主動懸掛介紹概要

1、主動懸掛、概（一）汽車懸掛系統(tǒng)的作用及組成懸掛是車身與車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的作用是把路面作用于車輪 上的垂直反力（支承力）、縱向反力（牽引力和制動力）和側(cè)向反力以及這些反力所造 成的力矩都傳遞到車身上，以保證汽車的正常行駛。汽車懸掛盡管有 各種不同的結構形式， 但一般都是由彈性元 件、減振器和導向機構 三部分組成（圖 1 1 ）。 由于汽車行駛的路面 不可能絕對平坦，路面 作用于車輪上的垂直 反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高 速行駛時，這種沖擊力 將達到很大的數(shù)值。沖 擊力傳到車身時，可能 引起汽車機件的早期 損壞；傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不 舒適，貨物也可能受到

2、 損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸掛中還必須裝有彈性元件，使車 身與車輪之間作彈性聯(lián)系。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動。持續(xù)的振動易使乘 員感到不舒適和疲勞。故懸掛系統(tǒng)還應具有減振作用，以使振動迅速衰減，振幅迅速減 小。為此，在許多形式的懸掛系統(tǒng)中都設有專門的減振器車輪相對于車身跳動時，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運動軌跡應符合一定的要求，否則就會影響汽車的操縱穩(wěn)定性，因此，懸掛系統(tǒng)中還應具有導向機構（如圖 1 1 中的橫、縱向推力桿），以使車輪按一定的軌跡相對于車身跳動。由此可見，上述這三個組成部分分別起緩沖、減振和導向的作用，然而三者共同 的任務則是傳力。

3、在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向 傾斜，在懸掛系統(tǒng)中還設有輔助彈性元件-橫向穩(wěn)定器。應當指出，懸掛系統(tǒng)只要求具備上述各個功能，在結構上并非一定要設置上述 這些單獨圖 1汽車懸架組感示意圖1一彈性元件F 2飆向推力桿丨3 減撮器F 4橫向聲宦誥L的裝置不可。 例如常見的鋼板彈簧， 除了作為彈性元件起緩沖作用外， 當它在 汽車上縱向安置，并且一端與車架作固定鉸鏈連接時， 就可擔負起決定車輪運動軌跡的 任務，因而就沒有必要再設置其它導向機構。 此外，一般鋼板彈簧是多片疊成的，它本 身即具有一定的減振能力， 因而對減振要求不高時， 在采用鋼板彈簧作為彈性元件的懸 掛系統(tǒng)中，

4、就可以不裝減振器 （例如，一般中型貨車的后懸掛和重型貨車懸掛中都不裝 減振器）。（二）對汽車懸掛系統(tǒng)的要求汽車懸掛系統(tǒng)對汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性都有較大的影響。所謂行駛平 順性是指汽車在行駛過程中， 保持駕駛員和乘員處于振動環(huán)境中具有一定的舒適度， 或 保持所載物資完好的能力。 汽車的操縱穩(wěn)定性則包括兩方面的含義： 一是汽車是否具有 正確遵守駕駛員操縱轉(zhuǎn)向機構所給規(guī)定方向行駛的能力， 即所謂的操縱性； 二是汽車在 外界條件（如地面不平、坡道、大風等）干擾下，能否保持原方向行駛的能力，即所謂 的穩(wěn)定性。在懸掛系統(tǒng)設計時應盡可能做到既能使行駛平順性 （即乘坐舒適性） 達到令 人滿意的程度，又能

5、使其操縱穩(wěn)定性（即行駛安全性）也達到最佳的狀態(tài)。然而，這兩 個要求在懸掛系統(tǒng)的設計中往往是矛盾的。平順性和操縱穩(wěn)定性對汽車懸掛系統(tǒng)這一互為矛盾的要求，在傳統(tǒng)的被動懸掛 系統(tǒng)設計中幾乎無法同時滿足。 即使經(jīng)過慎重的權衡， 通過最優(yōu)控制理論使懸掛系統(tǒng)在 平順性和操縱穩(wěn)定性之間尋求一個折衷的方案， 而這種最優(yōu)的折衷也只能是在特定的道 路狀態(tài)和速度下達到。為了克服傳統(tǒng)的被動懸掛系統(tǒng)對其性能改善的限制， 在現(xiàn)代汽車中采用和發(fā)展了 新型的電子控制懸掛系統(tǒng)。 電子控制懸掛系統(tǒng)可以根據(jù)不同的路面條件， 不同的載重質(zhì) 量，不同的行駛速度等，來控制懸掛系統(tǒng)的剛度、調(diào)節(jié)減振器的阻尼力大小，甚至可以 調(diào)整車身高度，從

