现代汽车电控悬架系统

现代汽车电子控制悬架系统简介现代汽车电子控制悬架系统简介悬架定义定义：悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力装置的总称悬架的功能（作用）：（1）缓冲振动、平稳行驶（2）将车轮与路面之间的驱动力、制动力、转向力传给车身。（3）车身和车轮之间保持几何关系。传统悬架组成及功用组成：弹簧、减振器、导向机构。弹簧的功用：缓冲振动、摆动、提高轮胎抓地力。减振器的功用：衰减振动、方向稳定。导向机构：传递动力典型独立悬架(前)双横臂式（双叉式）独立悬架典型独立悬架（后）典型独立悬架双横臂式（双叉式）独立悬架典型独立悬架麦弗逊悬挂传统悬架对汽车性能的影响行驶平稳性、操作稳定性确定乘坐舒适性●软：舒适性好、行驶稳定和操纵稳定性差（车身位移过大、横摆纵摇）●硬：舒适性差、行驶稳定和操纵稳定性好。●只减阻尼而不变刚度，振动到车身。●只减刚度而不变阻尼，稳定性和舒适性差。传统悬架的缺点参数不变为了减少车体振动，隔离路面冲击，提高乘坐舒适性要求悬架设计较“软”。但是这样势必导致车身在行驶过程中的位移变大，需要相应地提高车身高度，从而导致车辆中心高度的增加，不利于改善车辆的行驶稳定性。为了减小汽车在转弯、加速、制动时汽车产生的侧倾及后倾，提高操稳性，又要求悬架设计较“硬”另一方面，为了提高汽车的操纵稳定性，一般要求悬架具有较大的弹簧刚度和减振器阻尼，这显然与改善车辆的舒适性的要求相矛盾。被动悬架即传统悬架在设计时，不可能使乘坐舒适性及操稳性都得到优化，只能是：在二者中间寻求折中方案（在特定道路及速度下实现）；或偏重于某一种方案（牺牲一个方面，达到另一个目的）。当前，人们对舒适性及操纵稳定性的需求越来越高，所以开始研究及应用主动悬架。悬架发展与分类1981年开始车身高度控制，同年开发出可变减震器阻尼力的新技术1987年日本田公司率先推出空气弹簧主动悬架90年代随电子技术发展，已具有在10-20秒内做出反应的电控悬架系统悬架发展与分类悬架的分类:1.结构分：非独立悬架、独立悬架2.作用原理分：被动悬架（传统悬架）、主动悬架（按照其是否包含动力源分为：全主动悬架-有源主动悬架；办主动悬架-无源主动悬架）现代轿车大都是采用独立式悬架，按其结构形式的不同，独立悬架又可分为横臂式（双叉式）、纵臂式、烛式以及麦弗逊式悬架等悬架发展与分类悬架发展与分类1.被动悬架：为固定的悬架刚度和阻尼系数，只能保证在特定道路状态下达到性能最优折衷。2.全主动电控悬架：组成—执行机构、测量系统、反馈系统、能源系统（液压缸及蓄能器）。其悬架刚度、减振器的阻尼系数、车身高度都能随汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件变化，而自动调节，使悬架性能总是处于最佳状态。未解决问题：高频率下的行驶平顺性、能量消耗、可靠性、价格、振动、噪声等。3.全主动悬架分类：主动油气悬架（雪铁龙XM油气弹簧）、主动空气悬架（日本三菱）、主动液力悬架（代表车型为VOLVO740）。悬架发展与分类1.电子控制半主动悬架：无源（无油泵、蓄能器、油管、油罐、滤油器等），工作时不消耗车辆动力，性能与全主动悬架相近，应用价值较高。不考虑改变悬架刚度，只考虑改变悬架阻尼。分为有级半主动（阻尼力有级可调如OPEL）、无级半主动（阻尼力连续可调如BENZ)2.丰田皇冠、日产公爵应用的是一种具有多种作用的电子控制复合型空气悬架。具有车身高度、阻尼力控制、刚度控制调节功能。使用了车速传感器、加速踏板开启速度传感器等多种传感器。其性能和结构介于主动悬架和半主动悬架之间。特点：成本低于主动悬架，应用价值较高。电控悬架的结构及原理现代汽车对悬架系统的要求在汽车行驶过程中，由于路面的不平整或者汽车自身运动状态的改变，会使汽车表现出各种运动形态，包括车身的垂直振动、俯仰运动和侧倾运动等。垂直振动+前后俯仰+左右侧倾（路面不平）（加速、制动）（转弯）综合进行控制汽车行驶时的运动形式综合考虑上述因素，现代汽车可以对悬架提出如下要求。