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主动悬架技术的分析主动悬架技术的分析【主要内容】一、电控悬架系统概述二、电控悬架系统的结构和工作原理三、丰田电控悬架系统一、电控悬架系统概述1.汽车传统悬架的缺点悬架的功能有以下几方面：•（1）把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向力，以及这些反力所造成的力矩都传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车正常行驶。•（2）在装载变化、车速及行驶转弯等情况下，必须使车轮与轴线保持正确配合，保证车辆的稳定性。•（3）保持车辆行驶方向的可操作性，在各种道路条件下保证驾驶员能有效控制转向。•（4）与轮胎共同作用，缓冲来自车轮的振动，使车辆舒适、平稳行驶。传统的悬架系统的刚度和阻尼参数，是按经验设计或优化设计方法选择的，一经选定后，在汽车行驶过程中就无法进行调节，使得传统的悬架只能保证汽车在一种特定的道路和速度条件下达到性能最优的匹配，并且只能被动地承受地面对车身的作用力，而不能根据道路、车速的不同而改变悬架参数，更不能主动地控制地面对车身的作用力。1.汽车传统悬架的缺点2.电控悬架的功能•通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应。其基本功能如下：•1．车高调整•2．减振器阻尼力控制•3．弹簧刚度控制1．按传力介质的不同分:气压式、油压式2．按控制理论的不同分有级半主动式（阻尼力有级可调）半主动式无级半主动式（阻尼力连续可调）全主动式按频带和能量消耗不同慢全主动式主动式电磁阀驱动的油气主动式按驱动机构和介质不同步近电动机驱动的空气主动式3.电子控制悬架系统的种类（二）电控悬架系统的结构和工作原理电子控制液压悬架，能根据悬架的质量和加速度等，利用液压部件控制汽车的振动。1．电控液压调节悬架减振力（阻尼力）电控调节减振力（阻尼力）及弹簧刚度的控制过程为：通过电脑（自动）及手动开关，可改变悬架弹簧的弹性系数和减振器的缓冲力。电脑根据行车条件自动调整车辆减震力和阻尼力，通过控制缓冲力的强弱来消除车辆行驶中的不平衡，可以使车辆在颠簸路面上保持平稳姿态，并自动调整车辆在紧急制动时的前倾和急加速时的后仰，以保证乘座的舒适性。2．电控液压调节车高在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车辆高度，再控制进出油孔的开闭，使油气弹簧压缩或伸长，从而控制车辆高度。电子调整空气悬架中贮有起弹簧作用的压缩空气，减振器减振力、弹簧刚度和汽车高度控制，可根据驾驶条件自动控制和人为的开关控制。电子调整空气悬架是ECU根据高度位置传感器，检测车身高度，通过控制空气压缩机和高度，控制电磁阀的工作状况，来完成对空气弹簧的充放气来调节车身的高度。根据加速度传感器、制动灯开关、转向传感器等检测车辆的运行情况，通过控制悬架控制执行器的工作状态，来调节空气弹簧和减振器的刚度用减振力（阻尼力）。3.电控空气悬架三、丰田电控悬架系统1．丰田LS400电控悬架的功能1）车身高度控制功能，控制项目功能自动高度控制不管乘客和行李重量情况如何使汽车高度保持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“height(高)”位置时，汽车高度会降低到“正常”状态，这就改善高车速行驶时的空气动力学和稳定性驻车控制当点火开关关断后因乘客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2）减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制功能控制项目功能防侧倾控制使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态。该项控制能抑制侧倾而使汽车的姿势变化减至最小，以改善操纵性能防栽头控制使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态。该项控制能抑制汽车制动时栽头而使汽车的姿势变化减至最小防下坐控制使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态。该项控制能抑制汽车加速时后部下坐，而使汽车的姿势变化减至最小高车速控制使弹簧刚度变成“坚硬”状态，使减振力变成“中等”状态，该项控制能改善汽车高车速时的行驶稳定性和操纵性不平整道路控制使弹簧刚度和减振力视需要变成“中等”或“坚硬”状态，以抑制汽车车身在悬架上下垂，从而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力变成“中等”或“坚硬’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力变成“中等”或“坚硬”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。