主動(dòng)懸掛系統(tǒng)工作原理

1、主動(dòng)懸架是根據(jù)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和路面狀態(tài)，適時(shí)地調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼，使其處于最佳減振狀態(tài)。它是在被動(dòng)懸架（彈性元件、減振器、導(dǎo)向裝置）中附加一個(gè)可控作用力的裝置。通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)和能源系統(tǒng)4部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，一般為發(fā)生器或轉(zhuǎn)矩發(fā)生器（液壓缸、氣缸、伺服電動(dòng)機(jī)、電磁鐵等）。測(cè)量系統(tǒng)的作用是測(cè)量系統(tǒng)各種狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供依據(jù)，包括各種傳感器。控制系統(tǒng)的作用是處理數(shù)據(jù)和發(fā)出各種控制指令，其核心部件是電子計(jì)算機(jī)。能源系統(tǒng)的作用是為以上各部分提供能量。主動(dòng)懸掛系統(tǒng)能夠根據(jù)車(chē)身高度、車(chē)速、轉(zhuǎn)向角度及速率、制動(dòng)等信號(hào)，由電子控制單元（ECU）控制懸掛執(zhí)行機(jī)

2、構(gòu)，使懸掛系統(tǒng)的剛度、減振器的阻尼力及車(chē)身高度等參數(shù)得以改變，從而使汽車(chē)具有良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。主動(dòng)懸掛系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來(lái)的、由電腦控制的一種新型懸掛系統(tǒng)，它匯集力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識(shí)，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置，例如裝置主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的法國(guó)雪鐵龍桑蒂雅，該車(chē)懸掛系統(tǒng)系統(tǒng)的中樞是一個(gè)微電腦，懸掛系統(tǒng)上的5種傳感器分別向微電腦傳送車(chē)速、前輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門(mén)踏板的速度、車(chē)身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤(pán)角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)，電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的懸掛系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)，微電腦獨(dú)立控制每一只車(chē)輪上的執(zhí)行元件，通過(guò)控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動(dòng)，從而能在任

3、何時(shí)候、任何車(chē)輪上產(chǎn)生符合要求的懸掛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，因此，桑蒂雅轎車(chē)備有多種駕駛模式選擇，駕車(chē)者只要扳動(dòng)位于副儀表板上的“正?！被颉斑\(yùn)動(dòng)”按鈕，轎車(chē)就會(huì)自動(dòng)設(shè)置在最佳的懸掛系統(tǒng)狀態(tài)，以求最好的舒適性能，主動(dòng)懸掛系統(tǒng)具有控制車(chē)身運(yùn)動(dòng)的功能，當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí)，主動(dòng)懸掛系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對(duì)抗的力，減少車(chē)身位置的變化，例如德國(guó) benz 2000款cl型跑車(chē)，當(dāng)車(chē)輛拐彎時(shí)懸掛系統(tǒng)傳感器會(huì)立即檢測(cè)出車(chē)身的傾斜和橫向加速度，電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計(jì)算，立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸掛系統(tǒng)上，使車(chē)身的傾斜減到最小。（一）主動(dòng)式空氣懸掛系統(tǒng)工作原理圖 4所

4、示為豐田索阿拉高級(jí)轎車(chē)電子控制主動(dòng)式空氣懸掛系統(tǒng)的構(gòu)成圖。它主要由空氣壓縮機(jī)、干燥器、空氣電磁閥、車(chē)身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸掛控制執(zhí)行器、懸掛控制選擇開(kāi)關(guān)及電子控制單元等組成?？諝鈮嚎s機(jī)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，形成壓縮空氣，壓縮空氣經(jīng)干燥器干燥后由空氣管道經(jīng)空氣電磁閥送至空氣彈簧的主氣室。當(dāng)車(chē)身需要升高時(shí)，電子控制單元控制空氣電磁閥使壓縮空氣進(jìn)入空氣彈簧的主氣室（見(jiàn)圖 5（b）， 使空氣彈簧伸長(zhǎng)，車(chē)身升高；當(dāng)車(chē)身需要降低時(shí)，電子控制單元控制電磁閥使空氣彈簧主氣室中壓縮空氣排到大氣中去（見(jiàn)圖 5（a），空氣彈簧壓縮，車(chē)身降低。在空氣彈簧的主、輔氣室之間有一連通闊，空氣彈簧的上部裝有懸掛控制

