汽車電控懸架論文

1、摘 要 隨著汽車電子技術的日趨完善，時至今日，汽車電子化已達到相當高的程度。汽車電子技術已成為一個國家汽車工業(yè)發(fā)展的標志。本篇論文不僅對應用廣泛的電子控制懸架系統(tǒng)的原理進行了系統(tǒng)闡述，而且對其診斷與檢測也作了介紹。汽車電控懸架第一章 概述 汽車懸架的作用是緩沖和吸收來自車輪的振動，在汽車行駛過程程還要傳遞車輪與路面間產(chǎn)生的驅動力和制動力。汽車在轉向時，懸架還要承受來自車身的側向力，并在汽車起步和制動時能夠抑制車身的俯仰振動，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和乘坐的舒適性。 傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)主要由彈簧、減振器和導向機構三部分組成。其中彈簧、減振器和輪胎的綜合特性，決定了汽車的行駛性、操縱性和乘坐的舒適性。盡管

2、多年來汽車懸架系統(tǒng)作了許多改進，但由于傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)使用的是定剛度彈簧和定阻尼系數(shù)減振器，只能適應特定的道路與行駛條件，無法滿足變化莫測的路面狀況和汽車行駛狀況，而且這種懸架只能被動地承受地面對車身的各種作用力，無法對各種情況進行主動地調節(jié)，使操縱性和乘坐舒適性達到和諧。所以，一般稱傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)為被動懸架系統(tǒng)。 隨著人們對汽車操縱性和舒適性要求的不斷提高，以及電子技術的飛速發(fā)展，電子控制技術被有效應用于現(xiàn)代汽車懸架系統(tǒng)。電子控制懸架系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是它能使懸架隨不同的路況和行駛狀態(tài)作出不同的反應。既能使汽車的乘坐舒適性達到令人滿意的狀態(tài)，又能使汽車的操縱穩(wěn)定性達到最佳狀態(tài)。1.1 汽車電控懸架的

3、功用 電子控制懸架系統(tǒng)的基本目的是通過控制調節(jié)懸架的剛度和阻尼力，突破傳統(tǒng)被動懸架的局限性，使汽車的懸架特性與道路狀態(tài)相適應，從而使汽車行駛的平順性和操縱的穩(wěn)定性要求都能得到滿足。其基本功能有：1.車高調整 無論車輛的負載多少，都可以保持汽車高度一定，車身保持水平，從而使前照燈光束方向保持不變；當汽車在壞路面上行駛時，可以使車身升高，防止車橋與路面相碰；當汽車高速行駛時，又可以使車高降低，以便減少空氣阻力，提高操縱穩(wěn)定性。2.減振器阻尼力控制通過對減振器阻尼系數(shù)的調整，防止汽車急速起步或急加速時車尾下蹲；防止緊急制動時的車頭下沉；防止汽車急轉彎時車身橫向搖動；防止汽車換擋時車身縱向搖動等，提高

4、行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性。3.彈簧剛度控制與減振器一樣在各種工況下，通過對彈簧系數(shù)的調整，來改善汽車的乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性。有些車型只具有其中的一個或兩個功能，而有些車型同時具有以上三個功能。1.2 汽車電控懸架的類型現(xiàn)代汽車裝用的電子控制懸架系統(tǒng)種類很多。按傳力介質的不同可分為氣壓式和油壓式兩種。按控制理論不同電子控制懸架系統(tǒng)可分為半主動式、主動式兩大類。其中半主動式又分為有級半主動式(阻尼力有級可調)和無級半主動式(阻尼力連續(xù)可調)兩種；主動式懸架根據(jù)頻帶和能量消耗不同，可分全主動式和慢全主動式；而根據(jù)驅動機構和介質不同，可分為電磁閥驅動的油氣主動式懸架和由步進電動機驅動的空氣主動式懸架

5、。無級半主動懸架可以根據(jù)路面的行駛狀態(tài)和車身的響應對懸架阻尼力進行控制，并在幾毫秒內由最小變化到最大，使車身的振動響應始終被控制在某個范圍內。但在轉向、起步、制動等工況時不能對阻尼力實施有效的控制。它比全主動式懸架優(yōu)越的地方是不需要外加動力源，消耗的能量很少，成本較低。主動式懸架是一種能供給和控制動力源（油壓空氣壓）的裝置。根據(jù)各種傳感器檢測到得汽車載荷起動制動轉向等狀況的變化，自動調整懸架的剛度阻尼力以及車身高度等。它能顯著提高汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性。1.3電控懸架的發(fā)展方向 在主動式懸架還沒有誕生前，平衡運動性與舒適性這對不可調和的矛盾成為了困擾汽車廠商最大的難題?，F(xiàn)在好了，主動控制

