奥迪A4轿车太阳能天窗工作原理与检修

辛永哲， 周振国， 王 磊

（1.北华大学交通建筑工程学院， 吉林 吉林 132013；2.吉林市奥迪轿车特约维修站）

随着人们对驻车高温现象 （驻车高温现象主要是指停驶车辆由于阳光照射等原因引起的车内异常高温现象） 及产生的有害气体、 高温不适等不良后果的认识提高， 以及对车辆舒适性等的要求不断提高， 在一些高档轿车上开始应用太阳能天窗技术。太阳能天窗就是在汽车天窗玻璃的下方装置太阳能电池板， 它可以将吸收的太阳能转换成电能， 通过空调控制单元可以将其输送到汽车电气系统中， 主要完成车内换气通风和对蓄电池的补充充电工作。

下面以奥迪A4轿车 （奥迪A8、 A6L等车型也可选装太阳能天窗） 为例， 探讨汽车太阳能天窗的工作原理和功用， 以及检修方法。

1 奥迪A4轿车太阳能天窗的结构和主要技术参数

奥迪A4轿车太阳能天窗的结构示意图如图1所示。

图1中C为随天窗可移动的太阳能电池板， 它是用热熔胶将天窗玻璃与太阳能电池粘接而成。 A为传输电能的动触点 （在天窗的前边缘， 左右各一个）。 B为传输电能的静触点 （在固定天窗框架的前边缘， 左右各一个）。 当天窗关闭时动静触点紧密接触， 太阳能电池板所产生的直流电能就可以通过触点传输到汽车内部。

奥迪A4轿车太阳能天窗的主要电气技术参数如表1所示。

表1 奥迪A4轿车太阳能天窗的主要电气技术参数

2 奥迪A4轿车太阳能天窗的工作原理

2.1 简化电路原理图

将奥迪A4轿车太阳能天窗部分的电路进行简化， 如图2所示。

由图2可知， 太阳能天窗电路只是在原自动空调系统上加入C20太阳能电池板。

2.2 新鲜空气鼓风机V2的工作条件

发动机运转时, V2可以在空调控制单元E87的控制下， 完成自动空调系统的取暖、 制冷、 通风、空气净化等工作要求。 此时， V2的电能由发电机和蓄电池提供。 当发动机停止运行时， V2才可能在J216的控制下接收太阳能电池C20提供的电能， 通过它连续运转， 实现通风换气的目的。

汽车进入此种运行模式 （称为太阳能运行模式或新鲜空气运行模式）， 需满足以下几个条件： ①点火开关处在OFF位置时 （即发动机停止工作）， 因为只要发动机工作， 发电机就发电， V2就不需要由太阳能天窗提供电能； ②滑动天窗关闭或外翻时，这是因为在以上2种状态下动触点与静触点接通导电， 电能才能引到车内电路系统； ③要具备一定的阳光照射强度 （阳光照射强度约在70 W/m2以上），否则所产生的电能不足以使V2转动。

2.3 太阳能运行模式的工作原理

驾驶员通过操作显示操作面板使车辆进入太阳能运行模式。 首先按下菜单键进入空调设置， 然后选择进入太阳能运行模式。 在太阳能运行模式下，一旦发动机停止运行， 储存在太阳能电池上的电能就可以通过太阳能天窗上的动触点A和固定在天窗框架边缘上的静触点B将电能传输到车内电气系统。此时E87和J255已经通过通信设码环节处在太阳能运行模式下， 只有带太阳能天窗的汽车具备此功能。 此时不管汽车运行时空调上的所有伺服电动机在什么位置， 只要点火开关断开， 汽车就自动处于新鲜空气运行模式。 如： 新鲜空气风门切换到打开位置、 车内空气循环风门切换到外循环等， J216定期查询来自太阳能电池C20的输入电压， 当满足V2运行条件时 （最小电压大于2V）， V2转动。 转动的快慢与太阳能电池的输入电压有关， 输入电压越大转动越快。 鼓风机的连续转动， 使车内空气流通，保证车内环境温度不至于过高。 在显示屏上可以显示出V2在太阳能模式下的运转时间。

如果不需要太阳能运行模式， 可通过显示操作面板， 关闭太阳能运行模式。

3 太阳能运行模式的三大功能

当车辆较长时间停留在阳光照射强度较强的场所时， 将引起车内温度过高 （即驻车高温现象）。我们通过实测得知， 夏季阳光下的驻车车内温度可高达70 ℃以上 （测试地点在东北吉林市， 相关数据另行公布）。 高温使车内产生大量的有害气体， 同时高温也使乘员感到明显不适。 安装了太阳能天窗的车辆利用其换气功能， 就可以减轻或避免以上一系列不良后果， 下面介绍太阳能运行模式下的优越功能。

