汽車底盤電控技術(shù)-5-電控懸架系統(tǒng)

1、電子控制懸架系統(tǒng) 電子控制懸架系統(tǒng)概述 電子控制懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理 典型車型電控懸架系統(tǒng)一、電控懸架系統(tǒng)概述1、采用電控懸架的目的：傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)使用的是定剛度彈簧和定阻尼系數(shù)減震器，只能適應(yīng)特定的道路和行駛條件，無法滿足變化莫測的路面情況和汽車行駛狀況，只能被動地接受地面對車身的各種作用力，不能主動去進行調(diào)節(jié)。故又稱為被動懸架系統(tǒng)。電控懸架系統(tǒng)的最大優(yōu)點是懸架隨不同的路況和行駛狀態(tài)作出不同的反應(yīng)，即可使汽車的乘坐舒適性令人滿意，又能使操縱穩(wěn)定性達到最佳狀態(tài)。2、電控懸架系統(tǒng)的分類n按傳遞介質(zhì)不同，分氣壓式和油壓式。n按驅(qū)動機構(gòu)和介質(zhì)不同，分電磁閥驅(qū)動的油氣主動式懸架和步進電機驅(qū)動的空氣主

2、動懸架。n按控制理論不同，分半主動式和主動式。n主動懸架是一種能供給和控制動力源的裝置，它根據(jù)各傳感器檢測的信號，自動調(diào)整懸架的剛度、阻尼力以及車身高度，從而顯著提高汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性，懸架阻尼和剛度都可調(diào)。n半主動懸架不需要外加動力源，因而消耗的能量小，成本低，僅懸架剛度、阻尼之一可調(diào)。3、電控懸架的功能電控懸架系統(tǒng)的基本目的是控制調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼力?；竟δ苡校夯竟δ苡校很嚫哒{(diào)整：不論負(fù)載多少，汽車高度均一定；在壞路面上行駛時，使車高升高，高速行駛時，車高降低。減震器阻尼力控制：調(diào)整減震器阻尼系數(shù)，防止汽車起步或急加速時車尾后坐；防止緊急制動時車頭下沉；防止急轉(zhuǎn)彎時車身橫向

3、搖動；防止汽車換檔時車身縱向搖動等。彈簧剛度控制：調(diào)整彈簧彈性系數(shù)，改善乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。有些車型有其中一至二個功能，少數(shù)同時有三個功能。有些車型有其中一至二個功能，少數(shù)同時有三個功能。二、電控懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理n一、組成傳感器：車高傳感器、車速傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。n開關(guān)：模式選擇開關(guān)、制動燈開關(guān)、停車開關(guān)、車門開關(guān)等。執(zhí)行器：可調(diào)阻尼力減震器、可調(diào)節(jié)彈簧高度和彈性大小的彈性元件等。ECUn一般原理：l利用傳感器（包括開關(guān)）檢測汽車行駛時路面的狀況和車身的狀態(tài)，輸入ECU后進行處理，然后通過驅(qū)動電路控制懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器動作，完成懸架特性參數(shù)的

4、調(diào)整。二、傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器加速度傳感器車身高度傳感器車身高度傳感器加速度傳感器傳感器位置傳感器位置1、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器n【作用作用】檢測轉(zhuǎn)向盤的中間位置、轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)動角度。以判斷轉(zhuǎn)向時側(cè)向力的大小和方向，以控制車身的側(cè)傾。n【類型類型】多采用光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器。n【安裝位置安裝位置】轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向軸上。n【結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)】在轉(zhuǎn)向軸的帶窄縫的圓盤上裝有兩組光電耦合器，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，可輸出兩組脈沖信號。根據(jù)此信號可判斷轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速；通過兩組信號的相位來判斷轉(zhuǎn)向的方向。光電式轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置和結(jié)構(gòu) 光電式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器光電式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器 光電式轉(zhuǎn)角傳感器