5、執(zhí)行器（圖中未畫(huà)出）。電子控制單元根據(jù)各傳感器輸出信號(hào)，控制懸掛執(zhí)行器，一方面使空氣彈簧主、輔氣室之間的連通閥發(fā)生改變，使主、輔氣室之間的氣體流量發(fā)生變化，因此而改變懸掛的彈簧剛度；另一方面，執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)減振器的阻尼力調(diào)節(jié)桿，使減振器的阻尼力也得以改變。豐田索阿拉轎車(chē)采用的主動(dòng)式空氣懸掛系統(tǒng)中，車(chē)高、彈簧剛度和減振器阻尼力可同時(shí)得到控制，且各自可以取三種數(shù)值，其所取數(shù)值由電子控制單元根據(jù)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行條件和駕駛員選定的控制方式?jīng)Q定。駕駛員可以任意選擇四種自動(dòng)控制模式，即控制車(chē)身高度的“常規(guī)值自動(dòng)控制”和“高值自動(dòng)控制”，以及控制彈簧剛度和減振器阻尼力的“常規(guī)值自動(dòng)控制”和“高速行駛時(shí)自動(dòng)控制”，具體

6、控制內(nèi)容如下：1.利用彈簧剛度/減振器阻尼力進(jìn)行控制（1）抗后坐：通過(guò)傳感器檢測(cè)油門(mén)踏板移動(dòng)速度和位移。當(dāng)車(chē)速低于20km/h且加速度大時(shí)（急起步加速），ECU通過(guò)執(zhí)行器將彈簧剛度和減振器阻尼力調(diào)到高值，從而抵抗汽車(chē)起步時(shí)車(chē)身后坐。如果此時(shí)駕駛員選擇了“常規(guī)值自動(dòng)控制”狀態(tài)，則彈簧剛度和減振器阻尼力由軟調(diào)至硬；如果此時(shí)駕駛員選擇了“高速行駛自動(dòng)控制”狀態(tài)，則剛度和阻尼力由中調(diào)至硬。（2）抗側(cè)傾：由裝于轉(zhuǎn)向軸的光電式轉(zhuǎn)向傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)的操作狀況。在急轉(zhuǎn)彎時(shí)，ECU通過(guò)執(zhí)行器使彈簧剛度和減振器阻尼力轉(zhuǎn)換到高（硬）值，以抵抗車(chē)身側(cè)傾。（3）抗“點(diǎn)頭”：在車(chē)速高于60 km/h時(shí)緊急制動(dòng)，ECU通過(guò)

7、執(zhí)行器使彈簧剛度和減振器阻尼力調(diào)到高（硬）值，而不管駕駛員選擇了何種控制狀態(tài)，以抵抗車(chē)身前部的下俯。（4）高速感應(yīng)：當(dāng)車(chē)速大于110km/h時(shí)，系統(tǒng)將使彈簧剛度和減振器阻尼力調(diào)至中間值，從而提高高速行駛時(shí)操縱穩(wěn)定性。既使駕駛員選擇了“常規(guī)值自動(dòng)控制”狀態(tài)（剛度和阻尼處于低、軟值），系統(tǒng)也將剛度和阻尼力調(diào)至中間值。（5）前、后關(guān)聯(lián)控制：車(chē)速在30-8O km/h范圍內(nèi)時(shí)，若前輪車(chē)高傳感器檢測(cè)出路面有小凸起（例如前輪通過(guò)混凝土路面接縫等），則在后輪越過(guò)該凸起之前，系統(tǒng)將使彈簧剛度和減振器阻尼力調(diào)至低（軟）值，從而提高汽車(chē)乘坐舒適性。此時(shí)既使駕駛員選擇了高速行駛狀態(tài)（剛度和阻尼力為中間值），系統(tǒng)仍將

8、剛度和阻尼力調(diào)至低（軟）值。為了不影響高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，這種動(dòng)作在車(chē)速為80km/h以下才發(fā)生。（6）壞路、俯仰、振動(dòng)感應(yīng)：車(chē)速在40-100km/h范圍內(nèi)，當(dāng)前輪車(chē)高傳感器檢測(cè)出路面有較大凸起時(shí)（例如汽車(chē)通過(guò)損壞的鋪砌路面等），系統(tǒng)將彈簧剛度和減振器阻尼力調(diào)至中間值，以抑制車(chē)體的前后顛簸、振動(dòng)等大動(dòng)作，從而提高汽車(chē)的乘坐舒適性和通過(guò)性.而不管駕駛員選擇了何種控制狀態(tài)。車(chē)速高于100km/h時(shí)，系統(tǒng)將使剛度和阻尼力調(diào)至高（硬）值。（7）良好路面正常行駛：彈簧剛度和減振器阻尼力由駕駛員選擇，“常規(guī)值自動(dòng)控制”狀態(tài)，剛度和阻尼力處于低（軟）值；“高速行駛時(shí)自動(dòng)控制”狀態(tài)，則剛度和阻尼力為中間值。

