汽车空调故障检测与诊断系统设计.docx

汽车空调故障检测与诊断系统设计.docx

《汽车空调故障检测与诊断系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车空调故障检测与诊断系统设计.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

汽车空调故障检测与诊断系统设计

汽车空调故障检测与诊断系统设计

学院名称：

汽车与交通工程学院

专业：

汽车服务工程

班级：

09汽服2Z

学号：

09323227

姓名：

指导教师姓名：

指导教师职称：

讲师

二〇一三年六月

汽车空调故障检测与诊断系统设计

摘要：

随着经济的飞速发展，我国汽车的保有量不断增加，汽车的更新换代也非常快，自动空调技术被应用到汽车中，使其结构变得非常复杂。

汽车在使用过程中由于人为和环境因素，故障的产生是不可抗拒的。

汽车检测诊断技术在汽车技术保障中处于十分关键的地位，这就对汽车故障诊断提出了更高的要求。

汽车故障的诊断方法很多，以前一直以修理工的经验判断为主，但随着汽车的发展，单纯凭经验对汽车进行维修已不能适应现代汽车技术要求。

对于汽车专业人士，运用故障树分析法，利用数据统计知识从理论上对汽车故障进行分析，是一种非常简捷方便的诊断方法。

它可以为维修提供理论分析依据，同时对汽车机件的设计改进提供参考。

随着计算机的发展，故障树分析诊断在快速、准确方面得到进一步提高。

关键词：

故障树；自动空调；诊断

Thedesignofvehicleair-conditioningondiagnosisanddetection

Abstract：

Withtherapiddevelopmentofeconomy,ourcountry’scarownershipisincreasing,theupgradingofcarisalsoveryfast,manynewtechnologiesareappliedtoautomobile,andthestructurebecomesverycomplicated.Thegenerationofvehicles’faultduetoman-madeandenvironmentalfactorsisirresistible.Autodetectiondiagnosistechnologyinautomotivetechnologyisinacriticalposition,itputsforwardhigherrequirementsonautomotivefaultdiagnosis.Motorfaultdiagnosismethodaremany,ithadalwaysgiveprioritytowithmechanicexperiencejudgment,butwiththedevelopmentofthecar,simplybyexperienceofautomobilemaintenancealreadycannotadapttomodernautomotivetechnologyrequirements.Forautomotiveprofessionals,usingfaulttreeanalysis,usingstatisticalknowledgeisaverysimpleandconvenientdiagnosticmethod.Itcanprovidetheoreticalanalysisbasisformaintenance,andprovidereferenceforimproveddesignofautomobileparts.Alongwiththedevelopmentofthecomputer,inrapidandaccuratediagnosisofthefaulttreeanalysiswasfurtherimproved.

Keywords：

faulttreeanalysis;air-condition;diagnosis

序言

近年来随着汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车开始走进千家万户。

人们在一贯追求汽车的安全性、可靠性的同时，如今也更加注重对舒适性的要求。

因而，空调系统作为现代轿车基本配备，也就成为了必然。

近年来,环保和能源问题成为世界关注的焦点,也成为影响汽车业发展的关键因素,各种替代能源动力车的出现,为汽车空调提出了新的课题与挑战。

自本世纪20年代汽车空调诞生以来，伴随汽车空调系统的普及与发展，汽车空调的发展大体上经历了五个阶段：

单一取暖阶段、单一冷气阶段、冷暖一体化阶段、自动控制阶段、计算机控制阶段。

空调的控制方法也经历了由简单到复杂，再由复杂到简单的过程。

作为汽车空调系统的电路控制方面也再不段的更新改进，同时，我国汽车空调的安装随着汽车业的发展以达到100%的普及性，空调已成为现代汽车的一向基本配备。

给汽车空调的使用与维修问题带来新的挑战。

论文最后以汽车空调故障检修的方法，对汽车空调系统的再深入探讨，以达到对汽车空调系统的了解，并运用在实际工作中。

由于电子技术在汽车上的广泛应用，对维修技术人员的素质提出了更高的要求.国外汽车制造技术领先我国几十年，早就出现了类似的故障诊断专家系统或汽车资料数据库系统。

因此基于VB和数据库以及相关车型的维修手册，开发了一个汽车故障诊断系统，把汽车空调的相关知识利用VB控件做成一个方便的学习系统。

传统空调是人工调控的，在空调控制面板上有一个温度调节旋钮，实际上是一个可变电阻装置，它与蒸发器内的温度感应电阻组成串联电路，当温度改变时，这组电路的阻值发生变化，从而控制压缩机的电磁离合器，当温度低时将离合器分离，空调停止工作；当温度高时将离合器合上，空调继续工作。

