毕业设计王小东

毕业设计书课题名称电控悬架系统的结构控制原理研究与检修学生姓名王小胨学生学号4041330101所属系部汽车工程系专业班级13汽修2班指导老师廖振兴起止时间2015.12.14——2016.01.08湖南财经工业职业技术学院教务处制目录一、悬架.............................................（一）悬架的概述.....................................（二)悬架的分类.....................................（三)悬架的主要职能.................................二、电控悬架系统.........................................（一）电控悬架系统的简介.............................（二）电控悬架系统的分类.............................（三）电控悬架系统的功用.............................（四）电控悬架系统的主要功能.........................（五）电控悬架系统的基本组成.........................（六）电控主动悬架的基本原理.........................（七）电控悬架系统的结构原理.........................（八）电控悬架系统的控制技术.........................三、电控悬架系统的检修...................................（一）电控悬架系统常见问题与检修.....................（二）电控悬架系统的检修注意事项.....................四、案例.................................................五、结束语...............................................六、后记.................................................七、参考文献..............................................摘要汽车已经成为人们生产与生活不可或缺的一部分，伴随着相关技术的发展，人们对汽车整体性能的要求也在不断提高。为了保证汽车行驶过程中的安全性、稳定性与舒适性，同时让转向的具有转向回正、低磨损与动作轻便的特性，汽车悬架扮演着重要的角色。而电控悬架是在传统悬架的基础上发展起来的,通过采用电子技术实现汽车悬架控制，既能提高汽车行驶的安全性，又能提高汽车乘坐的舒适性，人们不断开发改进，创兴。随之而来的电控悬架系统出现在车辆之中，走进我们日常的检修范围关键词电控悬架系统结构检修电控悬架系统的结构控制原理研究与检修一、悬架（一）悬架的概述悬架是是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称悬架的主要作用是传递作用在车轮与车身之间的一切力矩与力，如制动力与支撑力等等，并且缓和不平路面带给车身的冲击负荷、减弱因此而引起的振动、保证乘坐人员的舒适性，减小货物与车辆本身的动载荷。典型的悬架结构由弹性元件，导向机构与减震器等等组成，个别结构还有横向稳定杆，缓冲块等等；弹性元件又有钢板弹簧，螺旋弹簧等形式，现代轿车悬架多采用螺旋弹簧与扭杆弹簧，个别高级轿车使用空气弹簧。（二）悬架的分类悬架可分为非独立悬架、独立悬架、横臂式悬架、多连杆式悬架、纵臂式悬架、烛式悬架、麦弗逊式悬架、摇曳臂式悬挂、主动悬架与空气悬挂系统。(三)悬架的主要职能1连接车轮与车体，且用适度的刚性支撑车轮；2吸收来自路面的冲击，提高乘员乘坐的舒适性；3有助于行驶过程中车辆的稳定，提高操纵稳定性能。