9、2.車(chē)身高度控制由左右前輪和左后輪三個(gè)車(chē)身高度傳感器發(fā)出車(chē)高信號(hào)，ECU發(fā)出指令來(lái)進(jìn)行車(chē)身高度調(diào)整。（l）高速感應(yīng)：當(dāng)車(chē)速高于9Okm/h時(shí)，將車(chē)身高度降低一級(jí)，以減小風(fēng)阻，提高行駛穩(wěn)定性。如果駕駛員選擇了“常規(guī)值自動(dòng)控制”狀態(tài)，則車(chē)身高度值由中間值（標(biāo)準(zhǔn)值）調(diào)至低值；如果駕駛員選擇了“高值自動(dòng)控制”狀態(tài)，則車(chē)高由高值調(diào)至中間值（標(biāo)準(zhǔn)值）。在車(chē)速為60km/h時(shí)，車(chē)高恢復(fù)原狀。（2）連續(xù)壞路面感應(yīng)：汽車(chē)在壞路面上連續(xù)行駛，車(chē)高信號(hào)持續(xù)2.5s以上有較大變動(dòng)，且超過(guò)規(guī)定值時(shí)，將車(chē)高升高一級(jí)，使來(lái)自路面的突然抬起感減弱，并提高汽車(chē)的通過(guò)性能。連續(xù)壞路且車(chē)速大于4Okm/h小于90km/h時(shí)，不論駕

10、駛員選擇了何種控制狀態(tài)，都將車(chē)高調(diào)至高值，以減小路面不平感，確保足夠的離地間隙，提高乘坐舒適性。車(chē)速小于4Okm/h時(shí)，車(chē)高則完全由駕駛員選擇，選擇“常規(guī)值自動(dòng)控制”時(shí)，車(chē)高為中間值（標(biāo)準(zhǔn)值）；選擇“高值自動(dòng)控制”時(shí)，車(chē)高為高值。在連續(xù)壞路面上，車(chē)速高于9Okm/h時(shí)，不管駕駛員選擇了何種控制狀態(tài)，車(chē)高都將調(diào)至中間值，這樣做是為了避免車(chē)身過(guò)高對(duì)高速行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。另外，還具有駐車(chē)時(shí)車(chē)高控制功能。當(dāng)汽車(chē)處于駐車(chē)狀態(tài)時(shí)，為了使車(chē)身外觀平衡，保持良好的駐車(chē)姿勢(shì)，在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，ECU即發(fā)出指令，使車(chē)身高度處于常規(guī)模式的低狀態(tài)。（二）主動(dòng)式油氣彈簧懸掛系統(tǒng)工作原理油氣彈簧以氣體（一般是惰性氣

11、體-氮）作為彈性介質(zhì)，而用油液作為傳力介質(zhì)。它一般是由氣體彈簧和相當(dāng)于液力減振器的液壓缸組成。通過(guò)油液壓縮氣室中的空氣實(shí)現(xiàn)剛度特性，而通過(guò)電磁閥控制油液管路中的小孔節(jié)流實(shí)現(xiàn)變阻尼特性。圖 6所示為雪鐵龍XM轎車(chē)的主動(dòng)式油氣彈簧懸掛布置圖，從圖中可以看到，它有五個(gè)基本行車(chē)狀態(tài)的傳感器。其中，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器安裝于轉(zhuǎn)向柱上，通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)間接地把汽車(chē)轉(zhuǎn)向程度（快慢、大?。┑男畔⑺徒o微機(jī)。加速度傳感器實(shí)際上是與油門(mén)踏板連接的油門(mén)動(dòng)作傳感器，間接地將加速動(dòng)作信號(hào)送給微機(jī)。制動(dòng)壓力傳感器安裝于制動(dòng)管路中，當(dāng)制動(dòng)時(shí)，它向微機(jī)發(fā)送一個(gè)階躍信號(hào)，表示制動(dòng)，使微機(jī)產(chǎn)生抑制“點(diǎn)頭”的信號(hào)輸出。車(chē)速傳感器安裝于

12、車(chē)輪上，送出與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，微機(jī)利用它和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)，可以計(jì)算出車(chē)身的側(cè)傾程度。車(chē)身位移傳感器安裝于車(chē)身與車(chē)橋之間，用來(lái)測(cè)量車(chē)身與車(chē)橋的相對(duì)高度，其變化頻率和幅度可反映車(chē)身的平順性信息，同時(shí)還用于車(chē)高自動(dòng)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)的工作原理如圖 7所示。在圖 7中，電磁閥7在微機(jī)指令下向右移動(dòng)，從而接通壓力油道，使輔助液壓閥8的閥芯向左移動(dòng)，中間的油氣室9與主油氣室連通，使總的氣室容積增加，氣壓減小，從而剛度變小，所以9又稱(chēng)為剛度調(diào)節(jié)器。a、b節(jié)流孔是阻尼器，在上圖圖示位置，系統(tǒng)處于“軟”狀態(tài)。下圖中，電磁閥7中無(wú)電流通過(guò)，在彈簧作用下，閥芯左移，關(guān)閉壓力油道，原來(lái)用于推動(dòng)液壓閥8的壓力油通過(guò)閥7的左