6、式懸架發(fā)展至今，已形成液壓和空氣支撐兩大派系，運動與舒適性這對不可調和的矛盾自然也得到了很好的解決。隨著人們對汽車乘坐舒適性的不斷追求，近年來已有不少豪華轎車和豪華SUV紛紛換裝上了性能更優(yōu)越的電子控制式主動懸架(簡稱：電控主動懸架)。在豪華轎車上采用電控主動懸架無疑是為追求更平穩(wěn)、更舒適的乘坐感，而在SUV上采用當然則是為了平衡野外越野與公路行駛的雙重需要。通常一套控制堪稱精密的電控式主動懸架不論制造成本還是維護保養(yǎng)費用都不菲，所以更多時候我們只能在豪華車型上發(fā)現(xiàn)它的身影，也難怪這類車型的乘坐感受與眾不同。圖1.31 車內控制按鈕，可調節(jié)車身高度和運行模式主動式懸架在其結構中植入了可人工或自

7、動控制發(fā)力的調節(jié)機構，并能根據(jù)路面情況自動調節(jié)減震器剛度和阻尼，以獲得更好的行駛舒適性。從這種懸架的組成種類來看，大致又可以分為兩大類。一類是電子控制式主動液壓懸架，它能通過車載電腦計算出懸架受力大小和加速度，利用液壓減震器的伸縮來保持車身平衡;另一類則是電子控制式空氣懸架，它也是通過車載電腦計算懸架的受力及感應路面情況，適時調整空氣減震器的剛度和阻尼系數(shù)，令車身的震動始終保持在一定范圍內。這兩類電控主動懸架的共同點是：都能實現(xiàn)車身高度調節(jié)，能通過改變減震器阻尼來抑制車身姿態(tài)變化。不過在性能表現(xiàn)上，電控主動液壓懸架和空氣懸架卻是各有千秋。雖然兩種形式的主動控制懸架能帶來很好的舒適性，不過較高的

8、價格令它們難以普及。如果把電控主動液壓懸架和電控主動空氣懸架放在一起來比較一下，或許更能突出它們各自具備的鮮明特點。對于電控主動液壓懸架而言，在舒適性上稍遜于電控主動空氣懸架，因為它還是建立在傳統(tǒng)的懸架基礎之上，只是對車身高度和減震器的阻尼進行調整。它的高頻吸震能力比空氣懸架要差，因此它的運用車型也僅在PSA集團內的中高級轎車雪鐵龍C5、標致407和行政級轎車雪鐵龍C6上得到大力推廣，其他車型采用的就比較少了。但407所裝備的是不具備高度調節(jié)的電控主動液壓懸架。此外，電控主動液壓懸架對于復雜路況的反應也比較吃力，甚至還會導致油壓過高影響壽命。電控主動空氣懸架就不會有這樣的問題，它采用氣壓結構來

9、控制車身平衡，并且空氣彈簧和減震器能抵消大部份路面?zhèn)鬟f的短波和長波震動，這也是電控主動液壓懸架所不具備的。不過兩者的共同性則是能為高速行駛的車輛提供足夠的穩(wěn)定性，當車輛在不平路面行駛時，又能提高車身增加通過能力。但電控主動空氣懸架的缺點也很明顯，成本高昂、維護保養(yǎng)成本高。 第2章 電控懸架的構成和工作原理圖2.1-1 電控懸架系統(tǒng)的構成2.1 電控懸架的構成圖2.13 汽車電控懸架圖2.1-2 雷克薩斯LS400轎車電控空氣懸架系統(tǒng)零部件車上布置各種傳感器電控單元執(zhí)行機構 汽車不同的行駛狀態(tài)對懸架有不同的要求。一般行駛時需要柔軟一點的懸架以求舒適感，當急轉彎及制動時又需要硬一點的懸架以求穩(wěn)定性