5、的工作原理和電路原理 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器工作原理 當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，信號盤同時轉(zhuǎn)動，兩個光電耦合器的輸出端產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角成一定比例的通(ON)、斷(OFF)的交變信號，懸架系統(tǒng)控制裝置根據(jù)此信號的變化來判斷轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。同時，根據(jù)脈沖信號的相位差來判斷轉(zhuǎn)向盤的偏轉(zhuǎn)方向。 這是因為兩個耦合元件在安裝位置上使它們的ON、OFF變換的相位錯開90，可以通過判斷哪個耦合元件信號首先轉(zhuǎn)變狀態(tài)，來檢測出轉(zhuǎn)向軸的偏轉(zhuǎn)方向。 例如，向左轉(zhuǎn)時，左側(cè)耦合元件總是先于右側(cè)耦合元件達到ON狀態(tài)；而向右轉(zhuǎn)時，右側(cè)耦合元件總是先于左側(cè)耦合元件達到ON狀態(tài)。 2、車身高度傳感器n【作用作用】檢測汽車行駛時車身高度的變化

6、情況（汽車懸架的位移量）。n【類型類型】片簧開關(guān)式、霍爾式、光電式。其中光電式應(yīng)用較多。n【光電式傳感器原理光電式傳感器原理】有一根靠連桿帶動轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上固定一個開有許多窄槽窄槽的圓盤圓盤，圓盤兩邊裝有四組光電耦合器。當(dāng)車身高度變化時，通過連桿可使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，因而四組光電耦合器可感應(yīng)出四組脈沖信號，通過這四組脈沖信號的不同組合，可反映車高的高度范圍。光電耦合元件的狀態(tài)與車高的對照表光電耦合元件的狀態(tài)與車高的對照表車高光電耦合元件的狀態(tài)車高范圍計算結(jié)果1234高低OFFOFFONOFF15過高OFFOFFONON14ONOFFONON13高ONOFFONOFF12ONOFFOFFOFF11O

7、NOFFOFFON10普通ONONOFFON9ONONOFFOFF8ONONONOFF7ONONONON6低OFFONONON5OFFONONOFF4OFFONOFFOFF3OFFONOFFON2過低OFFOFFOFFON1OFFOFFOFFOFF03、加速度傳感器n【作用作用】檢測車身橫向加速度和縱向加速度。橫向加速度傳感器主要用于檢測汽車轉(zhuǎn)向時，汽車因離心力的作用而產(chǎn)生的橫向加速度，以判斷懸架系統(tǒng)阻尼力改變的大小及空氣彈簧中空氣壓力的調(diào)節(jié)情況，以維持車身的最佳姿勢。n【類型類型】差動變壓器式和鋼球位移式。n【別名別名】G傳感器差動變壓器式加速度傳感器彈簧封入硅油檢測線圈勵磁線圈心桿心桿 二

8、次繞組一次繞組電源二次繞組一次繞組 汽車轉(zhuǎn)彎、加減速時，心桿在橫向力或縱向力作用下移動，使檢測線圈的輸出電壓發(fā)生變化。鋼球位移式加速度傳感器汽車轉(zhuǎn)彎、加減速時，鋼球在橫向力或縱向力作用下移動，使檢測線圈的輸出電壓發(fā)生變化。4、信號開關(guān)車門開關(guān)停車燈開關(guān)阻尼模式指示燈和車身高度指示燈高度控制開關(guān)阻尼模式選擇開關(guān)5、模式選擇開關(guān)n【位置位置】變速器旁。n【作用作用】根據(jù)汽車的行駛狀況和路面情況選擇懸架的運行模式，從而決定減震器的阻尼力大小。n【運行模式運行模式】標(biāo)準(zhǔn)（Norm）、運動（Sport）兩種。n豐田凌志車稱此開關(guān)為LRC開關(guān)nLRCLexus Riding Control 凌志乘坐控制阻

9、尼模式選擇開關(guān)開關(guān)位置阻尼力軟硬乘坐舒適操縱穩(wěn)定6、高度控制開關(guān)n【作用作用】改變車身高度設(shè)置。n【運行模式運行模式】低（Low）、高（Hight）兩種。開關(guān)位置車身高度高車身高度控制開關(guān)低阻尼模式指示燈車身高度指示燈三、執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理EMS ECU懸架控制執(zhí)行器高度控制閥壓縮機和干燥器組成帶減震器的氣動缸1、阻尼力控制執(zhí)行機構(gòu) n可調(diào)阻尼力減振器 1阻尼調(diào)節(jié)桿 2阻尼孔 3活塞桿 4回轉(zhuǎn)閥 n可調(diào)阻尼力減振器工作原理n當(dāng)回轉(zhuǎn)閥上的A、B、C三個截面的阻尼孔全部被回轉(zhuǎn)閥封住，這時只有減振器下面的主阻尼孔在工作，所以此時阻尼為最大，減振器被調(diào)節(jié)到“硬”狀態(tài)。n當(dāng)回轉(zhuǎn)閥從“硬”狀態(tài)位置順

