果按照热源的种类进行划分，汽车暖风系统主要分为两种：一种是以发

49、动机冷却液为热源（目前绝大多数车辆使用），另外一种是以燃料为热源（少数中高档轿车和大客车采用）。主要说说第一种，它也称为余热水暖式系统，实验室用的就是该暖风系统。该系统利用发动机的冷却水为热源来供暖的系统。小轿车、货车和小型包车常用这种装置。此种暖风系统因其使用成本低廉取暖效率较高，深受广大汽车厂商青睐。这种暖风系统多与汽车空调系统做在一起，因此它的操作方式与制冷系统的操作是一样的，只不过是需要通过温度调节装置进行切换。该系统由暖风小水箱、鼓风机、操控装置及风道组成。系统的工作原理是：当发动机冷却液温度较高时，冷却液流过暖风系统中的热交换器（一般称为暖风小水箱），将鼓风机送来的空气与发动机冷液

50、进行图5-2 汽车空调暖风系统的工作原理热交换，空气加热后被鼓风机通过各出风口送入车内。其热循环过程如下：汽缸体内部多余的热量冷却液被加热水泵驱动冷液流动节温器（一种温度阀门）加热空调内的暖风加热器-冷却液流回缸体内的水道。通过这样的循环，发动机散发的热量就被利用起来给我们提供暖暖的热风了。余热式水暖系统装置简单而供热可靠，不另需燃料，只要发动机工作，便可产生热水。其缺点是必须在发动机冷却水温度上升到大循环时才能供暖，在寒冷季节供暖量显得有些不足，甚至导致发动机过冷，影响发动机的正常工作；在停车取暖时，发动机的运行增加了发动机的磨损；大型客车仅依靠这种装置难以运行。5.3 控制系统的工作原理上

51、面所介绍的汽车自动空调实训台使用的是微型计算机控制的汽车空调系统。这种汽车空调系统以微型计算机为控制中心，结合各种传感器对汽车发动机的有关运行参数(如水温、转速等)、车外的气候条件(如气温、空气湿度、日照强度等)、车内的气候条件(如平均温度、湿度等)、空调的送风模式(如送风温度、送风口的选择等)以及制冷压缩机的开停状况、制冷循环有关部位的温度、制冷剂压力等多种参数进行实时检测，并与操作板送来的信号(如设定温度信号、送风模式信号等)进行比较，通过运算处理后进行判断，然后输出相应的调节和控制信号，通过相应的执行机构(如电磁真空转换阀和真空驱动器、风门电动机、继电器等)，对压缩机的开停状况、送风温度

52、、送风模式、热水阀开度等作及时的调整和修正，以实现对车内空气环境进行全季节、全方位、多功能的最佳控制和调节。图5-3微型计算机控制原理图1、2-真空驱动器 3-回风风门 4-蒸发器 5-蒸发器传感器 6-加热器芯7-温度门 8-出风口转换风门 9-鼓风机 10-压缩机 11-反馈电位器12-温度们控制驱动器 13-热水阀 14-转换风门真空驱动器 15-乘室16-车内温度传感器 17-日照传感器 18-微型计算机 19-运行方式开关20-温度设定开关 21-发动机温度传感器 22-车外温度传感器图5-3是微型计算机控制原理图，从图可知，微型计算机控制的空调分四部分，输入信息和数据，输出指令，主

53、计算机的演算、记忆、判断、计时、指示故障等，计算机的外围是指令的转换器和执行器。输入的信号有四类：1)车内温度、大气温度和太阳辐射三个传感器(热敏电阻)输入的信号。2)驾驶员预定的调节温度信号和选择功能信号。3）由分压器检出温度风门的位置信号，以及蒸发器温度传感器、冷却液温度传感器信息。4)压缩机的工作参数，如转速、制冷剂、压力、温度等计算机根据这些输入的信息进行计算、比较和判断，并发出工作指令或故障警告。控制执行机构接到命令实施如下动作：1)向有关的真空电磁阀发出指令，驱动各个风门在相应的位置。 2)根据温度平衡方程和热水阀传感器的信息和蒸发器温度的信息，发出指令，控制DVV阀动作调节温度门