现代汽车的自动空调就比传统空调复杂得多。

所以本论文主要通过对奥迪A6L来对空调的一些故障诊断进行一些学习。

第一章空调故障诊断系统的软件介绍

1.1课题任务分析

由于电子技术在汽车上的广泛应用，对维修技术人员的素质提出了更高的要求.国外汽车制造技术领先我国几十年，早就出现了类似的故障诊断专家系统或汽车资料数据库系统.因此作者基于国内外各种车型的维修手册，开发了一个汽车故障诊断系统，把每种车型按州、国家、公司进行分类，并建立总成级故障的故障树，通过对相关故障树的搜索来确定最终的故障源，对于可能的故障源还可通过经验概率给出处理的优先级。

基于故障树的诊断，采用面向对象的基于故障树的框架和广义规则的混合知识表示，把整个故障树当作一个对象，把故障树上所有子、父结点间形成的广义规则封装在一个独立的框架内，如某故障树上有结点异常，则启动与该故障树对应的框架，诊断时只把该框架内的广义规则调人内存，提高了诊断速度.此外，该方法还可诊断多故障，因为在推理过程中采用反向遍历搜索，可找出所有故障及可能故障的部件.对可能故障的部件，按照其与顶事件形成的通路的权值的大小进行排序，权值最大的元素其优先级最高，有利于诊断信息不足条件下的对故障源的最优搜索，为故障预测和快速维修指明方向。

1.2VB软件介绍

1.2.1VB简介

Basic语言（Beginner’sAll-purposeSymbolicInstructionCode，初学者通用符号指令代码）是高级程序设计语言中的一种，它由美国Dartmouth大学的两位教授JohnG.Kemeny和ThomasE.Kurtz共同设计，是一种通用的计算机语言，简单易学，人机对话方便，在全球范围内得到了广泛的应用。

VisualBasic语言是在Microsoft公司的Windows操作系统平台上运行Basic语言。

VisualBasic大大简化了用户人机界面的设计，利用VisualBasic程序员可以非常简便地设计应用程序的人机界面。

通过事件驱动机制，用户在人机界面上的任何操作都会自动转为相应的代码进行处理。

程序员可以将精力集中在程序功能的设计上，不必像以前那样耗费大量的精力为人机界面编写代码。

例如，当用鼠标单击一个按钮时，只需要编写一段代码来告诉计算机单击按钮时执行哪些命令。

因此在程序设计中，VisualBasic比以往的任何工具都简单、快捷。

VisualBasic6.0还提供了OLE（ObjectLinkingandEmbedding,对象的连接与嵌入）功能。

利用这项功能在VisualBasic6.0的应用程序中，可以使Windows其他应用程序对象的某些功能得以实现。

例如，用户在建立一个VisualBasic应用程序的时候，可以使用Access建立一个数据库。

此外，VisualBasic6.0中的数据访问特性还允许对SQLServer或其他企业级数据库系统的大部分数据库格式建立数据库和前端应用程序，并可以调整服务器端软件。

1.2.2VB开发环境的介绍

1．菜单

VisualBasic6.0的集成开发环境的界面中共有13个菜单（即文件、编辑、视图、工程、格式、调试、运行、查询、图表、工具、外接程序和帮助），通过使用这13个菜单，用户可以完成VisualBasic6.0提供的所有功能。