10、時針轉(zhuǎn)動60時， B截面的阻尼孔打開，A、C兩截面的阻尼孔仍關(guān)閉。因為多了一個阻尼孔參加工作，減振器處于“運動”狀態(tài)，也稱為中間狀態(tài)。n當(dāng)回轉(zhuǎn)閥從“硬”狀態(tài)位置逆時針轉(zhuǎn)動60時，A、B、C三個截面的阻尼孔全部打開，此時減振器的阻尼最小，減振器處于“軟”狀態(tài)。 凌志凌志LS400 ucF20型可調(diào)減振器型可調(diào)減振器 2、彈簧剛度控制的執(zhí)行機構(gòu) n空氣懸架氣動缸 空氣懸架氣動缸主、副氣室設(shè)計為一體。主氣室容積可變，壓縮空氣進入主氣室可升高懸架的高度。主氣室與副氣室之間有一個通道，氣體可以相互流通。改變主、副氣室的氣體通道的大小，就可以改變空氣懸架的剛度。懸架的上方與車身相連，下方與車輪相連，隨著車

11、身與車輪的相對運動，主氣室的容積在不斷變化。減振器的活塞通過中心桿（阻尼調(diào)整桿）和懸架控制執(zhí)行器相連接。執(zhí)行器帶動調(diào)整桿可以改變活塞阻尼孔的大小，從而改變減振器的阻尼系數(shù)。 利用彈簧實現(xiàn)車高調(diào)整1阻尼調(diào)節(jié)桿 2空氣閥控制桿 3主副氣室通路 4副氣室 5主氣室 6氣閥體 7小氣體通路 8閥體 9大氣體通路 懸架剛度的調(diào)節(jié)原理n懸架剛度可以在低、中、高三種狀態(tài)間變化。當(dāng)閥芯的開口轉(zhuǎn)到對準(zhǔn)圖示的低位置時，氣體通道的大口被打開。主氣室的氣體經(jīng)過閥芯的中間孔、閥體側(cè)面通道與副氣室的氣體相通，兩氣室之間的空氣流量越大，相當(dāng)于參與工作的氣體容積增大，懸架剛度處于低狀態(tài)。當(dāng)閥芯開口轉(zhuǎn)到對準(zhǔn)圖示的中間位置時，氣

12、體通道的大口被關(guān)閉、小口被打開。兩氣室之間的流量小，懸架剛度處于中間狀態(tài)。當(dāng)閥芯開口轉(zhuǎn)到對準(zhǔn)圖示的高位置時，兩氣室之間的氣體通道全部被封閉，兩氣室之間的氣體相互不能流動。壓縮空氣只能進入主氣室，懸架在振動過程中，只有主氣室的氣體單獨承擔(dān)緩沖工作，懸架剛度處于高狀態(tài)。 懸架綜合控制懸架綜合控制 3、車高控制的執(zhí)行機構(gòu) n豐田車自動高度控制氣路車身高度控制車身高度控制n停車水平控制停車水平控制n特殊行駛工況高度控制特殊行駛工況高度控制n自動水平控制自動水平控制 n氣壓式氣壓式n油壓式油壓式車高控制系統(tǒng)的控制流程車高控制系統(tǒng)的控制流程 LEXUS LS400電子控制懸架系統(tǒng)是采用空氣彈簧的半主動式電

13、控懸架，彈簧剛度和汽車車身高度控制可根據(jù)駕駛條件自動控制。減振器的阻尼大小也由電子控制，以抑制車輛側(cè)傾，制動時前部點頭和高速行駛時后部下沉等汽車姿態(tài)變化，因此能明顯保持乘坐的舒適性和操縱的穩(wěn)定性。 三 LEXUS LS400電子控制懸架系統(tǒng) LEXUS LS400電控懸架系統(tǒng)控制功能n彈簧剛度和減振阻尼控制 防側(cè)傾控制 使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項控制能抑制側(cè)傾，使汽車的姿勢變化減至最小，以改善操縱性 防“點”頭控制 使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項控制能抑制汽車制動“點”頭，使汽車的姿勢變化減至最小 防后仰控制 使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項控制能抑制汽車加速時

