汽车底盘电控技术-5-电控悬架系统

电子控制悬架系统电子控制悬架系统概述电子控制悬架系统的结构与工作原理典型车型电控悬架系统一、电控悬架系统概述1、采用电控悬架的目的：传统悬架系统使用的是定刚度弹簧和定阻尼系数减震器，只能适应特定的道路和行驶条件，无法满足变化莫测的路面情况和汽车行驶状况，只能被动地接受地面对车身的各种作用力，不能主动去进行调节。故又称为被动悬架系统。电控悬架系统的最大优点是悬架随不同的路况和行驶状态作出不同的反应，即可使汽车的乘坐舒适性令人满意，又能使操纵稳定性达到最佳状态。2、电控悬架系统的分类按传递介质不同，分气压式和油压式。按驱动机构和介质不同，分电磁阀驱动的油气主动式悬架和步进电机驱动的空气主动悬架。按控制理论不同，分半主动式和主动式。主动悬架是一种能供给和控制动力源的装置，它根据各传感器检测的信号，自动调整悬架的刚度、阻尼力以及车身高度，从而显著提高汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性，悬架阻尼和刚度都可调。半主动悬架不需要外加动力源，因而消耗的能量小，成本低，仅悬架刚度、阻尼之一可调。3、电控悬架的功能电控悬架系统的基本目的是控制调节悬架的刚度和阻尼力。基本功能有：车高调整：不论负载多少，汽车高度均一定；在坏路面上行驶时，使车高升高，高速行驶时，车高降低。减震器阻尼力控制：调整减震器阻尼系数，防止汽车起步或急加速时车尾后坐；防止紧急制动时车头下沉；防止急转弯时车身横向摇动；防止汽车换档时车身纵向摇动等。弹簧刚度控制：调整弹簧弹性系数，改善乘坐舒适性和操纵稳定性。有些车型有其中一至二个功能，少数同时有三个功能。二、电控悬架系统的结构与工作原理一、组成传感器：车高传感器、车速传感器、加速度传感器、转向盘转角传感器、节气门位置传感器等。开关：模式选择开关、制动灯开关、停车开关、车门开关等。执行器：可调阻尼力减震器、可调节弹簧高度和弹性大小的弹性元件等。ECU一般原理：利用传感器（包括开关）检测汽车行驶时路面的状况和车身的状态，输入ECU后进行处理，然后通过驱动电路控制悬架系统的执行器动作，完成悬架特性参数的调整。二、传感器的结构与工作原理转向盘转角传感器加速度传感器车身高度传感器车身高度传感器加速度传感器传感器位置1、转向盘转角传感器【作用】检测转向盘的中间位置、转动方向、转向角度和转动角度。以判断转向时侧向力的大小和方向，以控制车身的侧倾。【类型】多采用光电式转向盘转角传感器。【安装位置】转向盘的转向轴上。【结构】在转向轴的带窄缝的圆盘上装有两组光电耦合器，转向盘转动时，可输出两组脉冲信号。根据此信号可判断转向盘的转角与转速；通过两组信号的相位来判断转向的方向。光电式转角传感器的安装位置和结构光电式方向盘转角传感器光电式转角传感器的工作原理和电路原理转向盘转角传感器工作原理当转动转向盘时，信号盘同时转动，两个光电耦合器的输出端产生与转向轴转角成一定比例的通(ON)、断(OFF)的交变信号，悬架系统控制装置根据此信号的变化来判断转向盘的转角与转速。同时，根据脉冲信号的相位差来判断转向盘的偏转方向。这是因为两个耦合元件在安装位置上使它们的ON、OFF变换的相位错开90°，可以通过判断哪个耦合元件信号首先转变状态，来检测出转向轴的偏转方向。例如，向左转时，左侧耦合元件总是先于右侧耦合元件达到ON状态；而向右转时，右侧耦合元件总是先于左侧耦合元件达到ON状态。2、车身高度传感器【作用】检测汽车行驶时车身高度的变化情况（汽车悬架的位移量）。【类型】片簧开关式、霍尔式、光电式。其中光电式应用较多。【光电式传感器原理】有一根靠连杆带动转动的转轴，转轴上固定一个开有许多窄槽的圆盘，圆盘两边装有四组光电耦合器。当车身高度变化时，通过连杆可使转轴转动，因而四组光电耦合器可感应出四组脉冲信号，通过这四组脉冲信号的不同组合，可反映车高的高度范围。