1） 降温、 除臭、 排毒功能 驻车高温时， 车内的塑料制品、 皮革、 油漆、 空调管道等将挥发出大量的有害气体 （如甲苯、 一氧化碳等， 可达正常值的20倍以上， 甚至更高）。 当乘员进入车辆时不但会因闷热感到强烈不适， 而且经常处在被有害气体污染的环境中也会导致神经和呼吸系统受到伤害， 不良后果显而易见。 新鲜空气运行模式可以通过V2的不停运转， 增加空气流通， 及时将有害气体、 烟臭味等排出车外， 同时降低了车内温度，使乘员享受无毒无害有益健康的驾车、 乘车舒适环境。

2） 节能环保功能 当起动驻车高温的汽车时，为了降低温度， 驾驶员一般会马上打开汽车空调。在此降温过程中空调系统工作时间较长， 且V2要高速运转， 显然此过程要增加电能和燃油消耗。 太阳能是一种清洁无污染的可再生能源， 安装太阳能天窗的车辆就可以降低这部分电能和燃油损耗。 若太阳能汽车天窗与汽车蓄电池相连， 在强光下也可以实现对蓄电池自动充电， 达到进一步节省燃料的效果 （随着太阳能转换成电能的技术不断提高， 这点是可以预期的）， 同时延长蓄电池的使用寿命。

3） 保护电器、 减少意外事故功能 驻车高温对车内电器及电子产品的性能和使用寿命有一定影响，如： 加快电子器件的老化速度、 降低材料的绝缘能力、 缩短工作寿命等。 另外， 驻车高温也能引起车内易燃易爆物品 （如气体打火机、 气体清洁罐、 易拉罐饮料等） 的爆裂， 严重时能引起车辆自燃。 通过新鲜空气运行模式的通风降温作用可避免以上不良后果的发生， 提高了汽车的安全性和可靠性。

4 太阳能天窗的检修

装有太阳能天窗的汽车， 在已确定设置在 “太阳能运行模式” 的情况下， 若仍出现驻车高温现象， 可判定为 “太阳能运行模式” 出现故障 （最好通过强阳光的实际测试）。 一般可通过以下步骤进行检修。

1） 将车辆停放在阳光照射环境下。

2） 在特约维修站等维修场所进行检测时， 为避免天气影响可以用2只普通的500 W卤素灯照射太阳能天窗 （有些车型如奥迪A6L等要求用1000 W卤素灯）， 照射时卤素灯与太阳能天窗的距离要保持在500 mm左右。 此时太阳能天窗的输出功率约为1.5 W。

3） 应用VAS 5051测试仪的 “引导型故障查询” 功能， 检查操作与显示单元的匹配 （带太阳能电池滑动天窗的功能必须已匹配好）。

4） 断开点火开关 （操作与显示单元黑屏）， 关闭滑动天窗。

5） 打开中部仪表板排风口并关闭其它出风口。

6） 感觉是否有气流从仪表板出风口中吹出。由于出风量可能较小， 有时要用湿润的手掌检测。如果未能感觉到气流， 就可判定为太阳能运行模式出现故障。

7） 检查图1中两个触点的接触是否良好。 此触点要保持清洁， 只允许涂抹少量的导电良好的触点润滑脂， 不可使用普通的润滑脂。

8） 断开点火开关。 拆下排水槽盖板， 打开汽车线束至进气单元 （新鲜空气鼓风机控制单元J216） 的3芯插头连接A。 测量插头B的触点2 （来自太阳能天窗） 和3 （搭铁） 之间的电压， 电压值在8～12 V以内为正常。 也可将检测灯泡 （12 V， 最大5 W） 接在两点之间， 观察灯泡是否亮起 （亮度与阳光照射强度有关， 一般灯泡只发出微光）。 这样可以判定太阳能天窗系统功能是否正常。

9） 新鲜空气鼓风机V2的灵活性和是否正常可通过空调通风状态进行测试。

10） 新鲜空气鼓风机控制单元J216的好坏， 可用替代法进行测试。

11） 通过以上方法基本可以确定故障部位， 对故障部位进行检修。

5 结束语

目前太阳能天窗只配置在一些较高级的车辆上。 随着人们对驻车高温现象的危害认识程度的提高， 以及电子产品及太阳能电池板价格的不断降低， 汽车太阳能天窗技术将逐渐普及。 此项研究不但可以提高汽车维修人员和驾驶员对太阳能天窗技术的认识， 还对太阳能天窗的使用、 维护等具有一定指导作用。 特别是对大量无太阳能天窗的车辆而言， 加装太阳能天窗的需求也将迅速增加， 此项研究对开发加装太阳能天窗也有一定的参考价值。

［1］ 奥迪轿车维修资料［Z］.

［2］ 朱则刚. 太阳能在汽车上的应用［J］. 汽车工程师， 2009，（4）： 55－56.