第八章汽车电子控制悬架系统

第八章汽车电子控制悬架系统第一节电子控制悬架系统的组成第二节电子控制变高度悬架系统第三节电子控制变刚度悬架系统第四节电子控制变阻尼悬架系统第五节变高度、变刚度、变阻尼悬架系统第一节电子控制悬架系统的组成一、电子控制悬架系统的功用电子控制悬架系统的功用是:在汽车行驶路面、行驶速度和载荷变化时，自动调节车身高度、悬架刚度和减振器阻尼的大小，从而改善汽车的行驶平顺性(即乘坐舒适性)。阻尼指的是当振动的物体或振荡电路的能量逐渐减少时，振幅相应减小的现象。在装备电子控制悬架系统的汽车上，当汽车急转弯、急加速或紧急制动时，乘坐人员能够感到悬架较为坚硬，而在正常行驶时能够感到悬架比较柔软;电控悬架还能平衡地面反力，使其对车身的影响减小到最低程度。因此，随着汽车电子技术的发展与进步，许多中高档轿车、大客车以及越野汽车都装备了电子控制悬架系统。下一页返回第一节电子控制悬架系统的组成二、电子控制悬架系统的组成电子控制悬架系统主要由前车身高度传感器、后车身高度传感器、转向盘转向与转角传感器、节气门位置传感器和车速传感器、控制开关、电子调节悬架电控单元(EMSECU)和执行器组成。车身高度传感器采集前后车身的高度信号、转向盘转向与转角传感器采集汽车行驶方向信号、节气门位置传感器采集驾驶员加或减速信号、车速传感器采集汽车行驶速度信号。传感器和控制开关向EMSECU输入车身以及汽车行驶的状态信息，EMSECU接收传感器和控制开关输入的电信号，并向执行元件发出控制指令，执行元件产生一定的机械动作，从而改变车身高度、空气弹簧的刚度或减振器的阻尼。下一页上一页返回第一节电子控制悬架系统的组成不同汽车电子调节悬架系统的功能与零部件组成各不相同，丰田汽车电子调节悬架系统的组成如图8一1所示，主要由前后车身高度传感器、转向盘转向与转角传感器、高度控制开关、高度控制自动切断开关、驾驶模式选择开关、制动灯开关、悬架调节电控单元EMSECU、前后悬架控制执行器、前后高度控制继电器、前后高度控制阀、储气筒与调节阀、高度控制空气压缩机、干燥器与排气阀总成等组成。下一页上一页返回第一节电子控制悬架系统的组成三、电子控制悬架系统的分类电子控制悬架系统采用的控制方式有控制车身高度、控制空气弹簧的刚度和控制油液减振器的阻尼等。根据电子控制悬架系统的功能不同，目前采用的电子控制悬架系统主要有以下几种类型:(1)电子控制变高度空气弹簧悬架系统;(2)电子控制变刚度空气弹簧悬架系统;(3)电子控制变阻尼减振器悬架系统;(4)电子控制变高度与变刚度空气弹簧悬架系统;(5)电子控制变高度、变刚度空气弹簧与变阻尼减振器悬架系统上一页返回第二节电子控制变高度悬架系统一、变高度控制悬架系统的组成车身高度控制系统的主要功用是当车内乘员或载荷变化时，自动调节车身高度，使汽车行驶姿态稳定，从而提高乘坐舒适性。车身高度控制系统分为两大类型，一类是仅对两个后轮悬架进行控制;另一类是对全部四个车轮的悬架进行高度控制。两种类型的控制原理基本相同。最早也是最简单的微机控制悬架系统是福特汽车公司礼貌(Courtesy)牌轿车上采用的电子控制变高度空气弹簧悬架系统。该系统仅对两个后轮悬架进行控制，主要由一只高度传感器、电控单元、空气压缩机、空气压缩机驱动电机、空气压缩机继电器、空气干燥器、排气电磁阀、空气软管、后轮空气减振器等组成。高度传感器采用磁感应式传感器，安装在后车架与悬架控制臂之间，用以检测车身后部高度的变化。下一页返回第二节电子控制变高度悬架系统目前，汽车普遍采用的车身高度控制系统组成简图如图8-2所示，由4只高度传感器(每个减振器下面各设1只)、控制开关、电控单元EMSECU、高度调节执行器(包括4个气压缸、两只高度控制电磁阀、空气压缩机、干燥器和空气管路)等组成。二、变高度控制悬架系统的控制过程变高度控制悬架系统在汽车乘员或载荷变化时，能够自动调节车身高度。当乘员或载荷增加时，系统将自动调高车身高度;反之，当乘员或载荷减小时，系统将自动调低车身高度。变高度控制悬架系统的控制过程如图8一3所示。1.