2．工具栏的使用

工具栏提供了在编程环境下，快速访问常用命令的方法。

当光标指向工具栏上的按钮时，会显示按钮的名称和功能；单击工具栏上的按钮，会执行该按钮所代表的操作。

VisualBasic6.0中提供了4种工具栏，他们是“标准”工具栏、“调试”工具栏、“编辑”工具栏和“窗体”工具栏。

启动VisualBasic6.0后，首先看到的是图1-1所示的“标准”工具栏。

“标准”工具栏列出了VisualBasic6.0应用程序中最常见的工具按钮，利用这些按钮可以快速实现VisualBasic6.0操作。

图1-1“标准”工具栏

图1-2画出了“调试”工具栏，它的功能是在软件开发阶段用于调试程序，主要包括程序的运行、程序的暂停和程序的停止等。

图1-2“调试”工具栏

图1-3画出了“编辑”工具栏、它的功能是用于对用户编写的程序或者用户建立的各个对象进行编辑工作，例如在编写代码的时候，可以显示代码所指的对象、事件等。

图1-3“编辑”工具栏

图1-4画出了“窗体编辑器”工具栏、它的功能是用于对窗体进行改变大小、对齐等工作。

图1-4“窗体编辑器”工具栏

3．工具箱

图1-5给出了VisualBasic6.0的工具箱。

工具箱提供一组工具，利用它用户在设计人机界面时可以在窗体中放置所需的控件。

工具箱中最常用的工具包括文本框（TextBox）、图片框（PictureBox）、标签（Label）、命令按钮（CommandButton）、复选框（CheckBox）、列表框（ListBox）、单选按钮（OptionButtion）、下拉列表框（ComboBox）等控件。

图1-6属性对话框图1-5工具箱

作者在设计窗体时，可以在工具箱中单击所需要的控件，然后在窗体中适当的位置上单击，或者在适当的位置拖出适当大小的框，就可以把该控件放置在指定的位置上。

根据每个工程的实际需要，可以单独定义工具箱中可用的控件集合，任何控件在能够被添加到某个工程的窗体中之前，都必须先放到工具箱中。

VisualBasic6.0中提供了上百种可被选择的控件，程序设计人员可以根据自己的需要把这些控件添加到工具箱中，或者从工具箱中删除某些控件。

4．“属性”对话框

VisualBasic6.0中，每个窗体和控件都有自己的属性。

在缺省情况下，图1-6所示的标准“属性”对话框会出现在集成环境的右边。

如果在集成开发环境中没有“属性”对话框，可以按F4键使系统弹出“属性”对话框。

“属性”对话框列出了所选定的窗体或控件的属性值。

在VisualBasic6.0中每个对象约有20多个属性，根据对象的不同，“属性”对话框中的选项也会有所不同。

每个属性都已预先设置了默认值，在用户设计应用程序时，往往只需改变几个属性的值。

VisualBasic6.0对象的常见的属性有：

①Caption属性，它的内容就是对象标题栏中显示出的文本；

②MaxButton、MinButton属性，它们的取值决定窗体能否最大化、最小化；

③Left、Top属性，它们的取值决定对象的位置；

④Height、Width属性，它们的大小取决于对象的大小；

⑤Name属性，它的取值设置对象名称；

⑥Font属性，它的取值控制文本字体和大小；

⑦ForeColor和BackColor属性，它们的取值决定对象前景和背景颜色。

1.3系统设计需求

1.3.1硬件的需求

Pentium166以上的个人计算机，推荐Pentium333以上

32MB以上的内存，推荐64MB以上

VGA或更高分辨率的显示器

1.3.2软件的需求

Windows98/2000/XP或更高版本的操作系统

32MB以上的内存，推荐64MB以上

VisualBasic6.0应用程序开发工具

1.4系统的设计思想

故障诊断系统的设计一般分为三个阶段：

分析阶段、设计阶段和实现阶段。

每一阶段都是一系列相关的活动。

在分析阶段，需要了解诊断系统的目标，即决定系统应该做什么。

在设计阶段，确定如何在给定约束的条件下实现这些目标，即决定系统怎样可以做到。

在实现阶段，认真贯彻设计，并多次测试系统、完善系统。

分析阶段类似于软件工程中的需求分析，一般分为这几个步骤:

1．确定系统的约束条件：

约束条件可能来自系统的内部或外部，重要的约束条件包括是否必须采用某种软件、是否必须采用固定的器件等；

2．罗列用户的要求：

这里的要求主要是任务书中的要求，要使得开发出的诊断系统尽可能的满足用户的需求，必须从各个角度去考虑，如系统用于什么任务、系统的界面、系统的可扩展性、系统的可靠性等；

3．确定开发计划：

设计阶段主要决定系统如何在给定的约束条件下完成设计要求，这个阶段主要步骤是审查分析资料、熟悉使用的软件、检查设计等。

在设计这套诊断系统过程中，首先要查阅大量的VisualBasic6.0的学习资料，熟悉VisualBasic6.0相关控件以及有关程序的编写；其次利用作者校图书馆中汽车发动机的资料以及网络资源，经过多次筛选之后编入程序之中。