二、电控悬架系统（一）电控悬架系统的简介电控悬架系统能够根据车身高度、车速转向角度，速率及制动等信号，由ECU控制悬架执行机构，让减震器的阻尼力，悬架系统的刚度与车身高度等等参数得以改变，由此让汽车具有良好的安全性，操作稳定性与乘坐舒适性。电控悬架系统的最大优点是它能让悬架在不同路面和行驶状态过程中做出不同的反应。（二）电控悬架系统的分类按传递介质不同，分气压式与油压式；按驱动机构与介质不同，分电磁阀驱动的油气主动式悬架与步进电机驱动的空气主动悬架；按控制理论不同，分半主动式与主动式；—半主动悬架消耗小。成本低，不需要外加动力源。—主动悬架根据各传感器检测信号自动调整车身高度，悬架刚度及阻尼力，以此提高汽车的乘坐舒适性与操纵稳定性。它是一种能供给与控制动力源的装置。按工作原理分为主动悬架与半主动悬架。（三）电控悬架系统的功用车高调整无论车辆的负载多少，都可以保持汽车高度一定，保持车身水平，从而可以让前照灯光束方向保持不变。当汽车在高低不平路面上行驶时，可以使车高升高，防止车桥与路面相碰，提高通过性；当汽车高速行驶时，又可以使车高降低，以便减少空气阻力，提高操纵稳定性。弹簧刚度控制与减振器一样在各种工况下，通过对弹簧弹性系数的调整，来改善汽车的操纵稳定性与乘坐舒适性。减振器阻尼力控制通过对减振器阻尼系数的调整，防止汽车急速起步或急加速时“后蹲”；防止紧急制动时的“点头”；防止汽车急速转弯时车身横向摇动；防止汽车换档时车身纵向摇动等等，提高行驶稳定性和操纵稳定性。（四）电控悬架系统的主要功能电子控制汽车悬架的基本目的是通过控制调节减震器阻尼与悬架的刚度，突破被动悬架的局限区域，使行驶道路状况与汽车的悬架特性相适应，保证操纵稳定性与平顺性两个相互排斥的性能要求都能得到满足。主要功能：1）防倾斜控制功能--通过对车辆各悬架弹簧刚度与减震器阻尼力的控制，以抑制倾斜，使汽车车身姿势变化减至最小，以此改善操纵性能。2）防“点头”控制功能--通过对车辆各悬架弹簧刚度与减震器阻尼力的控制，以抑制汽车制动“点头”而使汽车车身姿势变化减至最小。3）防“下坐”控制功能--通过对车辆各悬架弹簧刚度与减震器阻尼力的控制，以抑制汽车加速时后部“下坐”，使汽车车身姿势变化减至最小。4）点火控制开关功能--当该开关断开后，因乘客与行李质量变化而使汽车高度变为高于目标高度时，能使汽车高度降低到目标高度，从而改变汽车驻车时的姿势。5）自动角度控制功能--通过对车辆各悬架弹簧刚度与减震器阻尼力的控制，不管乘客与行李质量如何，使汽车保持水平位置。6）高车速控制功能--通过对车辆各悬架弹簧刚度与减震器阻尼力的控制，改善汽车高速行驶时的稳定性与操作性。7）不平稳道路控制功能--通过对车辆各悬架弹簧刚度与减震器阻尼力的控制，以控制汽车在不平道路上行驶时的乘坐舒适性。（五）电控悬架系统的基本组成电子控制悬架系统（EMS)由传感器、控制开关、电控单元与执行器组成。传感器与控制开关向电控单元输入信号，电控单元接收信号后，向执行元件发出控制指令，执行元件产生一定的机械动作，从而改变车身高度，减震器的阻尼与空气弹簧的刚度。1-空气压缩机；2-空气电磁阀；3-干燥器；4-节气门位置传感器；5-车身高度传感器（前右）；6-带有减振器的空气弹簧；7-悬架控制执行器；8-转向传感器；9-停车灯开关；10-TEMS指示灯；11-电子多点控频器；12-悬架控制开关；13-1号高度控制阀；14-2号高度控制阀；15-显示器用ECU;16-诊断用接线柱；17-车身高度传感器（后）；18-悬架用ECU；19-空气管道；20-车速传感器；21-车身高度传感器（前左）。（六）电控主动悬架的基本原理主动悬架采用了与传统结构完全不同的弹性元件（空气弹簧，油气弹簧等），使其突破一般弹性元件（钢板弹簧、扭杆弹簧等）在刚度变化方面的局限性。由此，主动悬架能够根据车身高度，转向角度，车速，角速度与制动等信号，由电控单元控制悬架执行机构，进而改变减震器阻尼力，悬架弹性元件的刚度及车身刚度等参数，从而使车辆的平顺性与操纵性都达到最佳。