電子控制懸架系統(tǒng)1

第四節(jié)，電子控制懸架系統(tǒng)1，汽車懸架的作用汽車懸架是指銜接車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)的一系列傳力安裝。一，概述〔1〕承載即接受汽車各方向的載荷，這些載荷包括垂直方向、縱向和側(cè)向的各種力?！?〕傳送動(dòng)力即將車輪與路面間產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力傳送給車身，使汽車向前行駛、減速或停車?！?〕緩沖即緩和汽車和路面情況等引起的各種振動(dòng)和沖擊，以提高乘員乘坐的溫馨性。2.汽車懸架的分類目前，汽車的懸架系統(tǒng)通常分為傳統(tǒng)被動(dòng)式、半自動(dòng)式、自動(dòng)式三類。自動(dòng)式懸架是一種帶有動(dòng)力源的懸架，在懸架系統(tǒng)中附加一個(gè)可控制造用力的安裝。自動(dòng)式懸架可根據(jù)汽車載荷、路面情況、行駛速度、啟動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等情況的變化，自動(dòng)調(diào)整懸架的剛度、阻尼力及車身高度等。二，電控懸架的構(gòu)造及任務(wù)原理汽車上裝用的普通減振器的伸張型減振器，缸筒為全密封式構(gòu)造，伸縮桿上有一個(gè)活塞，阻尼孔位于活塞上，活塞將缸筒分為上下兩腔。可描畫為“一筒二桿三閥四室〞。任務(wù)特性機(jī)械。汽車行駛過程中不可調(diào)理，由于汽車減震器的主要特性參數(shù)是阻尼理力，而阻尼力只受流通截面積影響。

而對(duì)于在復(fù)雜的路況條件下行駛的汽車，就不能夠滿足汽車在一切行駛車速和行駛條件下的有效減振，也就很難滿足現(xiàn)代汽車的溫馨性和支配穩(wěn)定性、平安性的要求。在現(xiàn)代中、高檔汽車上很少采用普通的減振器，轉(zhuǎn)而采用電控半自動(dòng)懸架或電控自動(dòng)懸架，以提高汽車的綜合性能。1.電控半自動(dòng)懸架的構(gòu)造和任務(wù)原理大部分半自動(dòng)懸架采用了手動(dòng)控制方式，由駕駛員根據(jù)路面情況和汽車的行駛條件，手動(dòng)控制相關(guān)的動(dòng)作，對(duì)減振器的阻尼力進(jìn)展變換。假設(shè)當(dāng)減振器的阻尼力被調(diào)整為“硬〞時(shí)，還可加強(qiáng)汽車在轉(zhuǎn)彎或在不平道路上行駛時(shí)抗側(cè)傾的才干，提高汽車支配的穩(wěn)定性。

1.電控半自動(dòng)懸架的構(gòu)造和任務(wù)原理假設(shè)當(dāng)減振器的阻尼力被調(diào)整為“軟〞時(shí)，使汽車行駛時(shí)的上下顛簸幅度減少，提高汽車乘坐的溫馨性。

這種懸架系統(tǒng)，可以經(jīng)過駕駛員根據(jù)汽車行駛的路面情況，借助擋位轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制懸架的特性參數(shù)變化。懸架系統(tǒng)性能控制的特性參數(shù)包括：減振器的阻尼力、橫向穩(wěn)定桿的剛度。其控制方式有機(jī)械式和電子控制式兩種。

電控半自動(dòng)懸架的普通任務(wù)原理是：利用傳感器把汽車行駛時(shí)路面的情況和車身的形狀進(jìn)展檢測(cè)，檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)輸入接口電路處置后，傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)展處置，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器動(dòng)作，完成懸架特性參數(shù)的調(diào)整。其任務(wù)原理如圖5.1所示。

圖5.1半自動(dòng)懸架系統(tǒng)的任務(wù)原理1.阻尼力的調(diào)理所謂阻尼力的調(diào)理就是根據(jù)汽車負(fù)荷、行駛路面的條件和汽車行駛形狀(加速、減速、制動(dòng)或轉(zhuǎn)彎等)來控制減振器的阻尼力，使汽車在整個(gè)行駛形狀下，減振阻尼力在二段(軟、硬)或三段(軟、中等、硬)之間變換。圖5.2所示為豐田汽車所裝用的電子控制半自動(dòng)懸架系統(tǒng)(TEMS)。它主要由方式選擇開關(guān)、電子控制單元(ECU)、可調(diào)理阻尼力的減振器、轉(zhuǎn)換阻尼力的執(zhí)行器、車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、制動(dòng)燈開關(guān)、空擋啟動(dòng)開關(guān)等部件組成。圖5.2豐田汽車裝用的電子控制半自動(dòng)懸架系統(tǒng)1—執(zhí)行部件；2—?jiǎng)恿D(zhuǎn)向傳感器；3—停車燈開關(guān)；4—TEMS指示燈；5—速度傳感器；6—執(zhí)行部件；7—ECU；8—方式選擇開關(guān)；9—空擋啟動(dòng)開關(guān)；10—節(jié)氣門位置傳感器該系統(tǒng)的根本任務(wù)原理是：根據(jù)汽車的行駛形狀和路面情況，方式選擇開關(guān)的任務(wù)方式，經(jīng)過相關(guān)的傳感器對(duì)汽車的行駛形狀、路面反響及車速等進(jìn)展檢測(cè)。