车身高度不变时悬架系统的控制过程当车身高度传感器输入电控单元EMSECU的信号表示车身高度在设定高度范围内时，EMSECU将发出指令使空气压缩机停止转动，空气减振器内空气量保持不变，车身高度保持在正常位置。下一页上一页返回第二节电子控制变高度悬架系统2.车身高度降低时悬架系统的控制过程当汽车乘员或载荷增加使车身高度“偏低”或“过低”时，高度传感器将向悬架控制电控单元EMSECU输入车身“偏低”或“过低”的信号。EMSECU接收到车身高度降低的信号时，立即向压缩机继电器和高度控制电磁阀发出电路接通指令，在接通高度控制空气压缩机继电器电路使压缩机运转的同时，接通高度控制电磁阀线圈电路使电磁阀打开，压缩空气进入空气弹簧的气压腔(气室)，气压腔充气量增加便使车身高度上升。空气压缩机继电器触点接通时，直流电机带动空气压缩机运转，从压缩机输出的压缩空气进入干燥器干燥后进入储气罐，储气罐的气体压力由调压阀进行调节。下一页上一页返回第二节电子控制变高度悬架系统3.车身高度升高时悬架系统的控制过程当汽车乘员或载荷减少使车身高度“偏高”或“过高”时，高度传感器将向悬架控制电控单元EMSECU输入车身升高的信号。EMSECU接收到车身高度升高的信号时，立即向空气压缩机继电器发出电路切断指令，并向排气阀和高度控制电磁阀发出电路接通指令，压缩机继电器触点迅速断开使电动机电路切断而停止运转，排气阀和高度控制电磁阀线圈电路接通使电磁阀打开，空气从减振器气压腔、经高度控制电磁阀、空气软管、干燥器、排气阀排出，气压腔空气量减少使车身高度降低。下一页上一页返回第二节电子控制变高度悬架系统4.系统保护措施从减振器中放出的空气经过干燥器时，带走了干燥剂中的湿气。这样，干燥剂经过一段时间使用后不会被湿气浸透。这种保护干燥剂的再生干燥系统为许多空气悬架系统所采用。干燥器中空气的最小压力保持在不低于55~165kPa，从而保证系统中有一定量的空气。这样在乘员或载荷减少使减振器伸长时，空气弹簧的气压腔不致凹瘪。上一页返回第三节电子控制变刚度悬架系统一、变刚度悬架系统的组成在部分小轿车、越野汽车和大型豪华客车上采用的电子控制悬架系统中，每个车轮上都采用了空气弹簧和普通减振器。改变空气弹簧气压腔中压缩空气的压力(实际上是改变空气密度)，即可改变空气弹簧悬架的刚度。变刚度空气弹簧悬架系统也是由高度传感器、控制开关、电控单元EMSECU、刚度调节执行器(气压缸、高度控制电磁阀、空气压缩机、干燥器和空气管路)等组成。下一页返回第三节电子控制变刚度悬架系统二、空气弹簧悬架刚度的调节原理在汽车行驶过程中，为了防止或抑制车身出现“点头”、“侧倾”、“后坐”等现象，需要调节相应悬架的高度和减振器的阻尼。例如，当汽车紧急制动时，为了抑制点头现象，悬架控制电控单元EMSECU将根据制动灯开关接通信号和车速传感器提供的车速高低信号，向前空气弹簧执行元件发出指令使其气压升高，增大前空气弹簧的刚度，同时控制后空气弹簧执行元件使后空气弹簧放气，减小其刚度。当控制单元计算的车速变化量表明无须抗点头控制时，就使前、后空气弹簧恢复到原来的压力。下一页上一页返回第三节电子控制变刚度悬架系统空气弹簧悬架刚度的调节原理如图8一5所示，在主气压腔与辅气压腔之间的气阀阀体上设有大小两个通道。气阀控制杆由步进电机驱动，控制杆转动时，阀芯随之转动。阀芯转过一定角度时，气体通道的大小就会改变，主、辅气压腔之间气体的流量就会改变，从而使空气弹簧悬架的刚度发生变化。空气弹簧悬架的刚度分为“低”、“中”、“高”三种状态。上一页返回第四节电子控制变阻尼悬架系统一、变阻尼悬架系统的组成在电子控制悬架系统中，最常用的是变阻尼悬架系统。改变减振器阻尼的悬架系统相对于使用空气弹簧的悬架系统有许多优点，最突出的优点是质量轻，因为空气弹簧悬架系统需要空气压缩机和干燥器，使整车质量大大增加，而变阻尼悬架系统只增加了电子控制元件和改变减振器阻尼的执行元件的质量。变阻尼悬架系统采用的控制方式分为以下三种:(1)根据汽车行驶状况进行控制;(2)根据驾驶员选择的运行模式进行控制;(3)根据汽车行驶状况和驾驶员选择的运行模式进行控制。