電子控制懸架系統(tǒng).ppt

電子控制懸架系統(tǒng),1、汽車懸架的作用 汽車懸架是指連接車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)的一系列傳力裝置。,一，概述,（1） 承載即承受汽車各方向的載荷， 這些載荷包括垂直方向、縱向和 側向的各種力。 （2） 傳遞動力即將車輪與路面間產(chǎn)生 的驅動力和制動力傳遞給車身， 使汽車向前行駛、減速或停車。 （3） 緩沖即緩和汽車和路面狀況等引 起的各種振動和沖擊，以提高乘 員乘坐的舒適性。,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)被動式、半主動式、主動式三類。,主動式懸架是一種帶有動力源的懸架，在懸架系統(tǒng)中附加一個可控制作用力的裝置。 主動式懸架可根據(jù)汽車載荷、路面狀況、行駛速度、啟動、制動、轉向等狀況的變化，自動調整懸架的剛度、阻尼力及車身高度等。,二，電控懸架的結構及工作原理,汽車上裝用的普通減振器的伸張型減振器，缸筒為全密封式結構，伸縮桿上有一個活塞，阻尼孔位于活塞上，活塞將缸筒分為上下兩腔。 可形容為“一筒二桿三閥四室”。,而對于在復雜的路況條件下行駛的汽車，就不可能滿足汽車在所有行駛車速和行駛條件下的有效減振，也就很難滿足現(xiàn)代汽車的舒適性和操縱穩(wěn)定性、安全性的要求。 在現(xiàn)代中、高檔汽車上很少采用普通的減振器，轉而采用電控半主動懸架或電控主動懸架，以提高汽車的綜合性能。,1. 電控半主動懸架的結構和工作原理,大部分半主動懸架采用了手動控制方式，由駕駛員根據(jù)路面狀況和汽車的行駛條件，手動控制相關的動作，對減振器的阻尼力進行變換。,如果當減振器的阻尼力被調整為“硬” 時，還可增強汽車在轉彎或在不平道路上行駛時抗側傾的能力，提高汽車操縱的穩(wěn)定性。 如果當減振器的阻尼力被調整為“軟”時，使汽車行駛時的上下顛簸幅度減少，提高汽車乘坐的舒適性。,這種懸架系統(tǒng)，可以通過駕駛員根據(jù)汽車行駛的路面狀況，借助擋位轉換開關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。 其控制方式有機械式和電子控制式兩種。,電控半主動懸架的一般工作原理是：利用傳感器把汽車行駛時路面的狀況和車身的狀態(tài)進行檢測，檢測到的信號經(jīng)輸入接口電路處理后，傳輸給計算機進行處理，再通過驅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)的調整。,半主動懸架系統(tǒng)的工作原理,1. 阻尼力的調節(jié),所謂阻尼力的調節(jié)就是根據(jù)汽車負荷、行駛路面的條件和汽車行駛狀態(tài)(加速、減速、制動或轉彎等)來控制減振器的阻尼力，使汽車在整個行駛狀態(tài)下，減振阻尼力在二段(軟、硬)或三段(軟、中等、硬)之間變換。,豐田汽車裝用的電子控制半主動懸架系統(tǒng) 1執(zhí)行部件；2動力轉向傳感器；3停車燈開關；4TEMS指示燈；5速度傳感器；6執(zhí)行部件；7ECU；8模式選擇開關；9空擋啟動開關；10節(jié)氣門位置傳感器,它主要由模式選擇開關、電子控制單元(ECU)、可調節(jié)阻尼力的減振器、轉換阻尼力的執(zhí)行器、車速傳感器、轉向盤轉角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、制動燈開關、空擋啟動開關等部件組成。,該系統(tǒng)的基本工作原理是：根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)和路面情況，模式選擇開關的工作模式，通過相關的傳感器對汽車的行駛狀態(tài)、路面反應及車速等進行檢測。,ECU對這些信號進行比較和處理后，控制相關的執(zhí)行機構來改變減振器的阻尼力，抑制汽車急加速時車尾的下蹲、汽車轉彎時的側傾和緊急制動時的點頭，以及高速行駛時車身的振動等，以此來提高汽車乘坐的舒適性和操縱的穩(wěn)定性。,模式選擇開關 模式選擇開關位于變速器操縱手柄旁，如圖所示。 駕駛員根據(jù)汽車的行駛狀況和路面情況選擇模式選擇開關的組合方式，從而確定選擇模式來決定減振器的阻尼力大小。,模式選擇開關的位置和操作方法,模式選擇開關的不同組合，可使懸架系統(tǒng)有四種工作方式： 即自動、標準(Auto、Normal)；自動、運動(Auto、Sport)；手動、標準(Manu、Normal)；手動、運動(Manu、Sport)。