ECU對(duì)這些信號(hào)進(jìn)展比較和處置后，控制相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來改動(dòng)減振器的阻尼力，抑制汽車急加速時(shí)車尾的下蹲、汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾和緊急制動(dòng)時(shí)的點(diǎn)頭，以及高速行駛時(shí)車身的振動(dòng)等，以此來提高汽車乘坐的溫馨性和支配的穩(wěn)定性。方式選擇開關(guān)方式選擇開關(guān)位于變速器支配手柄旁，如圖5.3所示。駕駛員根據(jù)汽車的行駛情況和路面情況選擇方式選擇開關(guān)的組合方式，從而確定選擇方式來決議減振器的阻尼力大小。圖5.3方式選擇開關(guān)的位置和操作方法方式選擇開關(guān)的不同組合，可使懸架系統(tǒng)有四種任務(wù)方式：即自動(dòng)、規(guī)范(Auto、Normal)；自動(dòng)、運(yùn)動(dòng)(Auto、Sport)；手動(dòng)、規(guī)范(Manu、Normal)；手動(dòng)、運(yùn)動(dòng)(Manu、Sport)。

如選擇自動(dòng)方式，懸架系統(tǒng)可以根據(jù)汽車行駛形狀和車速等自動(dòng)地調(diào)理減振器的阻尼力，以保證讓汽車乘坐的溫馨性和支配的穩(wěn)定性。在手動(dòng)方式下，懸架系統(tǒng)的阻尼力只需規(guī)范(中等)和運(yùn)動(dòng)(硬)兩種形狀的轉(zhuǎn)換。

2)減振器可調(diào)阻尼力的減振器主要由缸筒、活塞及活塞控制桿和回轉(zhuǎn)閥等組成，如圖5.4所示。活塞桿為一空心桿，在活塞桿的中心裝有控制桿，控制桿的上端與執(zhí)行器相連。

圖5.4減振器的構(gòu)造表示圖1—阻尼調(diào)理?xiàng)U(回轉(zhuǎn)閥控制桿)；2—阻尼孔；3—活塞桿；4—回轉(zhuǎn)閥根據(jù)回轉(zhuǎn)閥與活塞桿上的小孔不同的連通情況，減振器的阻尼力有硬(hard)、軟(soft)、中等(normal)三種。這種阻尼力的特性是：硬(hard)——減振器的阻尼力較大，減振才干強(qiáng)，使汽車好似具有跑車的優(yōu)良支配穩(wěn)定性。中等(normal)——適宜用于汽車高速行駛。軟(soft)——減振器的阻尼力較小，減振才干較弱，可充分發(fā)揚(yáng)彈性元件的緩沖作用，使汽車具有高級(jí)旅游車的溫馨性。見表5-1?？烧{(diào)理阻尼力的減振器的根本任務(wù)原理：當(dāng)ECU促使執(zhí)行器任務(wù)時(shí)，經(jīng)過控制桿帶動(dòng)回轉(zhuǎn)閥相對(duì)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使回轉(zhuǎn)閥與活塞桿上的油孔連通或切斷，從而添加或減小油液的流通面積，使油液的流動(dòng)阻力改動(dòng)，到達(dá)調(diào)理減振器阻尼力的目的。

減振器阻尼力自動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)、運(yùn)動(dòng)一般情況下軟中等汽車急加速、急轉(zhuǎn)彎或緊急制動(dòng)硬硬高速行駛中等中等表5-1減振器的阻尼力與汽車的行駛形狀和路面情況的配置情況3)執(zhí)行器：如圖5.5所示，是汽車采用的直流電動(dòng)機(jī)式執(zhí)行器的構(gòu)造和任務(wù)原理圖。從圖中可以看出該執(zhí)行器主要由直流電動(dòng)機(jī)、小齒輪、扇形齒輪、電磁線圈、擋塊、控制桿組成。