13、邊油道泄放，閥8閥芯右移，關(guān)閉剛度調(diào)節(jié)器9，氣室總?cè)莘e減小，剛度增大，使系統(tǒng)處于“硬”狀態(tài)。在正常行車(chē)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)處于“軟”狀態(tài)，以提高乘坐的舒適性，當(dāng)高速、轉(zhuǎn)向、起步和制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)處于“硬”狀態(tài)，以提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性（三）帶路況預(yù)測(cè)傳感器的主動(dòng)懸掛系統(tǒng)圖 8所示為帶有路面狀況預(yù)測(cè)傳感器的主動(dòng)懸掛示意圖。該系統(tǒng)中包括一個(gè)懸掛彈簧16和一個(gè)單向液壓執(zhí)行器14，控制閥6通過(guò)油管8與單向液壓執(zhí)行器的油壓腔相通。油管上還接有一個(gè)支管8a，該支管與一個(gè)儲(chǔ)壓器11相連，儲(chǔ)壓器內(nèi)充有氣體，這些可壓縮的氣體可以產(chǎn)生一種類(lèi)似彈簧的效果。另外，支管的中間還設(shè)有一個(gè)主節(jié)流孔12，以限制儲(chǔ)壓器和油壓腔之間的油流，從

14、而形成減振作用。在油管和儲(chǔ)壓器之間還設(shè)有一個(gè)旁通管路8b，該旁路上帶有一個(gè)選擇閥10和一個(gè)副節(jié)流孔9，副節(jié)流孔的直徑大于主節(jié)流孔的直徑。當(dāng)選擇閥打開(kāi)時(shí)，油流通過(guò)選擇閥的副節(jié)流孔，在儲(chǔ)壓器和油壓腔之間流動(dòng)，從而減小振動(dòng)阻尼。采用這樣的裝置可以使懸掛系統(tǒng)在選擇閥的作用下，具有兩種不同的阻尼參數(shù)?？刂崎y的開(kāi)度可以隨控制電流的大小而改變，以控制進(jìn)入油管的油量，進(jìn)而控制施加到液壓執(zhí)行器的油壓，隨著輸入控制閥的電流的增加，液壓執(zhí)行器的承載能力也增加。在該懸掛系統(tǒng)中，輸入到控制單元ECU的信號(hào)有：各輪上設(shè)置的檢測(cè)車(chē)身縱向加速度的傳感器輸出信號(hào)，路面狀況預(yù)測(cè)傳感器測(cè)出的車(chē)輛前方是否有凸起物及其大小的檢測(cè)信號(hào)，

15、在各車(chē)輪處檢測(cè)車(chē)身高度的傳感器輸出信號(hào)及車(chē)速傳感器輸出的車(chē)速信號(hào)等?？刂茊卧鶕?jù)這些信號(hào)，對(duì)設(shè)置在各車(chē)輪上的控制閥和選擇閥進(jìn)行控制。圖 9所示為路況預(yù)測(cè)傳感器的設(shè)置情況。這種傳感器通常為超聲波傳感器，頻率為40kHz左右，它安裝在車(chē)身的前面，以便對(duì)其下方的路面狀況進(jìn)行檢測(cè)。在車(chē)輛正常行駛時(shí)，選擇閥關(guān)閉，液壓執(zhí)行器的油壓腔通過(guò)主節(jié)流孔與儲(chǔ)壓器相通，它可以吸收并降低因路面不平而引起的微小振動(dòng)。當(dāng)車(chē)輛上的路況預(yù)測(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)路面上有將引起振動(dòng)的凸起物時(shí)，控制單元便控制選擇閥打開(kāi)，并將懸掛系統(tǒng)的阻尼系數(shù)減小到一個(gè)特定的值上。圖 10所示為路況預(yù)測(cè)傳感器的輸出信號(hào)，輸出信號(hào)的幅值與路面凸起物的大小成正比。如果完全按照傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行控制，懸掛系統(tǒng)的阻尼變化就會(huì)過(guò)于頻繁，因此，在控制系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)低閾值V1。另外，如果在車(chē)輛通過(guò)一個(gè)很大的凸起物時(shí)，懸掛系統(tǒng)的阻尼系數(shù)若調(diào)整得過(guò)低，就可能會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊力，形成懸掛底部與車(chē)橋的剛性碰撞，因此，控制系統(tǒng)中還設(shè)定了一個(gè)高閾值V2。只有在路況預(yù)測(cè)信號(hào)介于V1和V2之間時(shí)，控制單元才輸出一個(gè)打開(kāi)