現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論（第3版）-田晉躍課件 第7章汽車現(xiàn)代懸架技術(shù)

第7章汽車現(xiàn)代懸架技術(shù)

電控懸架系統(tǒng)主要有半主動懸架和主動懸架 半主動懸架是指懸架元件中的彈簧剛度和減振器阻尼系數(shù)之一可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)?？梢愿鶕?jù)路面的激勵和車身的響應(yīng)對懸架的阻尼系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。 全主動懸架簡稱主動懸架，它能自動調(diào)整懸架剛度和阻尼(包括整體調(diào)整和單輪調(diào)整)，此外，主動懸架還可根據(jù)車速的變化控制車身的高度。 另外，根據(jù)懸架介質(zhì)的不同，電控懸架系統(tǒng)又可分為油氣式主動懸架和空氣式主動懸架。7．1電控懸架技術(shù)概述上一頁下一頁返回

各種獨(dú)立懸掛形式的應(yīng)用實(shí)例雙橫臂式：紅旗CA7560、依維柯等的前懸掛；它有兩個(gè)不等長的擺臂，當(dāng)車輛在不平路面行駛，車輪可以上下跳動、左右擺動旋轉(zhuǎn)。裝在橫梁與下臂間的螺旋彈簧與減振器，可支承車重并減緩沖擊載荷。此外，在左右輪下擺臂處，裝有穩(wěn)定桿；并且，有橡膠緩沖塊，裝在上下擺臂或車架。上一頁下一頁返回Flash典型的雙橫臂式獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)圖縱臂式：單縱臂式富康、桑塔納、捷達(dá)、雷諾5型等轎車的后懸掛；縱臂式獨(dú)立懸架是指車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動的懸架結(jié)構(gòu)，又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸架當(dāng)車輪上下跳動時(shí)會使主銷后傾角產(chǎn)生較大的變化，因此單縱臂式懸架不用在轉(zhuǎn)向輪上。雙縱臂式懸架的兩個(gè)擺臂一般做成等長的，形成一個(gè)平行四桿結(jié)構(gòu)，這樣，當(dāng)車輪上下跳動時(shí)主銷的后傾角保持不變。雙縱臂式懸架多應(yīng)用在轉(zhuǎn)向輪上。上一頁下一頁返回典型的縱臂式獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)圖麥弗遜式（滑柱擺臂式）：捷達(dá)、桑塔納、高爾夫、奧迪100、紅旗7220等的前懸掛。這種懸架目前在轎車中采用很多。麥弗遜式懸架將減振器作為引導(dǎo)車輪跳動的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。這種懸架將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承，允許滑柱上端作少許角位移。內(nèi)側(cè)空間大，有利于發(fā)動機(jī)布置，并降低車子的重心。車輪上下運(yùn)動時(shí)，主銷軸線的角度會有變化，上一頁下一頁返回麥弗遜式獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)示意圖單斜臂式：Sierra轎車、寶馬5系列轎車的后懸掛。這種懸架是單橫臂和單縱臂獨(dú)立懸架的折衷方案。其擺臂繞與汽車縱軸線具有一定交角的軸線擺動，選擇合適的交角可以滿足汽車操縱穩(wěn)定性要求。這種懸架適于做后懸架。上一頁下一頁返回單斜臂式獨(dú)立懸架7.2電控懸架系統(tǒng)的基本組成

上一頁下一頁返回電控懸架系統(tǒng)的組成1.電控懸架系統(tǒng)的傳感器

國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。汽車傳感器的主要作用是將汽車行駛的速度、起動、加速度、轉(zhuǎn)向、制動和路面狀況、汽車振動狀況、車身高度等信號輸送給電子控制模塊。電控懸架中的幾種傳感器：1）車身高度傳感器車身高度傳感器的作用是把車身與車橋之間的相對位置變化量轉(zhuǎn)化為電信號送給懸架ECU，然后通過有關(guān)執(zhí)行元件，隨時(shí)對車身高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持車身高度基本不隨載荷的變化而變化；還可以在汽車起步、轉(zhuǎn)向、制動以及前、后、左、右車輪載荷相應(yīng)發(fā)生變化時(shí)，隨時(shí)調(diào)整有關(guān)車輪懸架的剛度，以提高汽車抗俯仰、抗側(cè)傾的能力，從而保證良好的操縱穩(wěn)定性；也可以在汽車各輪載荷不同時(shí)，分別對各輪懸架的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持車身姿式基本不變。高度傳感器的數(shù)量與車上裝備的電控懸架系統(tǒng)的類型有關(guān)。圖7.8是車高傳感器的結(jié)構(gòu)圖。高度傳感器的一端與車架連接，另一端裝在懸架系統(tǒng)上。上一頁下一頁返回