每個(gè)執(zhí)行器安裝于懸架系統(tǒng)中減振器的頂部，并經(jīng)過其上的控制桿與減振器的回轉(zhuǎn)閥相銜接，直流電動(dòng)機(jī)和電磁線圈直接接受ECU的控制。圖5.5直流電動(dòng)機(jī)式執(zhí)行器的構(gòu)造和任務(wù)原理ECU輸出控制信號(hào)使電磁線圈通電控制擋塊的動(dòng)作(如將擋塊與扇形齒輪的凹槽分別)，另外直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)輸入的電流方向作相應(yīng)方向的旋轉(zhuǎn)。從而驅(qū)動(dòng)扇形齒輪作對(duì)應(yīng)方向的偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)控制桿改動(dòng)減振器的回轉(zhuǎn)閥與活塞桿油孔的連通情況，使減振器的阻尼力按需求的阻尼力大小和方向改動(dòng)。該執(zhí)行器的根本任務(wù)原理是：當(dāng)阻尼力調(diào)整適宜后，電動(dòng)機(jī)和電磁線圈都斷電，擋塊重新進(jìn)入扇形齒輪的凹槽，使被調(diào)整好的阻尼力大小能穩(wěn)定地堅(jiān)持。該執(zhí)行器的根本任務(wù)原理是：圖5.6驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)造4)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于檢測(cè)汽車轉(zhuǎn)向盤的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度，以便于ECU判別各減振器阻尼力的控制方式。TEMS上運(yùn)用的是光電式轉(zhuǎn)角傳感器(詳見后敘)。4)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)，汽車的車速信號(hào)及方式開關(guān)的擋位等，計(jì)算出各車輪減振器阻尼力的大小，然后經(jīng)過各執(zhí)行器進(jìn)展調(diào)理，以控制車身姿態(tài)的形狀。ECU可根據(jù)汽車行駛時(shí)的各種傳感器信號(hào)，如制動(dòng)燈開關(guān)信號(hào)、車速傳感器信號(hào)、方式選擇開關(guān)信號(hào)、節(jié)氣門位置信號(hào)等。

5)電子控制單元經(jīng)處置后確認(rèn)汽車的行駛形狀和路面情況(如汽車是低速行駛還是高速行駛；是直線行駛還是處于轉(zhuǎn)彎形狀；是在制動(dòng)還是在加速；自動(dòng)變速器能否處在空擋位置等)，以確定各懸架減振器的阻尼力大小，并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器予以調(diào)理。

圖5.9是ECU的系統(tǒng)原理圖。電子控制單元的根本任務(wù)原理：各傳感器和控制開關(guān)產(chǎn)生的電信號(hào)，經(jīng)輸入接口電路整形放大后，送入計(jì)算機(jī)CPU中，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處置和判別后分別輸出各控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相關(guān)的執(zhí)行器和顯示器任務(wù)。

圖5.9ECU系統(tǒng)原理圖這些控制信號(hào)有：促使執(zhí)行器改動(dòng)懸架減振器阻尼力的阻尼控制信號(hào)；促使發(fā)光二極管顯示懸架系統(tǒng)當(dāng)前阻尼力形狀的顯示控制信號(hào)。

TEMS指示燈的作用：一是顯示當(dāng)前形狀下懸架系統(tǒng)的阻尼力情況，二是顯示TEMS系統(tǒng)能否任務(wù)正常和指示TEMS系統(tǒng)能否存在缺點(diǎn)。