这类悬架大多采用空气弹簧或油气弹簧作为弹性元件，通过改变弹性元件内部工作介质（油液或空气）的流通性或压力大小来调节悬架的刚度；通过工作介质的充、放来改变悬架的高度，即可以进行车身高度的控制。（七）电控悬架系统的结构原理电子控制空气悬架系统由悬架ECU、模式选择开关、车速传感器、车身高度传感器、转向角度传感器、空气弹簧、加速度传感器、可调阻尼减振器、空气压缩机以及高度控制电磁阀等部件组成。空气悬架ECU采集的信号主要有：转向角度、车速、压力信号、悬架模式选择、制动开关状态、车身垂直加速度、实际车身水平高度以及驾驶人选择的车身高度等，它的控制原理如图3所示。对于奥迪轿车来说，下列控制单元与空气弹簧悬架控制单元J197有关联：①J104——ESP控制单元；②J220——发动机控制单元；③J533——网关；④J527——转向柱控制单元；⑤J431——前照灯控制单元；⑥J285——仪表盘控制单元；⑦J345——挂车识别控制单元；⑧J518——进入和授权控制单元。因此，如果空气弹簧悬架系统工作不正常，上述相关联的控制单元可能存在故障。(八)电控悬架系统的控制技术电控悬架主要包含执行机构和控制策略两大部分。由于执行机构完全按照控制策略的要求来输出主动力，因此电控悬架设计的关键，就是选取能够为车辆提供良好性能的控制策略。不同的控制策略，将会导致不同的悬架特性和减振效果。1）最优控制20世纪60年代，线性最优控制理论已被应用于车辆悬架系统的研究中。线性二次型调节器控制理论（简称LQR）和线性二次高斯型控制理论（简称LQG）是主动悬架设计人员常用的方法。理论上讲，LQR和LQG主动悬架大幅度地改善了车辆的性能，且具有较大的稳定裕量。但主动悬架对模型摄动时基本不具备鲁棒性，在激励频率大于60Hz时，系统极易变得不稳定。因此线性最优控制具有以下不足之处：①采用线性最优控制理论来设计主动悬架时，需要有一个明确的目标函数；②最优控制理论很难处理好频域内的减振问题，难以使车辆兼具良好的时域和频域性能；③没有考虑模型的不确定性，只是在平均意义上对随机白噪声扰动进行了抑制。因此当模型存在摄动时，线性最优控制基本不具有鲁棒性。2）预瞄控制主动悬架的预瞄控制能够根据车辆目前的行驶状态和未来干扰等因素来提前给出调节作用，使悬架系统最有效地抵消外部干扰所引起的振动。预瞄控制的实现方法有两类，一类是将前轮悬架的状态信息反馈给后轮悬架，另一类是通过测量车轮前方道路来获得实时的路况信息，并将此信息作为主动悬架设计的重要依据。预瞄控制的不足之处主要有：①预瞄控制是在假定悬架系统是线性时不变系统的情况下制定的，并没有对车辆参数的时变性加以研究；②预瞄控制要求车辆装备特制的预瞄传感器，虽然在技术上是可行的，但考虑到实车的制造成本、车辆工作环境对传感器使用寿命的影响等实际问题，要将预瞄控制应用于实际还有很多问题有待解决。3）模糊控制由人作为控制器的控制系统是典型的智能控制系统，其中包含了人的高级智能活动。模糊控制在一定程度上模仿了人的控制，其控制特点是：①不需要准确的数学模型；②将大量的控制经验和知识作为控制的主要依据。考虑到悬架系统本身的非线性和所处环境的复杂性等因素，悬架系统可采用模糊控制策略来获得满意的控制效果。然而模糊控制规则的完整性、模糊子集的定义、隶属度函数的确定、模糊推理机制等因素都会对模糊控制器的性能产生影响，而这些因素大都依赖于专家的经验。而在很多情况下，专家经验并不完备，有时是相互矛盾的，甚至根本没有专家的经验可以利用，这大大增加了模糊控制器设计的难度。为了使模糊控制器具有良好的自适应性和鲁棒性，许多专家致力于模糊控制器自动设计的研究。4）自适应控制自适应控制是一种实时调节控制器的方法，其研究对象是具有一定不确定性的系统。这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。在悬架控制系统的设计中，自适应控制能自动监测系统参数的变化，并实时地调节控制策略，从而使系