6、而使車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性在各種行駛條件下達到最佳的組合。（三）汽車懸掛的分類及性能懸掛的結構形式很多，分類方法也不盡相同。若按導向機構的形式來分可分為 獨立懸掛和非獨立懸掛兩大類。如果從控制力的角度來分，則可把懸掛分為被動懸掛、 半主動懸掛和主動懸掛三大類。1 1 、被動懸掛一般的汽車絕大多數(shù)裝有由彈簧和減振器組成的機械式懸掛。由于這種常規(guī)懸 掛系統(tǒng)內(nèi)無能源供給裝置， 懸掛的彈性和阻尼參數(shù)不會隨外部狀態(tài)而變化， 因而稱這種 懸掛為被動懸掛。這種懸掛雖然往往采用參數(shù)優(yōu)化的設計方法， 以求盡量兼顧各種性能 要求，但在實際上由于最終設計的懸掛參數(shù)是不可調(diào)節(jié)的， 所以在使用中很難滿足高的 行駛要求

7、。2.2. 半主動懸掛半主動懸掛可視為由可變特性的彈簧和減振器組成的懸掛系統(tǒng)，雖然它不能隨 外界的輸入進行最優(yōu)控制和調(diào)節(jié)， 但它可按存貯在計算機內(nèi)部的各種條件下彈簧和減振 器的優(yōu)化參數(shù)指令來調(diào)節(jié)彈簧的剛度和減振器的阻尼狀態(tài)。 半主動懸掛又稱無源主動懸 掛，因為它沒有一個動力源為懸掛系統(tǒng)提供連續(xù)的能量輸入， 所以在半主動懸掛系統(tǒng)中 改變彈簧剛度要比改變阻尼狀態(tài)困難得多， 因此在半主動懸掛系統(tǒng)中以可變阻尼懸掛系 統(tǒng)最為常見。 半主動懸掛系統(tǒng)的最大優(yōu)點是工作時幾乎不消耗動力， 因此越來越受到人 們的重視。3.3. 主動懸掛主動懸掛是一種具有作功能力的懸掛， 通常包括產(chǎn)生力和扭矩的主動作用器 （油 缸

8、、汽缸、伺服電機、電磁鐵等）、測量元件（如加速度、位移和力傳感器等）和反饋 控制器等。因此，主動懸掛需要一個動力源（液壓泵或空氣壓縮機等）為懸掛系統(tǒng)提供 連續(xù)的動力輸入。當汽車載荷、行駛速度、路面狀況等行駛條件發(fā)生變化時，主動懸掛 系統(tǒng)能自動調(diào)整懸掛剛度 （包括整體調(diào)整和各輪單獨調(diào)整） ，從而同時滿足汽車的行駛 平順性，操縱穩(wěn)定性等各方面的要求，其優(yōu)點可歸納為如下幾個方面：（1 1）懸掛剛度可以設計得很小，使車身具有較低的自然振動頻率，以保證正常 行駛時的乘坐舒適性。 汽車轉(zhuǎn)向等情況下的車身側(cè)傾， 制動、加速等情況下的縱向擺動 等問題，由主動懸掛系統(tǒng)通過調(diào)整有關車輪懸掛的剛度予以解決。 而對于

9、傳統(tǒng)的被動懸 掛系統(tǒng)，為同時兼顧到側(cè)傾、縱擺等問題，不得不把懸掛剛度設計得較大，因而正常行 駛時汽車的乘坐舒適性受到損失。（2 2）采用主動懸掛系統(tǒng)， 因不必兼顧正常行駛時汽車的乘坐舒適性，可將汽車 懸掛抗側(cè)傾、 抗縱擺的剛度設計得較大， 因而提高了汽車的操縱穩(wěn)定性， 即汽車的行駛 安全性得以提高。（3 3）先進的主動懸掛系統(tǒng)，還能保證在車輪行駛中碰抵磚石之類的障礙物時， 懸掛系統(tǒng)在瞬時將車輪提起，避開障礙行進，因而汽車的通過性也得以提高。（4 4）汽車載荷發(fā)生變化時，主動懸掛系統(tǒng)能自動維持車身高度不變。 在各輪懸 掛單獨控制的情況下，還能保證汽車在凸凹不平的道路上行駛時，車身穩(wěn)定。（5 5）

10、普通懸掛在汽車制動時， 車頭向下俯沖。而裝有某些主動懸掛系統(tǒng)的汽車 （如沃爾沃 740740 型小轎車）卻不存在這種情況。制動時，該車尾部下傾，因而可以充分 利用后輪與地面間的附著條件，加速制動過程，縮短制動距離。（6 6）裝有某些主動懸掛系統(tǒng)的汽車在轉(zhuǎn)向時，車身不但不向外傾斜， 反而向內(nèi) 傾斜，從而有利于轉(zhuǎn)向時的操縱穩(wěn)定性。（7 7）主動懸掛可使車輪與地面保持良好接觸，即車輪跳離地面的傾向減小，保 持與地面垂直，因而可提高車輪與地面間的附著力，使車輪與地面間相對滑動的傾向減 小，汽車抗側(cè)滑的能力得以提高。輪胎的磨損也得以減輕，轉(zhuǎn)向時車速可以提高。（8 8）在所有載荷工況下，由于車身高度不變，