光电耦合元件的状态与车高的对照表车高光电耦合元件的状态车高范围计算结果1234高低OFFOFFONOFF15过高OFFOFFONON14ONOFFONON13高ONOFFONOFF12ONOFFOFFOFF11ONOFFOFFON10普通ONONOFFON9ONONOFFOFF8ONONONOFF7ONONONON6低OFFONONON5OFFONONOFF4OFFONOFFOFF3OFFONOFFON2过低OFFOFFOFFON1OFFOFFOFFOFF03、加速度传感器【作用】检测车身横向加速度和纵向加速度。横向加速度传感器主要用于检测汽车转向时，汽车因离心力的作用而产生的横向加速度，以判断悬架系统阻尼力改变的大小及空气弹簧中空气压力的调节情况，以维持车身的最佳姿势。【类型】差动变压器式和钢球位移式。【别名】G传感器差动变压器式加速度传感器弹簧封入硅油检测线圈励磁线圈心杆心杆二次绕组一次绕组电源二次绕组一次绕组汽车转弯、加减速时，心杆在横向力或纵向力作用下移动，使检测线圈的输出电压发生变化。钢球位移式加速度传感器汽车转弯、加减速时，钢球在横向力或纵向力作用下移动，使检测线圈的输出电压发生变化。4、信号开关车门开关停车灯开关阻尼模式指示灯和车身高度指示灯高度控制开关阻尼模式选择开关5、模式选择开关【位置】变速器旁。【作用】根据汽车的行驶状况和路面情况选择悬架的运行模式，从而决定减震器的阻尼力大小。【运行模式】标准（Norm）、运动（Sport）两种。丰田凌志车称此开关为LRC开关LRC＝LexusRidingControl凌志乘坐控制阻尼模式选择开关开关位置阻尼力软硬乘坐舒适操纵稳定6、高度控制开关【作用】改变车身高度设置。【运行模式】低（Low）、高（Hight）两种。开关位置车身高度高车身高度控制开关低阻尼模式指示灯车身高度指示灯三、执行机构的结构与工作原理EMSECU悬架控制执行器高度控制阀压缩机和干燥器组成带减震器的气动缸1、阻尼力控制执行机构可调阻尼力减振器1－阻尼调节杆2－阻尼孔3－活塞杆4－回转阀可调阻尼力减振器工作原理当回转阀上的A、B、C三个截面的阻尼孔全部被回转阀封住，这时只有减振器下面的主阻尼孔在工作，所以此时阻尼为最大，减振器被调节到“硬”状态。当回转阀从“硬”状态位置顺时针转动60°时，B截面的阻尼孔打开，A、C两截面的阻尼孔仍关闭。因为多了一个阻尼孔参加工作，减振器处于“运动”状态，也称为中间状态。当回转阀从“硬”状态位置逆时针转动60°时，A、B、C三个截面的阻尼孔全部打开，此时减振器的阻尼最小，减振器处于“软”状态。凌志LS400ucF20型可调减振器2、弹簧刚度控制的执行机构空气悬架气动缸空气悬架气动缸主、副气室设计为一体。主气室容积可变，压缩空气进入主气室可升高悬架的高度。主气室与副气室之间有一个通道，气体可以相互流通。改变主、副气室的气体通道的大小，就可以改变空气悬架的刚度。悬架的上方与车身相连，下方与车轮相连，随着车身与车轮的相对运动，主气室的容积在不断变化。减振器的活塞通过中心杆（阻尼调整杆）和悬架控制执行器相连接。执行器带动调整杆可以改变活塞阻尼孔的大小，从而改变减振器的阻尼系数。利用弹簧实现车高调整1－阻尼调节杆2－空气阀控制杆3－主副气室通路4－副气室5－主气室6－气阀体7－小气体通路8－阀体9－大气体通路悬架刚度的调节原理悬架刚度可以在低、中、高三种状态间变化。当阀芯的开口转到对准图示的低位置时，气体通道的大口被打开。主气室的气体经过阀芯的中间孔、阀体侧面通道与副气室的气体相通，两气室之间的空气流量越大，相当于参与工作的气体容积增大，悬架刚度处于低状态。当阀芯开口转到对准图示的中间位置时，气体通道的大口被关闭、小口被打开。两气室之间的流量小，悬架刚度处于中间状态。当阀芯开口转到对准图示的高位置时，两气室之间的气体通道全部被封闭，两气室之间的气体相互不能流动。压缩空气只能进入主气室，悬架在振动过程中，只有主气室的气体单独承担缓冲工作，悬架刚度处于高状态。悬架综合控制3、车高控制的执行机构丰田车自动高度控制气路车身高度控制停车水平控制特殊行驶工况高度控制自动水平控制气压式油压式车高控制系统的控制流程LEXUSLS400电子控制悬架系统是采用空气弹簧的半主动式电控悬架，弹簧刚度和汽车车身高度控制可根据驾驶条件自动控制。