（1）具有足够的强度。（2）具有适当的弹簧刚度，且能根据载荷的变化而变化。（3）具有足够的侧倾刚度。（4）具有良好的吸振能力（阻尼力可以调节）。（5）能够保证车轮正确的定位参数。现代汽车悬架控制系统的控制内容以电脑作为控制核心，对汽车悬架系统参数，包括弹簧放度、悬架阻尼、侧倾刚度和车身高度等实行适时控制已经成为现实当前，对汽车悬架的控制主要有以下几种：（1）以改善坏路行驶能力和高速操纵稳定性为目的的车高控制；（2）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的减振器阻尼控制；（3）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的弹簧刚度控制。（4）以改善操纵稳定性为目的的侧倾刚度控制。（5）综合以上各种考虑的综合性悬架。悬架控制系统的基本组成现代汽车悬架控制系统：是指利用有源或无源控制元件构成的闭环控制系统对汽车悬架实行主动控制的装置，它能根据车辆的运行状况和路面情况主动作出反应，抑制车身的各种振动，使悬架始终处于最佳减振状态。目前，悬架控制系统可实现对车高、悬架弹簧刚度和减振器阻尼、侧倾刚度等方面的主动调节。与其他控制系统一样，半主动悬架控制系统一般也包含传感器、电脑和执行机构三个组成部分（能源结构）。悬架控制系统的传感器有多种型式，他们在系统总承担着将汽车行驶路况（汽车的振动）和车速及启动、加速、转向、制动等工况转变为电信号，并输送到电脑。车身加速度传感器：检测车身振动，间接地也可反映行驶的路面状况和车身横向运动状况（高级轿车会有垂直加速度传感器如梅赛德斯）。车身位移传感器：检测车身与车桥的相对位移，反映车身的平顺性和车身高度。车速传感器：检测车轮转速，反映车速和计算车身的侧倾量。传感器转向盘转角传感器：检测转向盘转角，计算车身侧倾。制动压力开关：检测制动管路压力，判断汽车制动情况。制动灯开关：检测制动灯电路通断，判断汽车制动状况。节气门位置传感器：检测节气门开度，反映汽车加速状况。门控灯开关：检测门控灯电路通断，判断乘员状况。悬架控制系统的执行机构可以是电磁阀、步进电动机或泵气电动机等他们根据电脑的控制信号，准确、快速和及时地作出动作反应，实现对弹簧刚度、减振器阻尼或车身高度的调节。执行机构（一）悬架系统的高度控制悬架的车高控制系统：可根据车内乘员人数或汽车装载情况自动调节车身高度，以保持车身具有稳定的行驶姿态。模式避震器行驶高度舒适舒适为主0毫米至-15毫米自动根据驾驶环境自动调节0毫米至-28/35毫米动态运动为主-15毫米至-28/35毫米*越野根据驾驶环境自动调节+25毫米,直到100公里/小时举升根据驾驶环境自动调节+60毫米,直到40公里/小时停车后，当车上载荷减少而车身上抬时，控制系统能自动地降低车身高度，以减少悬架系统的负荷，改善汽车外观形象。1、停车水平控制2、特殊行驶工况高度控制当汽车高速行驶时，主动降低车身高度，以改善行车的操纵稳定性和气动特性。汽车行驶于起伏不平度较大的路面时，主动升高车身，避免与地面或悬架的磕碰。典型的车高控制有以下几种：车身高度不受载荷影响，保持基本恒定，姿态水平，使乘坐更加平稳，前大灯光束方向保持不变，提高行车安全性。现代汽车车高控制系统有油压式和气压式之分前者用于油气弹簧悬架，后者用于空气弹簧悬架。3、自动水平控制播放常见的控制方式：方式1空气压缩机电动机空气压缩机继电器高度传感器排气电磁阀空气干燥器空气弹簧在该控制系统中，高度传感器的信号用于控制空气压缩机向空气弹簧输送压缩空气，抬高车身。干燥器内的干燥剂（硅的化合物）吸收进气过程中压缩空气的水分，这些水分可以通过竟干燥器排出的气体带走，以使干燥剂能得以重复使用。同时该信号（高度传感器）也被用来控制空气弹簧上的排气电磁阀，释放空气弹簧中已有的气体，从而达到维持弹簧内的压力和降低车身高度的目的。