11、保證了車輪可全行程跳動。而傳 統(tǒng)的被動懸掛系統(tǒng)中，當汽車載荷增大時，由于車身高度的下降，車輪跳動行程減少， 為不發(fā)生運動干涉，不得不把重載時的懸掛剛度設計得偏高，因而輕載時的平順性受到 損失。而主動懸掛系統(tǒng)則無此問題。（9 9）由于車身高度不變，側(cè)傾剛度、縱擺剛度的提高，消除或減少了轉(zhuǎn)向傳動 機構運動干涉而發(fā)生的制動跑偏、轉(zhuǎn)向特性改變等問題，因而可簡化轉(zhuǎn)向傳動機構的設 計。（1010）因車身平穩(wěn)，不必裝大燈水平自調(diào)裝置。主動懸掛系統(tǒng)的主要缺陷是成本較高，液壓裝置噪音較大，功率消耗較大。（四）電子控制懸掛系統(tǒng)主動懸掛和半主動懸掛系統(tǒng)按其控制方式又可分為機械控制懸掛系統(tǒng)和電子控 制懸掛系統(tǒng)。z、圖

12、 z z 為最早在英國倫敦的公共汽車上首先采用的一種主動懸掛系 統(tǒng)，這是一種純機械式控制系統(tǒng)。系統(tǒng) 中有四個油氣彈簧和高度控制閥，油泵 和貯壓器可使供油管路中維持穩(wěn)定的 高壓，四個高度控制閥則分別控制四個 油氣彈簧中的油壓，從而控制了四個油 氣彈簧的剛度。汽車載荷增大時，高度 控制閥動作， 油氣彈簧中油壓上升， 反 之則油壓下降，直至車身高度達到設定 值為止。汽車轉(zhuǎn)向時，外側(cè)兩個高度控 制閥增大兩個外側(cè)油氣彈簧的油壓，內(nèi) 側(cè)兩個油氣彈簧油壓則下降，從而維持 車身水平，即提高了車身抗側(cè)傾能力。 制動（或加速）時，則前面兩個（或后 面兩個）高度控制閥使前面兩個（或后 面兩個）油氣彈簧中的油壓上升，

13、另外 兩個油氣彈簧中的油壓下降，維持車身 水平，即提高了車身的抗縱擺能力。1 油泵電 2貯油箱* 3貯壓器 4 一油氣彈畫* 5高度控制閥為了保證車輪正常跳動時防止高度控制閥誤動作，在高度控制閥與車輪擺臂的圖1主動式空氣懸袈的構成（豐田網(wǎng)阿拉轎車）連接傳感元件中裝有緩沖減振裝置（圖中未畫出）。該緩沖減振裝置的振動特性必須與車輪懸掛的振動特性良好匹配才能保證系統(tǒng)正常工作。這一點完全靠機械振動系統(tǒng)的合 理設計來保證。圖 3 3 為法國某些雪鐵龍汽車上采用的主動懸掛系統(tǒng)（由英國開發(fā)）。也是一種純機械控制系 統(tǒng)，其主要特點是：前橋 采用了兩個高度控制閥， 兩個油氣彈簧；后橋采用 了一個高度控制閥，一個

14、 油氣彈簧。兩個前油氣彈 簧的液壓缸分別于對角線 處的兩個對應的后液力滑 柱的下腔相通，兩個后液 力滑柱的上腔均與后油氣 彈簧的液壓腔相通。主液 壓管路中的液壓由油泵和貯壓器維持。機械控制懸掛系統(tǒng)的特點是結構簡單，成本低，但是機械控制懸掛系統(tǒng)存在著 控制功能少，控制精度低，不能適應多種使用工況等問題。所以，近年來隨著電子技術 的飛速發(fā)展，隨著車用微機、各種傳感器、執(zhí)行元件的可靠性和壽命的大幅度提高，電 子控制技術被有效地應用于懸掛系統(tǒng)控制中。圖 3雪鐵龍機械控制生動懸架系統(tǒng)力楮桂I一主液圧管flh 3后龍傾揑制渡叛警略r 4一蘭液力構柱5池泵匸7-C壓器！ &一前酒吒彈竇和減 粧器*9

15、-#度控制押應h H囲訥管Ah U-度挽制 國 低頻響鋰“12后袖彈費和施振器1 一空幄壓堵機* m 電儺岡* $干 4 一節(jié)一車為高（館右 n 占一帶有號嫌 H 的業(yè) q 彈 16 7-*架控劇執(zhí)苗 4L g-轉(zhuǎn)向傅務器* 9-停車燈開關丄 10-TEMSft燈H電12-flt 覩 12開黃* 13！號高岌控制薛丿 14-2 號離度檢制閥 t 15-示曇用 ECU*H 握扁用搖魅搓沖一車 撕髙度（）t用！9 一空 T 胃 at 恥一車越傳賂 IS* 21-車身高度悄贈養(yǎng)二、主動懸掛系統(tǒng)工作原理主動懸掛系統(tǒng)能夠根據(jù)車身高度、車速、轉(zhuǎn)向角度及速率、制動等信號，由電 子控制單元（ECUECU 控制