减振器的阻尼大小也由电子控制，以抑制车辆侧倾，制动时前部点头和高速行驶时后部下沉等汽车姿态变化，因此能明显保持乘坐的舒适性和操纵的稳定性。三LEXUSLS400电子控制悬架系统LEXUSLS400电控悬架系统控制功能弹簧刚度和减振阻尼控制防侧倾控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“硬”状态。该项控制能抑制侧倾，使汽车的姿势变化减至最小，以改善操纵性防“点”头控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“硬”状态。该项控制能抑制汽车制动“点”头，使汽车的姿势变化减至最小防后仰控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“硬”状态。该项控制能抑制汽车加速时后仰，使汽车的姿势变化减至最小高车速控制使弹簧刚度变成“硬”状态和使减振阻尼变成“中”状态。该项控制能改善汽车高速行驶时的稳定性和操纵性弹簧刚度和减振阻尼控制不平整道路控制使弹簧刚度和减振阻尼视需要变成“中”或“软”状态，以抑制汽车车身在悬架上下跳动，改善汽车在不平坦道路上行驶时的乘坐舒适性颠动控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“中”或“软”状态。它能抑制汽车在不平坦道路上行驶时的颠动跳振控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“中”或“软”状态。该项控制能抑制汽车在不平坦道路上行驶时的上下跳振路面感应半主动控制对应于不同的道路，提供四轮独立的减振阻尼最佳控制。相应地，汽车可在各种不同的道路和行驶状况下保持恒定姿态车身高度控制自动高度控制不管乘员和行李重量情况如何，使汽车高度保持在某一个恒定的高度位置。操作高度控制开关能使汽车的目标高度变为“正常”或“高”的状态高车速控制当高度控制开关在“hight（高）”位置时，汽车高度会降低到“正常”状态。这就改善高速行驶时的空气动力学和稳定性点火开关关断控制当点火开头关断后因乘员重量和行李重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。这就能改善汽车驻车时的姿势LEXUSLS400电控悬架系统的组成悬架控制开关。由LRC开关和高度控制开关组成。LRC开关有“SPORT(运动)”和“NORM(标准)”两种模式。高度控制开关用于选择控制车身高度，有“High(高)”和“NORM(标准)”两种模式。高度控制ON/OFF开关。安装在汽车尾部后备箱的左边。处于ON位置时，系统可进行车身高度自动控制；当处于OFF位置时，系统不执行车身高度控制。如当车辆被举升或停在不平的路面时不能对车身高度进行调节。车身高度指示灯。指示灯位于组合仪表上，用于指示所选择的车身高度。LRC指示灯。此灯也位于组合仪表上，用于指示当前减振器和空气弹簧的工作模式(“NORMALAUTO”或“SPORTAUTO”)。选择“SPORTAUTO”模式时灯亮，否则灯熄灭。高度控制插座。连接该插座上的相应端子，能不通过ECU而直接控制空气压缩机电动机、高度控制电磁阀及排气电磁阀，从而使检修方便。此插座上还提供了用于清除存储器中故障代码的端子。转向盘转角传感器。光电式高度传感器。光电式l号和2号高度控制阀。分别装在前、后悬架上，1号高度控制阀用于前悬架，此阀中有两个电磁阀，分别控制左右空气弹簧。2号高度控制阀用于后悬架，它也是由两个电磁阀组成，它与1号高度控制阀不同的是，它们不是单独控制，而是同时动作。在2号高度控制阀中还装有一个安全阀，用于防止管路中压力过高。悬架电控单元ECU。用于控制减振器的阻尼力、悬架的刚度及车身高度。悬架控制执行器。悬架控制执行器（直流电动机式）装在各空气弹簧和减振器的上方，用于同时驱动减振器的转阀和空气弹簧的连通阀，以改变减振器的阻尼力和空气弹簧的刚度。空气弹簧。空气弹簧安装于可调减振器的上端，与可调减振器一起构成悬架支柱。空气弹簧由一个主气室和一个副气室组成。悬架的刚度可以在低、中、高三种状态之间变化。车身高度的调节通过1号和2号高