解释常见的控制方式：方式2空气压缩机电动机空气压缩机继电器高度传感器排气电磁阀空气干燥器空气弹簧电脑压力开关储液筒在空气压缩机与空气弹簧之间设置了高压的储气筒，空气压缩机输出的高压气体储存在该储气筒中，压力开关感受储气筒内的压力，最终通过电脑控制空气压缩机的运转。解释在控制系统中，高度传感器是检测部分，装在车身与悬架之间用来检测某一车轮或车轴上方车身高度的变化，向电脑提供车身高度信息高度传感器有簧片式、霍尔式和光电式等多种型式。其中光电式最为常见，其结构如下图。遮光板光电藕合器遮光板光电藕合器摆臂传感器轴在传感器内部有一根由连杆带动的传感器轴，轴上固定一个开有许多窄槽的圆盘圆盘的转动可在遮光器输出电路中出现开关电量转换这种不断转换的电量作为电信号输入电脑，用来识别悬架高度的变化，采用数个这样一来的遮光器，传感器就可以将车身高度划分为若干个区域，如果采用4个光电藕合器，则可以根据其通断状态，组合成16个车高区域。它两端的发光二极管和光敏三极管一道构成遮光器解释可调空气弹簧减振器总成是系统的执行机构，它是一个带有充气室的液压减振器若想抬高车身，空气压缩机会通过空气干燥器想空气弹簧内充气，使得空气弹簧伸张，车身高度变大；反之，则可将空气弹簧上的排气阀打开，空气弹簧内的压缩空气经过排气阀和空气干燥器被排向大气，空气弹簧缩短，车身高度随之降低。两组光电耦合元件输出信号与车身高度的关系1号开关信号2号开关信号车身状态10过高11偏高01偏低00过低汽车行驶时，高度传感器每8毫秒测量一次车身高度。高度调节范围一般为10-30MM，从操纵高度控制开关到启动空压机约需2秒时间，从压缩机开始充气到完成高度调节需要20-40秒时间。备注：系统保护措施在汽车行驶时，为了最大限度地降低车身振动对判断车身高度带来的影响，读数时间间隔会适当延长。高度传感器发出车身高度变化信号7-13S以后，EMSECU才会向执行元件发出控制信号。在这段时间，如果高度传感器没有输入信号，ECU就不会改变车身高度。发生频次。若在该段时间内所测得车高信号处于“过高区”比例达75%-80%以上，则电脑将根据高度传感器的输入信号，向排气电磁阀发出控制信号，打开排气电磁阀，空气弹簧气室中的空气通过空气干燥器排向大气，从而达到降低车身高度的目的。此后，通过检测当发现车高信号处于“过低区”或“低车身区”所占比例达到10%以上时，终止放气，完成一次车高调节。另外一个预防措施是：ECU控制压缩机一次运转的时间不超过2分钟；排气阀打开的时间不超过1分钟，防止系统泄漏时压缩机不停地工作并阻止排气孔不停地排气。在行李箱内设有一高度控制自动切断开关，当车身高度上升到极限时，自动切断控制电路。当电脑根据传感器信号判定车身高度低于规定的标准值时即刻向空气压缩机继电器发出控制信号，接通该继电器启动空气压缩机产生的压缩空气经空气干燥器向空气弹簧主气室充气，使车身高度增加。一旦车身高度达到标准值后，电脑通过空气压缩机继电器让空气压缩机停止工作，以维持车身高度。蓄电池电脑提供12V电压，通过一个20s延时关闭继电器，电脑在点火开关关闭后执行一个关闭程序。发动机转速通过位于交流发电机上的相位开关测得。当发动机转速低于500r/min时，电脑不允许空气压缩机工作。车速信号通过缓冲电路由仪表上获得，当车速超过某一规定值后（如80km/h），电脑自动降低车身高度（如20mm），以降低空气阻力，改善行驶稳定性。制动踏板上的开关信号提供汽车的制动信号，当汽车以高于8km/h的速度行驶时，电脑通知汽车进行高度调节。通过门控灯开关信号电脑判断车门是否打开，依此选择控制方式。通过模式选择开关信号，电脑以不同方式调节车身高度。空气压力开关和高度传感器信号则是电脑控制空气压缩机和车身高度的依据。从汽车行驶平顺性和操纵安全性考虑，悬架弹簧刚度和减振器阻尼应能随汽车行驶状况的改变而变化即可以在车辆行驶过程中，根据路面状态和车身的响应，对悬架参数进行控制，使车身的振动响应始终被限制在期望的范围内。这种系统通常以车身运动的位移、加速度等参数作为控制依据，由电脑控制电磁阀、步进电动机等执行机构，实现对弹