16、懸掛執(zhí)行機構，使懸掛系統(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。（一）主動式空氣懸掛系統(tǒng)工作原理圖 4 4 所示為豐田索阿拉高級轎車電子控制主動式空氣懸掛系統(tǒng)的構成圖。它主要由空氣壓縮機、干燥器、空氣電磁閥、車身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸 掛控制執(zhí)行器、懸掛控制選擇開關及電子控制單元等組成?？諝鈮嚎s機由直流電機驅(qū)動， 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。當車身需要升高時，電子控制單元控制空氣電磁閥使壓縮空氣進入空氣彈簧的主氣 室（見圖 5 5（b b），車身高度調(diào)整過程Ca）車身降低*

17、 （b）車身升高使空氣彈簧伸長，車身升高；當車身需要降低時，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（見圖 5 5（a a），空氣彈簧壓縮，車身降低。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執(zhí)行器（圖中未畫出）。 電子控制單元根據(jù)各傳感器輸出信號， 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。豐田索阿拉轎車采用的主動式空氣懸掛系統(tǒng)中， 車高、彈簧剛度和減振器阻尼力可 同時得到控制， 且各自可以

18、取三種數(shù)值， 其所取數(shù)值由電子控制單元根據(jù)當時的運行條 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控制模式， 即控制車身 高度的“常規(guī)值自動控制”和號“高值自動控制”， 以及控制彈簧剛度和減振器阻尼力的 “常規(guī)值自動控制”和“高速行駛時自動控制”，具體控制內(nèi)容如下：1.1. 利用彈簧剛度 / / 減振器阻尼力進行控制（1 1）抗后坐：通過傳感器檢測油門踏板移動速度和位移。當車速低于 20km/h20km/h 且加速度大時（急起步加速），ECUECU 通過執(zhí)行器將彈簧剛度和減振器阻尼力調(diào)到高值，從而抵抗汽車起步時車身后坐。 如果此時駕駛員選擇了“常規(guī)值自動控制”狀態(tài)， 則彈 簧剛

19、度和減振器阻尼力由軟調(diào)至硬；如果此時駕駛員選擇了“高速行駛自動控制”狀 態(tài)，則剛度和阻尼力由中調(diào)至硬。（ 2 2）抗側(cè)傾： 由裝于轉(zhuǎn)向軸的光電式轉(zhuǎn)向傳感器檢測轉(zhuǎn)向盤的操作狀況。在急 轉(zhuǎn)彎時，ECUECU 通過執(zhí)行器使彈簧剛度和減振器阻尼力轉(zhuǎn)換到高（硬）值，以抵抗車身側(cè) 傾。（3 3）抗“點頭”：在車速高于 6060 km/hkm/h 時緊急制動，ECUECU!過執(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)，以抵抗車身前 部的下俯。（4 4）高速感應：當車速大于 110km/h110km/h 時，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操縱

20、穩(wěn)定性。 既使駕駛員選擇了“常規(guī)值自動控制”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 5）前、后關聯(lián)控制：車速在 30-8O30-8O km/hkm/h 范圍內(nèi)時，若前輪車高傳感器檢測出路面有小凸起（例如前輪通過混凝土路面接縫等），則在后輪越過該凸起之前，系統(tǒng) 將使彈簧剛度和減振器阻尼力調(diào)至低（軟）值，從而提高汽車乘坐舒適性。此時既使駕 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)仍將剛度和阻尼力調(diào)至低 （軟） 值。為了不影響高速時的操縱穩(wěn)定性，這種動作在車速為80km/h80km/h 以下才發(fā)生。（6 6）壞路、俯仰、振動感應：車速在 40-100km

21、/h40-100km/h 范圍內(nèi)，當前輪車高傳感器 檢測出路面有較大凸起時 （例如汽車通過損壞的鋪砌路面等） ，系統(tǒng)將彈簧剛度和減振 器阻尼力調(diào)至中間值， 以抑制車體的前后顛簸、 振動等大動作， 從而提高汽車的乘坐舒 適性和通過性 . . 而不管駕駛員選擇了何種控制狀態(tài)。車速高于 100km/h100km/h 時，系統(tǒng)將使剛度和阻尼力調(diào)至高（硬）值。（ 7 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)值自動控 制”狀態(tài)，剛度和阻尼力處于低（軟）值；“高速行駛時自動控制”狀態(tài)，則剛度和阻 尼力為中間值。2.2.車身高度控制由左右前輪和左后輪三個車身高度傳感器發(fā)出車高信號，EC

