汽车电子控制主动悬架系统论文

目录内容摘要……………………………………………………….2关键词……………………………………………………….2第一章悬架概述…………………………………….……3第二章电子控制主动悬架系统工作原理…………………6第三章电子控制主动悬架系统的故障诊断与检测……11结语……………………………………………………15谢词…………………………………………………….16参考文献……………………………………………………16英文翻译…………………………………………………….17合肥工业大学高等职业技术学院2汽车电子控制主动悬架系统摘要：汽车中悬架的作用是连接车身与车轮,以适当的刚性支撑车轮,并吸收路面的冲击,改善车辆的舒适性和平顺性;还可以稳定汽车行驶,改善操纵性。悬架作用中的平顺性与操纵稳定性,有着相互矛盾的联系。电子控制悬架在其电子控制装置的控制下,能根据外界接受的信息或车辆本身状态的变化,进行动态的自适性调节,即电控悬架没有固定的悬架刚度和阻尼系数。这样可以随着道路条件的变化和行驶需要的不同要求而自动地调节,从根本上解决平顺性和操纵稳定性之间的矛盾,提高汽车的使用性能。本论文对丰田凌志LS400轿车的悬架系统作了相关研究,并以此介绍悬架系统的功能和类型,分析其基本工作原理,了解其基本的故障诊断及检测。关键词：悬架汽车电子控制Abstract:Intheautomobilethesuspensionforkfunctionisconnectstheautomobilebodyandthewheel,bythesuitablerigidsupportwheel,andabsorbstheroadsurfacetheimpact,improvesthevehiclescomfortablenessandsmoothness;Alsomaystabilizetheautomobiletravel,theimprovementmaneuverability.Insuspensionforkfunctionsmoothnessandtheoperationstability,havemutuallythecontradictoryrelation.Theelectroniccontrolsuspensionforkinunderitselectroniccontrolcontrol,cantheinformationorthevehiclesitselfconditionchangewhichacceptsaccordingtotheoutside,carriesondynamicallyfromthesuitableadjustment,namelyelectricallycontrolledsuspensionforknotfixedsuspensionforkrigidityanddampingfactor.Butthismaythedifferentrequestwhichneedsalongwiththepathconditionchangeandthetraveladjustautomatically,fundamentallysolvesbetweensmoothandtheoperationstabilitycontradiction,enhancestheautomobiletheoperationalperformance.ThepresentpaperhasdonethecorrelationresearchonthesuspensionforksystemofLS400carstoToyotalexus,introducedthesuspensionforksystemfunctionandthetype,analyzeditsbasicprincipleofwork,understandthebasicoffaultdiagnosisandtesting.Keywords:suspensionautomobileelectroniccontrol合肥工业大学高等职业技术学院3第一章悬架概述1．1汽车悬架系统的作用及组成悬架是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。它的作用是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）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都传递到车身上，以保证汽车的正常行驶。图1.1汽车悬架组成示意图汽车悬架尽管有各种不同的结构形式，但一般都是由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成（图1.1）。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击力将达到很大的数值。冲击力传到车身时，可能引起汽车机件的早期损坏；传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤。为了缓和冲击，在汽车行驶系中，除了采用弹性的充气轮胎之外，在悬架中还必须装有弹性元件，使车身与车轮之间作弹性联系。但弹性系统在受到冲击后，将产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。故悬架系统还应具有减振作用，以使振动迅速衰减，振幅迅速减小。为此，在许多形式的悬架系统中都设有专门的减振器。车轮相对于车身跳动时，车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求，否则就会影响汽车的操纵稳定性，因此，悬架系统中还应具有导向机构（如图1.1中的横、纵向推力杆），以使车轮按一定的轨迹相对于车身跳动。由此可见，上述这三个组成部分分别起缓冲、减振和导向的作用，然而三者共同的任务则是传力。在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中还设有辅助弹性元件--横向稳定器。需要指出的是，任何悬架只要具备上述功用，在结构上并非需要有以上全套装备。如一般汽车上广泛采用的多片钢板弹簧悬架，它既有缓冲、减振的功能，有负担起传力和导向的任务，因此，不需要再安装导向机构，甚至不要减振器（如后悬架）。