10、，兩者之間有矛盾。另外，汽車行駛的不同環(huán)境對車身高度的要求也是不一樣的。一成不變的懸架無法滿足這種矛盾的需求，只能采取折中的方式去解決。在電子技術發(fā)展的帶動下，工程師設計出一種可以在一定范圍內調整的電子控制懸架來滿足這種需求，這種懸架稱為電控懸架，目前比較常見的是電控空氣懸架形式。以前空氣懸架多用于大客車上，停車時懸架下降汽車離地間隙減少，便于乘客上下車，開車時懸架上升便于通行。這種空氣懸架系統(tǒng)由空氣壓縮機、閥門、彈簧、氣室（氣囊）、減振器所組成。車輛高度直接靠閥門控制氣室的空氣流進流出來調整。 現(xiàn)在轎車用的電控懸架引入空氣懸架原理和電子控制技術，將兩者結合在一起。典型的電控懸架由電子控制元件

11、（ECU）、空氣壓縮機、車高傳感器、轉向角度傳感器、速度傳感器、制動傳感器、空氣彈簧元件等組成。 空氣彈簧元件是由電控減振器、閥門、雙氣室所組成。電控減振器頂部有一個小型電動機，可通過它轉動一個調整量孔大小的控制桿將阻尼分成多級，從而實現(xiàn)控制阻尼的目的。閥門也充當了一個調節(jié)氣流的作用，通常雙氣室是連通的，合起來的總容積起著空氣彈簧的作用，比較柔軟；但當關閉雙氣室之間的閥門時，則以一個氣室的容量來承擔空氣彈簧的作用，就會變得硬，因此閥門起到控制“彈簧”變軟變硬的作用。電控懸架工作時，閥門的相互作用控制通向空氣彈簧元件的氣流量。傳感器檢測出汽車的行駛狀態(tài)并反饋至ECU，ECU綜合這些反饋信息計算并

12、輸出指令控制空氣彈簧元件的電動機和閥門，從而使電控懸架隨行駛及路面狀態(tài)不同而變化：在一般行駛中，空氣彈簧變軟、阻尼變弱，獲得舒適的乘坐感；在急轉彎或者制動時，則迅速轉換成硬的空氣彈簧和較強的阻尼，以提高車身的穩(wěn)定性。同時，該系統(tǒng)的電控減振器還能調整汽車高度，可以隨車速的增加而降低車身高度（減小離地間隙），減少風阻以節(jié)省能源；在車速比較慢時車身高度又可恢復正常。2.2 汽車電控懸架的工作原理 對于汽車懸架而言，若懸架剛度減少，則懸架的平順性好，汽車乘坐的舒適性提高，但過低的懸架剛度會造成汽車在行駛過程中產(chǎn)生橫擺和縱搖，破壞汽車正常行駛狀態(tài)，使汽車行駛穩(wěn)定性降低。而且，若只減少懸架剛度而不改變減振

13、器的減振阻尼，地面沖擊力會通過減振器傳至車身，汽車乘坐的舒適性也會被破壞。因此，懸架剛度控制最好能與車身高度控制和減振器的減振阻尼控制聯(lián)合作用，才能有效地改善汽車的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性。電控懸架系統(tǒng)能夠根據(jù)車身高度、車速、轉向角度及速率、制動等信號，由電子控制單元（ECU）控制懸架執(zhí)行機構，使懸架系統(tǒng)的剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數(shù)得以改變，從而使汽車具有良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。 而在日常調節(jié)中，空氣懸掛會有幾個狀態(tài)。1、保持狀態(tài)。當車輛被舉升器舉起，離開地面時，空氣懸掛系統(tǒng)將關閉相關的電磁閥，同時電腦記憶車身高度，使車輛落地后保持原來高度：2、正常狀態(tài)，即發(fā)動機運轉狀態(tài)。行車過程中，若車身高度變化超過一定范圍，空氣懸掛系統(tǒng)將每隔一段時間調整車身高度：3、喚醒狀態(tài)。當空氣懸掛系統(tǒng)被遙控鑰匙、車門開關或行李廂蓋開關喚醒后，系統(tǒng)將通過車身水平傳感器檢查車身高度。如果車身高度低于正常高度一定程度，儲氣罐將提供壓力使車身升至正常高度。同時，空氣懸掛可以調節(jié)減震器軟硬度，包括軟態(tài)、正常及硬態(tài)3個狀態(tài)（也有標注成舒適、普通、運動三個模式等），駕駛者可以通過車內的控制鈕進行控 第三章 關于電控懸架的結論對于我國汽車業(yè)而言，隨著高檔汽車制造技術的引進及人們對舒適