22、UECU 發(fā)出指令來進行車身高度調(diào)整。（I I ）高速感應：當車速高于 90km/h90km/h 時，將車身高度降低一級，以減小風阻， 提高行駛穩(wěn)定性。如果駕駛員選擇了 “常規(guī)值自動控制”狀態(tài)， 則車身高度值由中間值 （標準值）調(diào)至低值； 如果駕駛員選擇了“高值自動控制”狀態(tài)，則車高由高值調(diào)至中 間值 （標準值） 。 在車速為 60km/60km/h h時，車高恢復原狀。（2 2）連續(xù)壞路面感應：汽車在壞路面上連續(xù)行駛，車高信號持續(xù) 2.5s2.5s 以上有 較大變動，且超過規(guī)定值時，將車高升高一級，使來自路面的突然抬起感減弱，并提高 汽車的通過性能。連續(xù)壞路且車速大于 40km/h40km/

23、h 小于 90km/h90km/h 時，不論駕駛員選擇了何種控制狀態(tài)， 都將車高調(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。車速小于 40km/h40km/h 時，車高則完全由駕駛員選擇，選擇“常規(guī)值自動控制”時， 車高為中間值（標準值）；選擇“高值自動控制”時，車高為高值。在連續(xù)壞路面上，車速高于 90km/h90km/h 時，不管駕駛員選擇了何種控制狀態(tài)，車高 都將調(diào)至中間值，這樣做是為了避免車身過高對高速行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。另外，還具有駐車時車高控制功能。當汽車處于駐車狀態(tài)時，為了使車身外觀 平衡，保持良好的駐車姿勢，在點火開關斷開后，ECUECU 即發(fā)出指令，使

24、車身高度處于常 規(guī)模式的低狀態(tài)。（二）主動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 相當于液 力減振器 的液壓缸 組成。通 過油液壓 縮氣室中 的空氣實 現(xiàn)剛度特性，而通圖（ 雪鐵龍 XM 轎車油氣主動懸架系統(tǒng)過電磁閥i 一計算機皿一轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)箱傳一加連度傳感器 M制動壓力傳感髀*5-車速傳感 6 一車身位移傳7-電磁閥* 8輸助履壓 Bh 9剛度調(diào)節(jié)器* 10前油氣室* II后油吒室控制油液管路中的小孔節(jié)流實現(xiàn)變阻尼特性。圖 6 6 所示為雪鐵龍 XMXM 轎車的主動式油氣 彈簧懸掛布置圖，從圖中可以看到，它有五

25、個基本行車狀態(tài)的傳感器。其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器安裝于轉(zhuǎn)向柱上，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號間接地把汽車 轉(zhuǎn)向程度（快慢、大小）的信息送給微機。加速度傳感器實際上是與油門踏板連接的油門動作傳感器，間接地將加速動作 信號送給微機。制動壓力傳感器安裝于制動管路中，當制動時，它向微機發(fā)送一個階躍 信號，表示制動，使微機產(chǎn)生抑制“點頭”的信號輸出。車速傳感器安裝于車輪上，送出與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，微機利用它和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號， 可以計算出車身的側(cè)傾程度。車身位移傳感器安裝于車身與車橋之間，用來測量車身與車橋的相對高度，其 變化頻率和幅度可反映車身的平順性信息，同時還用于車高自動調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)的工作原 理如圖 7 7 所

26、示。 在圖7 7 中, 電磁閥 7 7 在微機指令下向 右移動，從而接通壓力油 道，使輔助液壓閥 8 8 的閥 芯向左移動， 中間的油氣 室 9 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 9 又稱為剛度調(diào)節(jié)器。a a、 b 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 7 中無電流通過，在彈簧作 用下，閥芯左移，關閉壓 力油道，原來用于推動液 壓閥 8 8 的壓力油通過閥 7 7 的左邊油道泄放，閥 8 8 閥 芯右移，關閉剛度調(diào)節(jié)器 9 9,氣室總?cè)莘e減小，剛度 增大，使系統(tǒng)處于“硬” 狀態(tài)。圖 7 油氣主動懸架系統(tǒng)的工

27、作原理1 一廿算 2轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)兔傳廐器* 3加速度傳怎器 I4-W動阪 力傳flgah 5亠車運傳骼器i乩亠車身高度7電 8- 輔助袖吒制 9劇度調(diào)節(jié) lb 10前油氣室，一后釉室在正常行車狀態(tài)時，系統(tǒng)處于“軟”狀態(tài)，以提高乘坐的舒適性，當高速、轉(zhuǎn)向、起步和制動時，系統(tǒng) 處于“硬”狀態(tài)，以提高車輛的操縱穩(wěn)定性。（三）帶路況預測傳感器的主動懸掛系統(tǒng)圖 8 8 所示為帶有路面狀況預測傳感器的主動懸掛示意圖。 該系統(tǒng)中包括一個懸掛 彈簧 1616 和一個單向液壓執(zhí)行器 1414,控制閥 6 6 通過油管 8 8 與單向液壓執(zhí)行器的油壓腔相 通。 油管上還接有一個支管 8a8a，該支管與一個儲壓器 11