第二章奥迪A6L自动空调的原理与结构

2.1奥迪A6L汽车自动空调组成

（1）制冷系统：

对车内空气或外部进入车内的新鲜空气进行冷却，来实现降低车内温度的目的,同时可调节车内空气的湿度。

（2）通风系统：

通风系统一般分为自然通风和强制通风。

自然通风是利用汽车行驶时，根据车外所产生的风压不同在适当的地方开设出风口和进风口来实现通风换气；强制通风是采用鼓风机强制外气进入的方式。

（3）空气净化系统：

空气净化系统是由空气过滤器、出风口等组成。

（4）控制系统：

控制系统主要由电气元件、真空管路和操纵系统组成。

全自动控制：

由控制器内的电脑芯片并根据各传感器采集的参数自动调节。

奥迪A6L自动空调控制系统如图2-1所示。

图2-1奥迪A6轿车自动空调控制系统的组成

2.2奥迪A6L汽车自动空调工作原理

汽车自动空调的构造和家用的分体空调类似，它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，而蒸发器在车里面，工作时从蒸发器出来的低压气态制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。

制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发器，车厢内温度也就因此降低。

液态制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，制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，是系统循环的动力源泉。

汽车自动空调制冷系统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，制冷剂不同的状态在这个密闭系统内循环流动，每个循环又分为四个基本过程。

1、压缩过程：

压缩机吸入蒸发器出口处的低温抵压的制冷剂气体，把它压缩成高温高压的气体排除压缩机。

2、散热过程：

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，并排出大量的热量。

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。

4、吸热过程：

雾状制冷剂液体进入蒸发器，因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。

在蒸发过程中大量吸收周围的热量，而后低温低压的制冷剂蒸汽又进入压缩机。

上述过程周而复始的进行下去，便可达到降低蒸发器周围空气温度的目的。

空调制冷系统工作原理如图2-2，2-3所示。

图2-2空调制冷系统工作原理图

1-压缩机；2-冷凝器；3-高压维修阀口；4-膨胀阀；5-蒸发器；

6-吸气节流阀；7-低压维修阀口；8-储液罐

图2-3空调制冷系统工作原理图

2.3奥迪A6L汽车自动空调的控制系统

自动空调和手动空调的机械部分基本是一致的，它们的区别是在空调的控制系统。

自动空调与手动空调的最大结构组成差别是在控制系统。

自动空调电子控制系统主要由空调电控单元（ECU）、传感器和执行元件等三部分构成。

下面图2-4是自动空调的结构组成及控制示意图。

图2-4自动空调的结构组成及控制示意图

1-自动空调器放大器；2-功率晶体管；3-压缩机；4-鼓风机电动机；5-进气控制伺服电动机；6-蒸发器；7-蒸发器温度传感器；8-空气混合控制伺服电动机；9-加热器；10-水温传感器；11-气流方式控制私服电动机；12-阳光传感器；13-车内气温传感器

（1）奥迪A6L汽车自动空调的控制系统

1．奥迪A6L汽车自动空调的传感器

1）车内及车外温度传感器它们都是负温度系数热敏电阻传感器，分别用来感受车内及车外温度。

当温度发生变化时，热敏电阻的阻值改变，从而向空调电控单元ECU输送温度信号。

2）蒸发器温度传感器这种传感器用来检测通过蒸发器的空气温度或者蒸发器表面的温度变化，并依此来控制压缩机电磁离合器的结合或断开。

3）水温传感器水温传感器直接安装在热交换器底部的水道上，用来检测冷却水温度，产生的水温信号输送给电控单元（ECU），控制低温时风机转速。

4）阳光传感器阳光传感器是一个光敏二极管，利用光电效应，把日光照射量变化转换为电流值变化的信号并输送给空调电控单元，用来调整空调吹出的风量与温度。

2．奥迪A6L汽车自动空调的执行元件

奥迪A6L汽车自动空调的执行元件一般包括控制伺服电动机、风机及压缩机电磁离合器等。

有的汽车电控自动空调的执行机构由真空变换电磁阀、动力执行机构（又称真空膜盒）以及风量控制机构等组成。

1）进气控制伺服电动机。

2）空气混合伺服电动机。

3）出风模式控制伺服电动机。

4）最冷控制伺服电动机。

3．奥迪A6L汽车自动空调的空调电控单元（ECU）

奥迪A6L汽车自动空调的空调控制器俗称空调电脑。

控制器总成上的键是控制器的输入装置，控制器支配空气流至各风道的风门（气流混合门除外，它一般由伺服电动机操纵），控制器还接收来自车内温度和外界温度传感器的输入信号，根据来自传感器和控制器总成上各键的输入，输出控制压缩机电磁离合器的工作、暖风加热器热水阀工作、将模式门放到适当位置等信号。