54、在适当的位置，调节输出合适温度的空调风。 3)根据车内的温度情况。调节空调风量，指令风扇电动机输送调节电压信号。如冬天车内温度较低，若送风量大，送出的风温度较低，使人感觉有寒意而不舒适；若调低转速，送出的暖风温度较高，使人暖和得多，这点是其他自动空调系统不能做到的。 4)根据室外温度的高低，自动切断压缩机的T作或切断加热器的工作。这点对节省油耗很重要。例如当室外温度降低到10以下时，计算机会自动切断压缩机的电路，并引进外界空气到空调进行处理后送人车内。在夏天，室外温度高于30时计算机发出指令，关闭热水阀，并让风机高速工作，多送凉风到车内。室外温度高于35时，自动切断车外空气，并定期切换一次外界

55、新鲜气。5)对于使用容积可调式压缩机制冷系统，压缩机的节能输出会引起蒸发器温度上升。这时计算机可自动调节温度门位置，保持输出空气温度不变，保持车内温度恒定。 6)在冬天和夏季雨天，必须除去玻璃上的结霜和凝雾，以保证驾驶员的安全操作和乘员的视线清晰。只要打开DEF开关，空调就会向风窗玻璃和汽车两侧玻璃吹出热风。汽车自动空调实训台的故障设置与诊断第六章 汽车自动空调实训台的故障设置与诊断6.1附件操作（一）故障设置与排除（1）故障设置操作面板：故障设置操作面板台架面板背面（如图6-1），操作面板上数字键为故障设置顺序输入键，TEST键为自检键，就是在开始时对所有的故障点进行自检，SET键为故障设定

56、键，RESET ONE为重新设置键，RESET ALL为重新设置所有故障键，当接入PC机后，只要按一次PC键就可以与PC机联接，然后通过PC机控制故障设置点。 当面板（图6-1）上按一下PC键后，数字显示部分显示为PC0，在PC机界面上（图6-2）选择进入故障设置系统键， PC机也将会变为如图6-3的一个界面：然后再按动联机键，这时面板上的数字显示部分将显示为PC1，跟随听到一声“嘟”的声响，表示已经进入了PC机控制了，就可以通过鼠标来控制选择故障点设置与排除。如图6-3中，界面按增加车型键可以增加不同的车型故障设置点的内容，界面如图6-4：（注在进行增 图6-1加车型号时要输入密码aoyi才

57、能进入设置）。图6-2把教具名称、故障设置内容与产生的故障个数输入后再保存就可以增加到故障设置里了。在下次的联机中就可以选择进入保存的设置中进行所设汽车自动空调实训台的故障设置与诊断故障点的设置与排除。故障设置板与PC机的连接是通过COM口进行联机的,通过PC机的连接可以进行故障的设置与排除,故障排除也可通过面板上的端子使用短接线来进行排除（故障所设置的顺序见故障设置表）。对线路的故障模拟更加方便，操作也更加方便。图6-3图6-4（2）故障检测与排A、检测端子：位于线路中ECU外框连接点，用仪器对其进行数据检测诊断系统。B、排除端子：位于元件图附近，主要用对其进行故障的排除。C、故障排除方法：当诊断出有线路断路或接解不良时，使用短接线连接检测端子和排除端子对线路进行修复。故障设置板位于面板背面控制盒内，并 标明故障点端子号（详见表6-1）。可通过拔除相应的短接插或向故障端子附加电压/电阻达到故障模拟作用。方便模拟线路的故障，即时反应系统工作状态的变化，充分学习原理知识和故障分析、排除等。表6-1 故障设置一览表代号作用故障现象AMN混合伺服电动机控制线路混合气伺服马达 不工作，进行故障检测，显示“41”或“33”查故障码表AIF进气模式伺服电动机控制线路进气伺服马达不工作，进行故障检测，显示“42”