28、11 相連，儲壓器內(nèi)充有氣體，這 些可壓縮的氣體可以產(chǎn)生一種類似彈簧的效果。 另外，支管的中間還設有一個主節(jié)流孔1212,以限制儲壓器和油壓 腔之間的油流，從而形成 減振作用。在油管和儲壓 器之間還設有一個旁通管路 8b8b,該旁路上帶有一個 選擇閥 1 10 0和一個副節(jié)流孔 9 9,副節(jié)流孔的直徑大于主 節(jié)流孔的直徑。當選擇閥 打開時， 油流通過選擇閥 的副節(jié)流孔，在儲壓器和 油壓腔之間流動，從而減 小振動阻尼。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的開度 可以隨控制電流的大小而 改變，以控制進入油管的 油量，進而控制施加到液壓執(zhí)行器的油壓，隨著

29、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。圖 8帶路況預測傳感器的主動懸架系統(tǒng)1油箱J2油泵 I 3濾清4單向閥$ 5傭壓 器6控制閥丨 7回油管； 8 油管罩認 爺一支管9 一副節(jié)流孔 10選擇閥,11-儲壓器#12-主節(jié)流 孔* 13油壓腔14液壓執(zhí)行器門 5車輪*16懸 架彈賢測出的車輛前方是否有凸起物及其大小的檢測信號，在各車輪處檢測車身高度的傳感器 輸出信號及車速傳感器輸出的車速信號等?？刂茊卧鶕?jù)這些信號，對設置在各車輪上 的控制閥和選擇閥進行控制在該懸掛系統(tǒng)中， 輸入到 控制單元 ECUECU 的信號有: 各輪上設置的檢測車身縱 向加速度的傳感器輸出信 號，路面狀

30、況預測傳感器5叮 i圖 9 9 所示為路況預測傳感器的設置情況。這種傳感器通常為超聲波傳感器，頻 率為 40kH40kHz z左右，它安裝在車身的前面，以便對其下方的路面狀況進行檢測。在車 輛正常行駛 時，選擇閥關 閉，液壓執(zhí)行器的油壓腔通 過主節(jié)流孔與 儲壓器相通，它可以吸收并 降低因路面不 平而引起的微小振動。當車輛上的路況預測傳感器發(fā)現(xiàn)路面上有將引起振動的凸起物時, 開，并將懸掛系統(tǒng)的阻尼系數(shù)減小到一個特定的值上。圖1 10 0所示為路況 預測傳感器的輸出信號， 輸出信號的幅值與路面凸 起物的大小成正比。如果 完全按照傳感器輸出信號 進行控制，懸掛系統(tǒng)的阻 尼變化就會過于頻繁，因 此，在

31、控制系統(tǒng)中設置了 一個低閾值 V V。另外，如 果在車輛通過一個很大的 凸起物時，懸掛系統(tǒng)的阻 尼系數(shù)若調(diào)整得過低，就 可能會產(chǎn)生極大的沖擊 力，形成懸掛底部與車橋 的剛性碰撞，因此，控制系統(tǒng)中還設定了一個高閾 值 V V2。只有在路況預測信 號介于 V Vi和V2之間時，控 制單元才輸出一個打開選 擇閥的控制信號?？刂茊卧跈z測 路況傳感器輸出信號的同 時，也不斷地檢測車速。 根據(jù)車速可以估算出測得路況預測傳感器的設置控制單元便控制選擇閥打圖 10 路況預測傳感器的輸岀曲線V圖 11蘆納懸架蔡統(tǒng)鉤成圈的凸起物和實際車輪通過凸起物之間的滯后時間。 選擇閥應恰好在車輪通過凸起物時打 開，這樣，在

32、車輪通過凸起物時，懸掛的阻尼系數(shù)只是作短暫變化，車輪過了凸起物后, 選擇閥便再次關閉。具有路況預測傳感器（聲納系統(tǒng)）的主動懸掛系統(tǒng)可以在汽車到達之前對路 面情況進行預測處理，因而大大改善了懸掛的工作性能，裝有這種系統(tǒng)的車輛在不平的 路面上行駛時，甚至可以不扶轉(zhuǎn)向盤。 圖 1111 為日產(chǎn)公司具有聲納系統(tǒng)的懸掛構成圖。三、電子控制懸掛系統(tǒng)主要部件的結構（一）懸掛阻尼調(diào)節(jié)裝置 TOPTOP圖 1212 所示即為應用了壓電傳感器和壓電執(zhí)行器的壓電式減振器結構。壓電式減振器主要由壓電 傳感器、 壓電執(zhí)行 器和阻尼力變換 閥三部分組成。 壓 電傳感器和壓電 執(zhí)行器所用的壓 電元件是一個壓)電陶瓷元件，

33、其主 要成分是鉛、鋯和 鐵。壓電元件都是圖 12壓電式減振器結構1阻尼力變換岡 p2| 3活 Xi 4壓電執(zhí)行5活農(nóng)桿 8壓電傳感器利用壓電效應的原理進行工作的。 如圖1313 所示，當在壓 電元件上施加 外力時，壓電 元件將產(chǎn)生電 壓，這一現(xiàn)象C壓電正效應（b） 壓電負效應稱為壓電正效應；而給壓電13壓電元件工作原理元件施加電壓，則壓電元件將產(chǎn)生位移，這一現(xiàn)象稱為壓電負效應。壓電傳感器 6 6 就是根據(jù)壓電正效應進行工作的。當由顛簸路面而引起的沖擊力作用在減振器支撐桿上時，由于壓電正效應的作用，在壓電傳感器上大約 2 2 卩 s s 的短時間內(nèi)就可產(chǎn)生電壓信號。圖 1414 所示為壓電傳感器