14、后仰，使汽車的姿勢變化減至最小 高車速控制 使彈簧剛度變成“硬”狀態(tài)和使減振阻尼變成“中”狀態(tài)。該項控制能改善汽車高速行駛時的穩(wěn)定性和操縱性 彈簧剛度和減振阻尼控制不平整道路控制 使彈簧剛度和減振阻尼視需要變成“中”或“軟”狀態(tài)，以抑制汽車車身在懸架上下跳動，改善汽車在不平坦道路上行駛時的乘坐舒適性 顛動控制 使彈簧剛度和減振阻尼變成“中”或“軟”狀態(tài)。它能抑制汽車在不平坦道路上行駛時的顛動 跳振控制 使彈簧剛度和減振阻尼變成“中”或“軟”狀態(tài)。該項控制能抑制汽車在不平坦道路上行駛時的上下跳振 路面感應(yīng)半主動控制 對應(yīng)于不同的道路，提供四輪獨立的減振阻尼最佳控制。相應(yīng)地，汽車可在各種不同的道路

15、和行駛狀況下保持恒定姿態(tài) 車身高度控制 自動高度控制 不管乘員和行李重量情況如何，使汽車高度保持在某一個恒定的高度位置。操作高度控制開關(guān)能使汽車的目標(biāo)高度變?yōu)椤罢！被颉案摺钡臓顟B(tài) 高車速控制 當(dāng)高度控制開關(guān)在“hight（高）”位置時，汽車高度會降低到“正?！睜顟B(tài)。這就改善高速行駛時的空氣動力學(xué)和穩(wěn)定性 點火開關(guān)關(guān)斷控制 當(dāng)點火開頭關(guān)斷后因乘員重量和行李重量變化而使汽車高度變?yōu)楦哂谀繕?biāo)高度時，能使汽車高度降低到目標(biāo)高度。這就能改善汽車駐車時的姿勢 LEXUS LS400電控懸架系統(tǒng)的組成懸架控制開關(guān)。由LRC開關(guān)和高度控制開關(guān)組成。LRC開關(guān)有“SPORT(運動)”和“NORM(標(biāo)準(zhǔn))”兩種

16、模式。 高度控制開關(guān)用于選擇控制車身高度，有“High(高)”和“NORM(標(biāo)準(zhǔn))”兩種模式。高度控制ON/OFF開關(guān)。安裝在汽車尾部后備箱的左邊。處于ON位置時，系統(tǒng)可進行車身高度自動控制；當(dāng)處于OFF位置時，系統(tǒng)不執(zhí)行車身高度控制。如當(dāng)車輛被舉升或停在不平的路面時不能對車身高度進行調(diào)節(jié)。車身高度指示燈。指示燈位于組合儀表上，用于指示所選擇的車身高度。LRC指示燈。此燈也位于組合儀表上，用于指示當(dāng)前減振器和空氣彈簧的工作模式(“NORMAL AUTO”或“SPORT AUTO”)。選擇“SPORT AUTO”模式時燈亮，否則燈熄滅。高度控制插座。連接該插座上的相應(yīng)端子，能不通過ECU而直接控制空氣壓縮機電動機、高度控制電磁閥及排氣電磁閥，從而使檢修方便。此插座上還提供了用于清除存儲器中故障代碼的端子。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器。光電式高度傳感器。光電式l號和2號高度控制閥。分別裝在前、后懸架上，1號高度控制閥用于前懸架，此閥中有兩個電磁閥，分別控制左右空氣彈簧。2號高度控制閥用于后懸架，它也是由兩個電磁閥組成，它與1號高度控制閥不同的是，它們不是單獨控制，而是同時動作。在2號高度控制閥中還裝有一個安全閥，用于防止管路中壓力過高。懸架電控單元ECU。用于控制減振器的阻尼力、懸架的剛度及車身高度。懸架控制執(zhí)行器。