LS400电控悬架系统主要是由压缩空气系统和电子控制系统两部分组成。主要部件有：车辆高度控制阀，悬架高度传感器，汽车转向角传感器，压缩空气排气阀，悬架控制电脑、执行器、各种手动控制开关和汽车仪表板上的各种显示仪表、指示灯等。2．LS400电控悬架系统的构成LS400电控空气悬架元件位置LS400空气悬架电子控制系统示意图3.LS400电控悬架工作原理1）车身（底盘）高度工作原理车辆使用中，悬架ECU通过悬架高度位置传感器检测车身（底盘）的高度，如高出规定，则ECU使空气压缩机工作，同时打开高度电磁阀，压缩空气经过干燥器干燥后，经高度电磁阀，进入气压缸，使车身（底盘）升高。如检测车身底盘，高度低于规定，则打开高度电磁阀和排气阀，在车身重力的作用下，使气体排出气压缸，从而降低车身（底盘）高度。其中，压缩机只在升高的过程中工作，其余时间均不工作。2）悬架减振力（阻尼力）、弹簧刚度工作原理LS400悬架结构当空气阀转到如图的位置时，主、副气室的气体通道被打开，主气室的气体经空气阀的中间孔与副气室的气体相通，相当于空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚度为“软”。（1）空气弹簧的变刚度工作原理当空气阀转到如图所示的位置时，主、副气室的气体通道被关闭，主、副气室之间的气体不能相互流动，此时的空气弹簧只有主气室的气体参加工作，空气弹簧的刚度为“硬”。（1）空气弹簧的变刚度工作原理一般变阻尼减振器的结构：外壳为一个长圆柱缸筒，带有活塞的活塞杆插入缸筒内，缸筒内充满液压油，活塞上有节流孔。（2）变减振力（变阻尼力）工作原理变阻尼减振器的阻尼力调节特性阻尼力较弱时阻尼力中等时阻尼力较强时4.丰田电控悬架系统主要部件（1）空气压缩机空气压缩机由活塞和曲柄连杆机构组成，直流永磁电动机驱动，具有大扭矩和快速起动等特点。空气干燥器用于去除系统内由于空气压缩而产生的水分。为使结构紧凑，排气电磁阀、空气干燥器装在一起。空气干燥器安装在高度控制阀和排气阀之间，内部充满了硅胶。（2）空气干燥器高度控制排气电磁阀安装于空气干燥器的末端，当接收到控制电脑发出降低悬挂高度的指令时，即将系统中的压缩空气排出。（3）排气电磁阀高度控制电磁阀安装于空气干燥器和气动减振器之间。用于控制汽车悬挂的高度调节。高度控制电磁阀由电磁阀、阀体等组成。（4）高度控制电磁阀在汽车悬挂高度需要上升时：高度控制电磁阀接通，排气电磁阀关闭，向气动减振器充入压缩空气，使汽车悬挂升高。在汽车悬挂高度需要下降时：高度控制电磁阀接通，排气电磁阀打开，压缩空气通过空气干燥器排入大气中。空气悬架系统一般采用钢管和尼龙软管作为空气管。钢管用于固定在车身上的前、后高度控制阀之间的固定管道；尼龙软管用于诸如空气弹簧与高度控制阀之间有相对运动的管道。尼龙软管采用单触式接头，以方便维修和具有良好的密封性。（5）空气管空气悬架系统有4个气动减振器，每个气动减振器都包括一个可变化阻尼力的减振器和可变化弹性系数的空气弹簧。（6）气动减振器(1）空气弹簧空气弹簧安装于气动减振器的上端，与可变化阻尼力的减振器一起构成悬挂支柱，上端与车架相连，下端安装在悬挂摆臂上。空气悬架的空气弹簧由空气室和空气阀两部分组成，(2）可变阻尼减振器可变阻尼减振器安装于气动减振器的下端，与空气弹簧一起构成悬挂支柱，上端与车架相连，下端安装在悬挂摆臂上。电磁式悬架调节执行器由步进电机驱动。步进电机装在悬架调节执行器内，由定子和线圈以及永磁转子组成。定子有两个12极的铁芯，相互错开半齿而对置，两个线圈绕在两个铁芯上，但绕线方向相反。转子则是一个具有12极的永久磁铁。（7）电磁式悬架调节执行器线性式高度传感器的安装位置如图，线性式高度传感器利用因悬架位移量的变化而造成电阻器阻值的变化，得到线性式的输出，这种传感器具有检测精度高的特点。（8）线性式高度传感器线性式高度传感器结构加速度传感器用于测量车身的垂直加速度。加速度传感器共有3个，两个前加速度传感器分别装在前左、前右高度传感器内；一个后加速度传感器装在行李箱右侧的下面。这3个加速度传感器分别检测车身的前左、前右和后右位置的垂直加速度。车身后左位置的垂直加速度则由悬架ECU从这3个加速度传感器所获得的数据推导出来。（9）加速度传感器加速度传感器位置加速度传感器结构转角传感器外形结构如图，该传感器位于转向盘下面，装在组合开关总成内，用于检测汽车转弯的方向和转弯的角度。转向传感器由一个信号盘（有缝圆盘）和两个遮光器组成。每个遮光器有一个发光二极管和光敏晶体管，两者相互对置，并固定在转向柱管上。信号盘沿圆周开有20条光缝，它被固定在方向盘主轴上，随主轴转动而转动。（10）转角传感器转角传感器原理