,如選擇自動模式，懸架系統(tǒng)可以根據(jù)汽車行駛狀態(tài)和車速等自動地調節(jié)減振器的阻尼力，以保證讓汽車乘坐的舒適性和操縱的穩(wěn)定性。 在手動模式下，懸架系統(tǒng)的阻尼力只有標準(中等)和運動(硬)兩種狀態(tài)的轉換。,2) 減振器,可調阻尼力的減振器主要由缸筒、活塞及活塞控制桿和回轉閥等組成，如圖所示。 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。,減振器的結構示意圖 1阻尼調節(jié)桿(回轉閥控制桿)；2阻尼孔； 3活塞桿；4回轉閥,根據(jù)回轉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，減振能力強，使汽車好像具有跑車的優(yōu)良操縱穩(wěn)定性。,中等(normal)適合用于汽車高速 行駛。 軟(soft)減振器的阻尼力較小，減振能力較弱，可充分發(fā)揮彈性元件的緩沖作用，使汽車具有高級旅游車的舒適性。,可調節(jié)阻尼力的減振器的基本工作原理：當ECU促使執(zhí)行器工作時，通過控制桿帶動回轉閥相對活塞桿轉動，使回轉閥與活塞桿上的油孔連通或切斷，從而增加或減小油液的流通面積，使油液的流動阻力改變，達到調節(jié)減振器阻尼力的目的。,減振器的阻尼力與汽車的行駛狀態(tài)和路面狀況的配置情況,3) 執(zhí)行器： 如圖所示，是汽車采用的直流電動機式執(zhí)行器的結構和工作原理圖。 從圖中可以看出該執(zhí)行器主要由直流電動機、小齒輪、扇形齒輪、電磁線圈、擋塊、控制桿組成。,每個執(zhí)行器安裝于懸架系統(tǒng)中減振器的頂部，并通過其上的控制桿與減振器的回轉閥相連接，直流電動機和電磁線圈直接接受ECU的控制。,直流電動機式執(zhí)行器的結構和工作原理,ECU輸出控制信號使電磁線圈通電控制擋塊的動作(如將擋塊與扇形齒輪的凹槽分離)，另外直流電動機根據(jù)輸入的電流方向作相應方向的旋轉。從而驅動扇形齒輪作對應方向的偏轉，帶動控制桿改變減振器的回轉閥與活塞桿油孔的連通情況，使減振器的阻尼力按需要的阻尼力大小和方向改變。,該執(zhí)行器的基本工作原理是：,當阻尼力調整合適后，電動機和電磁線圈都斷電，擋塊重新進入扇形齒輪的凹槽，使被調整好的阻尼力大小能穩(wěn)定地保持。,該執(zhí)行器的基本工作原理是：,驅動器的構造,4) 轉向盤轉角傳感器,轉向盤轉角傳感器用于檢測汽車轉向盤的偏轉方向和偏轉角度，以便于ECU判別各減振器阻尼力的控制方式。 TEMS上應用的是光電式轉角傳感器。,ECU根據(jù)轉向盤的轉角信號，汽車的車速信號及模式開關的擋位等，計算出各車輪減振器阻尼力的大小，然后通過各執(zhí)行器進行調節(jié)，以控制車身姿勢的狀態(tài)。,ECU可根據(jù)汽車行駛時的各種傳感器信號，如制動燈開關信號、車速傳感器信號、模式選擇開關信號、節(jié)氣門位置信號等。,5) 電子控制單元,經(jīng)處理后確認汽車的行駛狀態(tài)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彎狀態(tài)；是在制動還是在加速；自動變速器是否處在空擋位置等)，以確定各懸架減振器的阻尼力大小，并驅動執(zhí)行器予以調節(jié)。,電子控制單元的基本工作原理：各傳感器和控制開關產(chǎn)生的電信號，經(jīng)輸入接口電路整形放大后，送入計算機CPU中，經(jīng)過計算機處理和判斷后分別輸出各控制信號，驅動相關的執(zhí)行器和顯示器工作。,ECU系統(tǒng)原理圖,這些控制信號有：促使執(zhí)行器改變懸架減振器阻尼力的阻尼控制信號；促使發(fā)光二極管顯示懸架系統(tǒng)當前阻尼力狀態(tài)的顯示控制信號。,TEMS指示燈的作用：一是顯示當前狀態(tài)下懸架系統(tǒng)的阻尼力狀況，二是顯示TEMS系統(tǒng)是否工作正常和指示TEMS系統(tǒng)是否存在故障。,6) TEMS指示燈,2. 橫向穩(wěn)定器剛度的調節(jié),具有液壓缸結構的橫向穩(wěn)定器，可以通過內部油路的開閉，使其成為剛性體或彈性體，從而調節(jié)橫向穩(wěn)定器的剛度。 基本控制原理是：驅動器根據(jù)ECU的信號，通過穩(wěn)定器纜繩來控制穩(wěn)定桿內部油路的關閉和開啟。