1．2对汽车悬架系统的要求（1）.保证汽车有良好的行驶平顺性。合肥工业大学高等职业技术学院4（2）.具有合适的衰减振动能力（3）.保证汽车具有良好的操纵稳定性。（4）.汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适。（5）.有良好的隔声能力。（6）.结构紧凑、占用空间尺寸小。（7）.可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。1．3汽车悬架的分类及性能悬架的结构形式很多，分类方法也不尽相同。若按导向机构的形式来分可分为独立悬架和非独立悬架两大类。如果从控制力的角度来分，则可把悬架分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三大类。1．3．1被动悬架一般的汽车绝大多数装有由弹簧和减振器组成的机械式悬架。由于这种常规悬架系统内无能源供给装置，悬架的弹性和阻尼参数不会随外部状态而变化，因而称这种悬架为被动悬架。这种悬架虽然往往采用参数优化的设计方法，以求尽量兼顾各种性能要求，但在实际上由于最终设计的悬架参数是不可调节的，所以在使用中很难满足高的行驶要求。1．3．2半主动悬架半主动悬架可视为由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统，虽然它不能随外界的输入进行最优控制和调节，但它可按存贮在计算机内部的各种条件下弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。半主动悬架又称无源主动悬架，因为它没有一个动力源为悬架系统提供连续的能量输入，所以在半主动悬架系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼状态困难得多，因此在半主动悬架系统中以可变阻尼悬架系统最为常见。半主动悬架系统的最大优点是工作时几乎不消耗动力，因此越来越受到人们的重视。1．3．3主动悬架主动悬架是一种具有作功能力的悬架，通常包括产生力和扭矩的主动作用器（油缸、汽缸、伺服电机、电磁铁等）、测量元件（如加速度、位移和力传感器等）和反馈控制器等。因此，主动悬架需要一个动力源（液压泵或空气压缩机等）为悬架系统提供连续的动力输入。当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化时，主动悬架系统能自动调整悬架刚度（包括整体调整和各轮单独调整），从而同时满足汽车的行驶平顺性，操纵稳定性等各方面的要求，其优点可归纳为如下几个方面：（1）悬架刚度可以设计得很小，使车身具有较低的自然振动频率，以保证正常行驶时的乘坐舒适性。汽车转向等情况下的车身侧倾，制动、加速等情况下的纵向摆动等问题，由主动悬架系统通过调整有关车轮悬架的刚度予以解决。而对于传统的被动悬架系统，为同时兼顾到侧倾、纵摆等问题，不得不把悬架刚度设计得较大，因而正常行驶时汽车的乘坐舒适性受到损失。（2）采用主动悬架系统，因不必兼顾正常行驶时汽车的乘坐舒适性，可将汽车悬架抗侧倾、抗纵摆的刚度设计得较大，因而提高了汽车的操纵稳定性，即汽车的行驶安全性得以提高。合肥工业大学高等职业技术学院5（3）先进的主动悬架系统，还能保证在车轮行驶中碰抵砖石之类的障碍物时，悬架系统在瞬时将车轮提起，避开障碍行进，因而汽车的通过性也得以提高。（4）汽车载荷发生变化时，主动悬架系统能自动维持车身高度不变。在各轮悬架单独控制的情况下，还能保证汽车在凸凹不平的道路上行驶时，车身稳定。（5）普通悬架在汽车制动时，车头向下俯冲。而装有某些主动悬架系统的汽车却不存在这种情况。制动时，该车尾部下倾，因而可以充分利用后轮与地面间的附着条件，加速制动过程，缩短制动距离。（6）装有某些主动悬架系统的汽车在转向时，车身不但不向外倾斜，反而向内倾斜，从而有利于转向时的操纵稳定性。（7）主动悬架可使车轮与地面保持良好接触，即车轮跳离地面的倾向减小，保持与地面垂直，因而可提高车轮与地面间的附着力，使车轮与地面间相对滑动的倾向减小，汽车抗侧滑的能力得以提高。轮胎的磨损也得以减轻，转向时车速可以提高。（8）在所有载荷工况下，由于车身高度不变，保证了车轮可全行程跳动。而传统的被动悬架系统中，当汽车载荷增大时，由于车身高度的下降，车轮跳动行程减少，为不发生运动干涉，不得不把重载时的悬架刚度设计得偏高，因而轻载时的平顺性受到损失。而主动悬架系统则无此问题。（9）由于车身高度不变，侧倾刚度、纵摆刚度的提高，消除或减少了转向传动机构运动干涉而发生的制动跑偏、转向特性改变等问题，因而可简化转向传动机构的设计。（10）因车身平稳，不必装大灯水平自调装置。主动悬架系统的主要缺陷是成本较高，液压装置噪音较大，功率消耗较大。1.3.3.1主动悬架的分类主动悬架按其控制方式又可分为机械控制主动悬架系统和电子控制主动悬架系统。最早在英国伦敦的公共汽车上首先采用的一种主动悬架系统，这是一种纯机械式控制系统。系统中有四个油气弹簧和高度控制阀，油泵和贮压器可使供油管路中维持稳定的高压，四个高度控制阀则分别控制四个油气弹簧中的油压，从而控制了四个油气弹簧的刚度。汽车载荷增大时，高度控制阀动作，油气弹簧中油压上升，反之则油压下降，直至车身高度达到设定值为止。汽车转向时，外侧两个高度控制阀增大两个外侧油气弹簧的油压，内侧两个油气弹簧油压则下降，从而维持车身水平，即提高了车身抗侧倾能力。制动（或加速）时，则前面两个（或后面两个）高度控制阀使前面两个（或后面两个）油气弹簧中的油压上升，另外两个油气弹簧中的油压下降，维持车身水平，即提高了车身的抗纵摆能力。为了保证车轮正常跳动时防止高度控制阀误动作，在高度控制阀与车轮摆臂的连接传感元件中装有缓冲减振装置（图中未画出）。该缓冲减振装置的振动特性必须与车轮悬架的振动特性良好匹配才能保证系统正常工作。这一点完全靠机械振动系统的合理设计来保证。图1.2为法国某些雪铁龙汽车上采用的主动悬架系统（由英国开发）。也是一种纯机械控制系统，其主要特点是：前桥采用了两个高度控制阀，两个油气弹簧；后桥采用了一个高度控制阀，一个油气弹簧。两个前油气弹簧的液压缸分别于对角线处的两个对应的后液力滑柱的下腔相通，两个后液力滑柱的上腔均与后油气弹簧的液压腔相通。主液压管路中的液压由油泵和贮压器维持。机械控制悬架系统的特点是结构简单，成本低，但是机械控制悬架系统存在着控制功能少，控制精