34、的構造。圖中壓電元件有 5 5 層，每層厚 度為0.5mm0.5mm電子控制單元接收到壓電傳感器的電壓信 號后，立即對壓電執(zhí)行器施加電壓。 圖 1515 所示為 壓電執(zhí)行器的結構。由 8888 個壓電元件所組成的壓 電執(zhí)行器根據(jù)電子控制單元發(fā)出的指令被施加電 壓后，由于壓電負效應的作用，在約 5ms5ms 的時間內(nèi) 產(chǎn)生 5050 卩 m m 左右的位移。此位移經(jīng)活塞和推桿所放 大后，使阻尼力變換閥動作。圖1212 (b b)為壓電執(zhí) 行器未動作時的“硬”工況。 圖1212 (c c)為壓電執(zhí) 行器動作后的“軟”工況。壓電式減振器從出現(xiàn)顛 簸信號到阻尼力變換閥動作僅需幾毫秒的時間，因此這種減振

35、器阻尼力電子控制系統(tǒng)具有很高的響 應能力。(二)空氣懸掛剛度調(diào)節(jié)裝置1.1. 空氣懸掛系統(tǒng)的構造圖 15壓電執(zhí)行器的結構壓電元件多展1*1!_圖 14 壓電傳感器構造圖 1616 所示為空氣懸掛的基本構造，圖示 的空氣懸掛主、輔氣室設計為一體，這樣既省空 間，又減輕了質(zhì)量。懸掛的上端與車身相連，下 端與車輪相連，隨著車身與車輪的相對運動，主 氣室的容積在不斷地變化。主氣室與輔氣室之間 通過一個通路有氣體相互流動，改變主、輔氣室 之間氣體通路的大小，使主氣室被壓縮的空氣量 發(fā)生變化，就可改變空氣懸掛的剛度。減振器的 活塞通過中心桿和懸掛控制執(zhí)行器連接，執(zhí)行器 帶動阻尼調(diào)節(jié)桿轉(zhuǎn)動可以改變活塞上阻尼

36、孔的 大小，從而改變減振器的阻尼系數(shù)，其工作原理 與基本結構與上述懸掛阻尼調(diào)節(jié)裝置基本相同。2.2. 懸掛剛度調(diào)節(jié)原理懸掛剛度的調(diào)節(jié)原 理如圖 1717 所示。主、輔氣室之間的氣閥體上有 大小兩個通路。懸掛控制執(zhí)行器帶動氣閥體控制 桿轉(zhuǎn)動，使閥芯轉(zhuǎn)過一個角度，改變通路的大小， 就可以改變主、輔氣室之間的氣體流量，使懸掛 剛度發(fā)生變化。懸掛的剛度可以在低、中、高三種狀態(tài) 下變化。閥芯的開口轉(zhuǎn)到對準圖示的低位置時，氣體通路的大氣體通路被打開，主氣室的氣體經(jīng) 閥芯的中間孔、閥體的側(cè)面孔通道與輔氣室的氣 體相通，兩氣室之間的流量大，相當于參與工作 的氣體容積增大，懸掛剛度處于低狀態(tài)。閥芯的開口轉(zhuǎn)到對準

37、圖示的中位置時，氣體通路的小氣體通路被打開， 兩氣室之間的氣體流量小，懸掛剛度處于中狀態(tài)圖 17 懸架剛度調(diào)節(jié)廉理1 一阻尼調(diào)節(jié) th 23主輔代室通踣*5主&代岡體|7一小*t 怵通 Bh 8闋庫* 9大*1 體通路圖 16 空氣懸架的基本構造1 一輔氣室* 2主室卡 3低壓情性氣體.4 一減振器閥芯的開口轉(zhuǎn)到對準圖示的高位置時，兩氣室之間的氣體通路全部被封住，兩氣室間的氣體不能相互流動，可壓縮的氣體容積減小。懸掛在振動過程中，只有主氣室 的氣體單獨承擔緩沖的任務，所以懸掛的剛度處于高狀態(tài)。3.3.懸掛控制執(zhí)行器空氣懸掛控制執(zhí)行器與阻尼控制執(zhí)行器的主要區(qū)別在于， 后者只控制 減振器的