6)TEMS指示燈2.橫向穩(wěn)定器剛度的調(diào)理具有液壓缸構(gòu)造的橫向穩(wěn)定器，可以經(jīng)過內(nèi)部油路的開閉，使其成為剛性體或彈性體，從而調(diào)理橫向穩(wěn)定器的剛度。根本控制原理是：驅(qū)動(dòng)器根據(jù)ECU的信號(hào)，經(jīng)過穩(wěn)定器纜繩來控制穩(wěn)定桿內(nèi)部油路的封鎖和開啟。圖5.10驅(qū)動(dòng)器的外形及驅(qū)動(dòng)桿的位置1〕橫向穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)器圖5.11驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)造1—直流電動(dòng)機(jī)；2—蝸輪；3—小行星輪；4—齒圈；5—托架；6—限位開關(guān)；7—太陽輪；8—變速傳動(dòng)軸；9—蝸桿圖5.13直流電動(dòng)機(jī)1—驅(qū)動(dòng)桿；2—從動(dòng)桿；3—變速傳感器；4—蝸桿；5—小行星輪；6—齒圈；7—太陽輪；8—托架；9—限位開關(guān)(SW2)；10—限位開關(guān)(SW1)；11—直流電動(dòng)機(jī)；12—蝸桿；13—彈簧2〕穩(wěn)定器桿穩(wěn)定器桿安裝在穩(wěn)定器臂(扭桿)端部與獨(dú)立懸架下擺臂(下臂)之間，如圖5.14所示。可以以兩種形狀改動(dòng)安裝在活塞桿上端的穩(wěn)定器臂的改動(dòng)剛度，從而改動(dòng)汽車的抗側(cè)傾剛度。圖5.14穩(wěn)定器桿的作用(a)(b)圖5.15穩(wěn)定器桿的構(gòu)造1—單向閥；2—推桿；3—膜片；4—儲(chǔ)油腔；5—擋塊(緊縮側(cè))；6、9—圈簧；7—擋塊(伸張側(cè))；8—活塞；10—油泵3.傳感器傳感器主要用于采集有關(guān)汽車行駛形狀和路面情況等方面的信息，構(gòu)成電信號(hào)后輸入電子控制單元(ECU)，經(jīng)比較處置后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，完成減振器阻尼力和橫向剛度的調(diào)理。電控半自動(dòng)懸架系統(tǒng)的傳感器有車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器。1)車速傳感器車速是汽車懸架系統(tǒng)常用的控制信號(hào)，而汽車車身的側(cè)傾程度取決于汽車的車速和轉(zhuǎn)向半徑的大小。2)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤能否位于中間位置及轉(zhuǎn)向盤能夠的偏轉(zhuǎn)方向、偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)速度。在電控懸架中，電子控制單元可根據(jù)車速傳感器信號(hào)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號(hào)，判別汽車轉(zhuǎn)向時(shí)側(cè)向力的大小和轉(zhuǎn)向的方向，從而適時(shí)控制汽車抗側(cè)傾的才干。圖5.18光電式轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置和構(gòu)造1—轉(zhuǎn)角傳感器；2—傳感器；3—光電元件；4—遮光盤；5—軸；6—圓盤；7—傳感器圓盤圖5.19光電式轉(zhuǎn)角傳感器的任務(wù)原理圖5.20光電式轉(zhuǎn)角傳感器電路原理1.電子控制自動(dòng)懸架系統(tǒng)的功能配備電子控制自動(dòng)懸架系統(tǒng)的汽車可以根據(jù)本身的負(fù)載情況、行駛形狀和路面情況等，自動(dòng)地調(diào)理包括懸架系統(tǒng)的阻尼力、汽車車身高度和行駛姿態(tài)、彈性元件的剛度在內(nèi)的多項(xiàng)參數(shù)。這類懸架系統(tǒng)大多采用空氣彈簧或油氣彈簧作為彈性元件，經(jīng)過改動(dòng)彈簧的空氣壓力或油液壓力的方式來調(diào)理彈簧的剛度，使汽車的相關(guān)性能一直處于最正確形狀。

1)減振器的阻尼力調(diào)理這種減振器可以實(shí)現(xiàn)以下控制目的：〔1〕防止車尾下蹲控制〔2〕防止汽車點(diǎn)頭控制(3)防止汽車側(cè)傾控制(4)防止汽車縱向搖動(dòng)控制2)懸架系統(tǒng)彈性元件剛度的調(diào)理影響汽車乘坐的溫馨性和行駛的平安性的另一個(gè)主要要素就是汽車懸架彈性元件的剛度，懸架彈性元件的剛度將直接影響車身的振動(dòng)強(qiáng)度和對(duì)路況及車速的感應(yīng)程度。目前，中、高檔汽車傾向于利用可調(diào)剛度的空氣彈簧或油氣彈簧，經(jīng)過調(diào)理這些元件的空氣壓力的方法來調(diào)整彈性元件的剛度。經(jīng)過調(diào)理彈性元件的剛度和減振器的阻尼力，可使汽車四個(gè)車輪上的懸架參數(shù)具有不同組合，就可進(jìn)展車身高度和姿態(tài)的調(diào)理。如運(yùn)用空氣彈簧的懸架，當(dāng)乘員人數(shù)和載物較重使車身下沉?xí)r，經(jīng)過加大空氣彈簧氣壓的方法，使車身恢復(fù)到正常高度；3)車身高度和姿態(tài)的調(diào)理2.電子控制自動(dòng)懸架系統(tǒng)的組成如圖5.21所示，是轎車上配備電控空氣自動(dòng)懸架系統(tǒng)(A-ECS)，它能系統(tǒng)地控制汽車的車身高度、行駛姿態(tài)和懸架系統(tǒng)的阻尼力特性。2.電子控制自動(dòng)懸架系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)主要由空氣彈簧、普通螺旋彈簧、電子控制單元、車速傳感器、G傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、高度傳感器、阻尼力轉(zhuǎn)換執(zhí)行器、電磁閥、空氣緊縮機(jī)、