4．奥迪A6L汽车自动空调的控制系统工作原理

自动空调利用传感器随时检测车内温度及车外环境温度的变化，并把检测到的信号输送给空调的电控制单元（ECU），ECU则按预先编制的程序对信号进行处理，并通过伺服电动机等执行元件，不断地对风机转速、出风温度、送风模式及压缩机工作情况等进行调节，从而使车内空气温度及流动状况，始终保持在驾驶员设定的水平上。

电控自动空调系统还具备自诊断功能，以利于对电控元件及线路故障的检测。

（2）奥迪A6L汽车自动空调的控制功能

1．奥迪A6L汽车自动空调的温度控制

（1）TAO和TE几乎相等时，SW接近于0。

（2）SW为负值，TAO小于TE。

（3）SW为正值时，TAO大于TE。

图2-5奥迪A6L自动空调温度控制系统原理图

2．奥迪A6L汽车自动空调的鼓风机转速控制

3．奥迪A6L汽车自动空调的气流方式控制

4．奥迪A6L汽车自动空调的进气控制

当用TEMP开关设定想要的温度时，根据输入信号（车内温度传感器、环境温度传感器和阳光传感器）和温度设定，空调ECU决定进气和至进气伺服电动机的输出信号；进气伺服电动机接到从ECU来的信号时，它开启或关闭风门，从而改变进气。

当进气改变到想要的设定温度时，由进气门位置传感器检测到，并且ECU停止该伺服电动机工作。

注意：

如方式开关设定在DEF（除霜），则ECU迫使进气改变到FRS（引入新鲜空气）。

当AUTO开关断开时：

根据手动开关的位置，ECU调整进气。

第三章奥迪A6L汽车自动空调故障诊断方法

3.1基于神经网络预测器检测单传感器故障方法

控制系统中传感器用于监测诸如光照、温度、空气质量传感器等信号以使系统正常运行.传感器故障可使系统运行性能下降或导致系统瘫痪.事实上，传感器是控制系统中较易损坏的器件，因此系统应具备对传感器故障的容错能力，当检测出传感器发生故障时，报警并调用备份传感器或重构控制律以确保控制系统的正常运行。

目前，传感器故障诊断方法大多基于分析冗余技术、神经网络等，这些方法大多需利用系统中各传感器输出信号之间的冗余关系。

随着智能传感器的出现，在传感器一级只需用单传感器输出信号就可以检测传感器故障。

本论文提出的基于神经网络预测器检测单传感器故障方法，就是利用单传感器的输出信号建立神经网络预测模型，然后利用神经网络预测模型对传感器的预测输出和实际输出之差判断其是否发生故障。

基于神经网络的时间序列预测无需对信号模型做假设，适用于平稳和非平稳信号。

本论文采用的神经网络模型为多层感知器，是一种典型的前馈神经网络，通常由输

入层、输出层和若干隐层组成。

假设已经观测到的样本x

（1），x

（2），⋯，x（n），需要用其中的m个观测值预测n+1时刻的值（n+1）.利用多层感知器进行学习和预测的具体步骤为：

①首先把x

（1），x

（2），⋯，x（n）分成k组，每组有m+1个值，前m个值作为网络输入节点的输入值，后一个作为输出节点的期望值；

②用BP学习算法训练网络；

③将x（n-m+1）,x（n-m+2），⋯，x（n）作为网络输入，训练后的神经网络输出即为预测值（n+1）。

+—

结果

图3-1基于神经网络预测器的单传感器故障检测原理

神经网络预测器根据传感器输出的前m个值x（k）,x（k+1）,⋯，x（k+m-1）预测得到第m+1时刻的值（k+m），将其与传感器第m+1时刻的实际输出之差（残差）与某一检测阈值相比较，判断此传感器是否发生故障。

1　离线学习的神经网络预测器故障检测方法

假定已经得到传感器输出序列x

（1）,x

（2）,⋯,x（n）,将其分成k组，每组m+1个数据.先用传感器输出的前m个数据x

（1）,x

（2），⋯,x（m）作为神经网络的输入，用传感器输出的第m+1个数据x（m+1）作为神经网络的输出形成第1组样本.以m个数据x

（2）,x（3）,⋯,x（m+1）作为神经网络的输入，以x（m+2）作为神经网络的输出形成第2组样本，依此类推，从而得到k组训练样本