下一页返回第四节电子控制变阻尼悬架系统二、减振器阻尼控制机构的结构特点1.运行模式选择开关电子控制悬架系统减振器阻尼的工作模式选择开关又称为运行模式选择开关，用于选择减振器阻尼的工作模式。驾驶员选择的}一作模式不同，减振器阻尼的状态也不相同。减振器阻尼的状态一般设有“标准”、“中等硬度”和“坚硬”三种。2.变阻尼执行元件丰田汽车电子调节悬架系统的执行元件安装在减振器支柱顶部，结构如图8-7所示下一页上一页返回第四节电子控制变阻尼悬架系统三、减振器阻尼的控制过程1.阻尼“柔软”的控制过程当电控单元EMSECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“柔软”状态时，控制单元向步进电机发出控制指令使其沿顺时针方向旋转，因此小齿轮驱动扇形齿轮沿逆时针方向转动，直到扇形齿轮凹槽的一边靠在挡块上为止，如图8-9(a)所示下一页上一页返回第四节电子控制变阻尼悬架系统2.阻尼“中等”的控制过程当电控单元EMSECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“中等”状态时，控制单元向步进电机发出控制指令使其沿逆时针方向旋转，因此小齿轮便驱动扇形齿轮沿顺时针方向转动，直到扇形齿轮凹槽的另一边靠在挡块上为止(从“柔软”位置开始计算，其转角约为120°)，如图8-9(c)所示。与此同时，扇形齿轮带动回转阀控制杆和回转阀旋转，回转阀上的阻尼孔与活塞杆上的减振油液孔的相对位置如图8-10所示。由于只有B-B截面上的阻尼孔打开，允许减振油液流过活塞的流动速度不快也不慢，因此减振器能以缓慢速度伸缩，使阻尼处于“中等”状态。下一页上一页返回第四节电子控制变阻尼悬架系统3.阻尼“坚硬”的控制过程当电控单元EMSECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“坚硬”状态时，控制单元将同时向步进电机和电磁线圈发出控制指令，使步进电机和扇形齿轮从阻尼“柔软”或“中等”的极限位置旋转约60°(从“柔软”的极限位置顺时针旋转60°，从“中等”的极限位置逆时针旋转60°)，接通电磁线圈电流，其电磁吸力将挡块吸出，使挡块进入扇形齿轮凹槽中间部位的一个凹坑内，如图8-9(b)所示。与此同时，扇形齿轮带动回转阀控制杆和回转阀旋转，回转阀上的阻尼孔与活塞杆上的减振油液孔的相对位置如图8一10所示。由于A-A,B-B和C-C截面上的三个阻尼孔全部关闭，减振油液不能流动，因此减振器伸缩非常缓慢，使阻尼处于“坚硬”状态。下一页上一页返回第四节电子控制变阻尼悬架系统4.变阻尼悬架系统指示灯的控制电控单元除了向执行元件发出控制信号外，同时还向汽车仪表盘上的三只悬架系统指示灯发出控制指令。当减振器处于“柔软”阻尼状态时，控制左边一只指示灯发亮;当减振器处于“中等”阻尼位置时，控制左边和中间共两只指示灯发亮;当减振器处于“坚硬”阻尼位置时，控制三只指示灯全部发亮。悬架系统指示灯在接通点火开时，大约发亮2s后熄灭，以便驾驶员检查指示灯及其线路是否完好。如果控制单元发现系统有故障，将使这些指示灯闪烁，提示驾驶员系统有故障。上一页返回第五节变高度、变刚度、变阻尼悬架系统一、变高度、变刚度、变阻尼悬架系统的组成在现代汽车采用的电子控制悬架系统中，通常同时使用了空气弹簧和变阻尼减振器。同前述悬架系统一样，减振器的螺旋弹簧用于支撑汽车的质量，减振器控制系统用于调节减振器的阻尼，空气弹簧用于调节车身高度和刚度。如图8一11所示为三菱公司采用的电子控制悬架系统。下一页返回第五节变高度、变刚度、变阻尼悬架系统二、变高度、变刚度、变阻尼悬架系统的控制过程1.抗侧倾控制电子控制悬架系统的控制单元通过转向盘转角与转动方向传感器以及侧向加速度(惯性力)传感器来监视车身的侧倾情况。当这些传感器输入EMSECU的信号表明汽车急转弯时，控制单元将给空气弹簧和转向外侧减振器阻尼调节元件发出控制指令，调节空气弹簧的刚度