,驅動器的外形及驅動桿的位置,1）橫向穩(wěn)定驅動器,驅動器的結構 1直流電動機；2蝸輪；3小行星輪；4齒圈；5托架；6限位開關；7太陽輪；8變速傳動軸；9蝸桿,直流電動機 1驅動桿；2從動桿；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(SW2)；10限位開關(SW1)；11直流電動機；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)端部與獨立懸架下擺臂(下臂)之間，如圖所示。 可以以兩種狀態(tài)改變安裝在活塞桿上端的穩(wěn)定器臂的扭轉剛度，從而改變汽車的抗側傾剛度。,穩(wěn)定器桿的作用,(a) (b),穩(wěn)定器桿的結構 1單向閥；2推桿；3膜片；4儲油腔；5擋塊(壓縮側)；6、9圈簧；7擋塊(伸張側)；8活塞；10油泵,3. 傳感器,傳感器主要用于采集有關汽車行駛狀態(tài)和路面情況等方面的信息，形成電信號后輸入電子控制單元(ECU)，經(jīng)比較處理后驅動執(zhí)行器，完成減振器阻尼力和橫向剛度的調節(jié)。 電控半主動懸架系統(tǒng)的傳感器有車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、轉向盤轉角傳感器。,1) 車速傳感器,車速是汽車懸架系統(tǒng)常用的控制信號，而汽車車身的側傾程度取決于汽車的車速和轉向半徑的大小。,2) 轉向盤轉角傳感器,轉向盤轉角傳感器用于檢測轉向盤是否位于中間位置及轉向盤可能的偏轉方向、偏轉角度和偏轉速度。 在電控懸架中，電子控制單元可根據(jù)車速傳感器信號和轉向盤轉角傳感器信號，判斷汽車轉向時側向力的大小和轉向的方向，從而適時控制汽車抗側傾的能力。,光電式轉角傳感器的安裝位置和結構 1轉角傳感器；2傳感器；3光電元件； 4遮光盤；5軸；6圓盤；7傳感器圓盤,光電式轉角傳感器的工作原理,光電式轉角傳感器電路原理,1. 電子控制主動懸架系統(tǒng)的功能,裝備電子控制主動懸架系統(tǒng)的汽車能夠根據(jù)本身的負載情況、行駛狀態(tài)和路面情況等，主動地調節(jié)包括懸架系統(tǒng)的阻尼力、汽車車身高度和行駛姿勢、彈性元件的剛度在內的多項參數(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，通過改變彈簧的空氣壓力或油液壓力的方式來調節(jié)彈簧的剛度，使汽車的相關性能始終處于最佳狀態(tài)。,1) 減振器的阻尼力調節(jié),可以實現(xiàn)以下控制目標： （1） 防止車尾下蹲控制 （2） 防止汽車點頭控制 （3） 防止汽車側傾控制 （4） 防止汽車縱向搖動控制,2) 懸架系統(tǒng)彈性元件剛度的調節(jié),影響汽車乘坐的舒適性和行駛的安全性的另一個主要因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強度和對路況及車速的感應程度。 目前，中、高檔汽車傾向于利用可調剛度的空氣彈簧或油氣彈簧，通過調節(jié)這些元件的空氣壓力的辦法來調整彈性元件的剛度。,通過調節(jié)彈性元件的剛度和減振器的阻尼力，可使汽車四個車輪上的懸架參數(shù)具有不同組合，就可進行車身高度和姿勢的調節(jié)。如使用空氣彈簧的懸架，當乘員人數(shù)和載物較重使車身下沉時，通過加大空氣彈簧氣壓的辦法，使車身恢復到正常高度；,3) 車身高度和姿勢的調節(jié),2. 電子控制主動懸架系統(tǒng)的組成,如圖所示，是轎車上裝備電控空氣主動懸架系統(tǒng)(A-ECS)，它能系統(tǒng)地控制汽車的車身高度、行駛姿勢和懸架系統(tǒng)的阻尼力特性。,2. 電子控制主動懸架系統(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、轉角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、高度傳感器、阻尼力轉換執(zhí)行器、電磁閥、空氣壓縮機、儲氣筒、空氣管路和繼電器等組成。,三菱主動電子控制懸架系統(tǒng) 1前儲氣筒；2回油液壓泵繼電器；3空氣壓縮機繼電器；4電磁閥；5ECS電源繼電器；6加速度計開關；7節(jié)氣門位置傳感器；8制動燈開關；9車速傳感器；10轉角傳感器；11右后車門開關；12后電磁閥總成；13電子控制單元；14阻尼力轉換執(zhí)行器；15左后車門開關；16后儲氣筒；17后高度傳感器；18左前車門開關；19ECS開關；20阻尼