38、回轉(zhuǎn)閥進行阻尼調(diào)節(jié)。而前者除控制減振器的回轉(zhuǎn)閥進行阻尼調(diào)節(jié)外， 還要驅(qū) 動主、輔氣室的閥芯進行剛度調(diào)節(jié)。為了適應頻繁變化的工況，并保證精確的定位，驅(qū)動動力采用了直流步進電機。懸掛控制執(zhí)行器的基本結步進電機帶動小齒輪驅(qū)動扇形齒輪轉(zhuǎn)動，與扇形 齒輪同軸的阻尼調(diào)節(jié)桿帶動回轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)動，使阻尼孔開閉 的數(shù)量變化，從而調(diào)節(jié)減振器的阻尼。在調(diào)節(jié)阻尼的同時，齒輪系帶動與氣室閥芯相連 接的剛度調(diào)節(jié)桿轉(zhuǎn)動，隨著氣室閥芯角度的改變，懸掛 的剛度也得以調(diào)節(jié)。電磁線圈控制的電磁制動開關松開時，制動桿處 于扇形齒輪的滑槽內(nèi)，扇形齒輪可以轉(zhuǎn)動；電磁制動開 關吸合時，制動桿往回拉，齒輪系處于鎖住狀態(tài)，各轉(zhuǎn) 閥均不能轉(zhuǎn)動，使懸掛

39、的參數(shù)保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)下。步進電機的基本工作原理如 圖 1919 所示。步進電機的轉(zhuǎn)子由永久磁鐵制成。定子有兩對當 A-BA-B 繞組不通電，C-DC-D 繞組接通電源時，永磁轉(zhuǎn)子處于圖示“高狀態(tài)”的位 置。當 A-BA-B 繞組接通反向電流（電流從 B B 端流入，A A 端流出）時，與“低狀態(tài)”時 相比，左右磁極磁性相反，于是永磁轉(zhuǎn)子處于圖示的“中狀態(tài)”位置。構如圖 1818 所示圖 18 眾架控制執(zhí)行 器結構1-電厳線2-制動fh咅一步進電機L4小齒輪* 5阻尼測節(jié)桿卜 6剛度調(diào)節(jié)桿*丁一崩幣齒輪磁極，其上繞 有A-BA-B、C-DC-D 兩相繞組，當A-BA-B 繞組接通 正向電流

40、時（電流從 A A端 流入，B B端流出），永磁轉(zhuǎn) 子將在定子磁 極磁場的作用 下，處于圖 1919（b b）所示的“低狀態(tài)”位圖 19步進電機工作 IK 理及動作位覽圖 2020 所示的為另一種結構形式的空氣懸掛結構。其結構特點是主氣室與輔氣 室為分開式結構，中間由連接管相通。主、輔氣室的氣體通路仍由步進電機轉(zhuǎn)動氣閥體 來控制。步進電機的 工作原理與上述相 同，其結構如圖 2121 所示。圖 2222 所示 為步進電機在三個 不同位置時該懸掛 剛度的變化情況。圖 2222（ a a）所示氣閥體的大通 氣孔與輔氣室相通， 主、輔兩氣室之間的圖 20 主*輔氣室分開式空氣懸架1 一減振器卜 2主

41、氣室；3-阻尼調(diào)節(jié)桿 4 4-連接管5輔氣室F6步進電機：7氣聘體氣體流量增大， 懸掛 剛度處于低狀態(tài)。圖 2222 （b b）所示氣閥體的小通氣孔與輔氣室相通，主、輔氣室間氣體流通有阻 尼存在，所以懸掛剛度處于中狀態(tài)。09 22懸架剛度調(diào)節(jié)示奪圖圖 2222（c c）所示氣閥體完全關閉，只有主氣室參加工作，所以懸掛剛度處于 高狀態(tài)。（三）車身高度控制裝置車身高度控制裝置是指車身的高度可根據(jù)汽車內(nèi)乘座人員或車輛載重情況自動 做出調(diào)整，以保持汽車行駛所需要的高度及汽車行駛姿態(tài)的穩(wěn)定。車身高度控制有兩種 類型，一種是對汽車全部四個車輪懸掛系統(tǒng)進行高度控制；另一類型是僅對兩個后輪的 懸掛系統(tǒng)進行高度

42、控制。1.1.系統(tǒng)組成及工作原理圖 2323 所示為日本富士汽車空氣懸掛的車身高度控制系統(tǒng)。由圖可以看出，系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、排氣閥、干燥器、進氣閥、儲氣罐、調(diào)壓閥、電磁閥、高度傳感 器、氣室及控制單元等組成。21(b)步進電機的結構電踣圖 23車身高度控制系統(tǒng)（富士 SUBARV）1 一電N2 一電一干燥抽 排吒 flh 5空氣壓蠟機* 6-進弋町 7-輔氣 ML 8-W 壓岡丨 9 一控 IH 單元11-#膜L12高度傳感器直流電機帶動空氣壓縮機工作，從壓縮機出來的壓縮空氣進入干燥器，經(jīng)干燥后進 入儲氣罐，儲氣罐的氣體壓力由調(diào)壓閥進行調(diào)節(jié)。控制單元根據(jù)車高傳感器信號的變化和駕駛員給與的控制模式（常規(guī)正常模式 或高模式）指令，給控制車高的電磁閥發(fā)出指令。當車身需要升高時，電磁閥動作，壓 縮空氣進入空氣