上一頁下一頁返回車高傳感器結(jié)構(gòu)1—遮光器；2—圓盤；3—蓋；4—電纜；5—金屬封油環(huán)；6—?dú)んw；7—軸上一頁下一頁返回車身高度傳感器的安裝位置2）方向盤轉(zhuǎn)角傳感器上一頁下一頁返回轉(zhuǎn)角傳感器裝于轉(zhuǎn)向軸管上，可向ECU提供汽車轉(zhuǎn)向速率、轉(zhuǎn)角大小及轉(zhuǎn)向方向信息，由ECU確定需調(diào)哪些車輪的懸架及調(diào)節(jié)量需要多大。光電式轉(zhuǎn)角傳感器其工作原理圖光電式轉(zhuǎn)角傳感器安裝位置及構(gòu)造1、2轉(zhuǎn)角傳感器；；3—光電耦合器；4、7—遮光盤；5—轉(zhuǎn)向軸；6—圓盤上一頁下一頁返回3）車速傳感器懸架控制模塊可從車速傳感器，各種其他控制模塊或多路傳輸網(wǎng)絡(luò)接收車速信號輸入，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種控制功能。4）加速信號當(dāng)汽車啟動或突然加速時(shí)，動力傳動控制模塊（PCM）根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號或空氣流量信號生成加速信號，然后將加速信號提供給懸架控制模塊，懸架控制模塊控制執(zhí)行器使其轉(zhuǎn)換到硬阻尼狀態(tài)，以便減少汽車抬頭（后坐）。5）車門信號懸架控制模塊利用車門信號實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的某些功能，如在車門打開時(shí)防止排氣或保持目前行駛高度等。在車門關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。6）制動開關(guān)當(dāng)汽車制動時(shí)，制動開關(guān)給懸架控制模塊一個(gè)制動信號，懸架控制模塊收到制動信號后，控制執(zhí)行器將懸架由軟轉(zhuǎn)換到硬的狀態(tài)，以防止汽車點(diǎn)頭。7）懸架控制開關(guān)懸架控制開關(guān)包括懸架剛度和阻尼選擇(LRC)開關(guān)、車高控制開關(guān)和鎖止開關(guān)（高度控制ON/OFF開關(guān)），前兩個(gè)開關(guān)一般都裝在駕駛室內(nèi)變速器控制桿旁邊，鎖止開關(guān)一般裝在后備箱內(nèi)。上一頁下一頁返回2.電控懸架系統(tǒng)的電子控制模塊電子控制模塊（懸架ECU）接收各種傳感器的輸入信號并進(jìn)行各種計(jì)算，然后給執(zhí)行器輸出控制懸架的剛度，阻尼力和車身高度的信號。同時(shí)，懸架ECU還監(jiān)測各種傳感器的信號是否正常，若發(fā)現(xiàn)故障，則存儲故障碼和相關(guān)參數(shù)，并點(diǎn)亮故障指示燈。3.電控懸架系統(tǒng)的執(zhí)行元件通常所用的執(zhí)行元件是電磁閥、步進(jìn)電動機(jī)和氣泵電動機(jī)等。當(dāng)執(zhí)行元件接收懸架ECU的控制信號后，及時(shí)準(zhǔn)確地動作，從而按照要求調(diào)節(jié)懸架的剛度、阻尼力和車身高度。7.3電控懸架的工作原理1.半主動懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

半主動懸梁系統(tǒng)通常以車身振動加速度的均方根值作為控制目標(biāo)參數(shù)，以懸架減振器的阻尼為控制對象。上一頁下一頁返回半主動懸架控制模型圖1—控制器；2—整形放大電路；3—加速度傳感器；4—懸架質(zhì)量；5—阻尼可調(diào)減振器；6—懸架彈簧；7—非懸架質(zhì)量；8—輪胎的當(dāng)量質(zhì)量

在懸架控制單元中，事先設(shè)定了一個(gè)目標(biāo)控制參數(shù)，它是以汽車行駛平順性最優(yōu)控制為目的設(shè)計(jì)的。汽車行駛時(shí)，安裝在車身上的加速度傳感器產(chǎn)生的車身振動加速度信號經(jīng)整形放大后輸入電腦，電腦立刻計(jì)算出當(dāng)前車身振動加速度的均方根值，并與設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出控制信號：（1）如果是，控制器不輸出調(diào)整懸架阻尼控制信號。（2）如果是，控制器輸出增大懸架阻尼控制信號。（3）如果是，控制器輸出減小懸架阻尼控制信號?？刂破鞯膽壹茏枘峥刂七^程

滿足舒適性要求時(shí)，可選擇較低阻尼級；汽車高速行駛時(shí)，可選擇較高阻尼級。高阻尼可提高汽車行駛安全性，但舒適性下降；低阻尼可降低系統(tǒng)自振頻率，減少對車身的沖擊，利于提高舒適性，但安全性下降。上一頁下一頁返回a)實(shí)物圖b）結(jié)構(gòu)簡圖外部電磁鐵控制的減振器懸架阻尼的改變一般是通過控制步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動可調(diào)阻尼減振器中的有關(guān)部件，改變阻尼孔的大小實(shí)現(xiàn)的。

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a）實(shí)物圖b）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖阻尼力可連續(xù)調(diào)節(jié)的半主動懸架系統(tǒng)1—節(jié)流孔；2—步進(jìn)電動機(jī)；3—ECU；4—閥桿；5—閥門

上一頁下一頁返回三級可調(diào)式減振器旁路控制閥調(diào)節(jié)電動機(jī)帶動控制桿使回轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)動，便可通、斷油孔和控制油路截面積的變化，使控制閥具有小、中、大3個(gè)位置，產(chǎn)生3個(gè)阻尼值，以適應(yīng)不同的行駛條件。三級可調(diào)式減振器結(jié)構(gòu)1—阻尼調(diào)節(jié)桿；2—阻尼孔；3—活塞桿；4—回轉(zhuǎn)閥

上一頁下一頁返回根據(jù)電動機(jī)與電磁鐵的通電方式，可以形成3種阻尼。電動機(jī)與電磁鐵的通電方式現(xiàn)在的角度驅(qū)動角度電動機(jī)電磁鐵正極負(fù)極—軟-+斷開—運(yùn)動+-斷開軟硬-+接通運(yùn)動硬+-接通2．主動懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理上一頁下一頁返回1）空氣彈簧主動懸架系統(tǒng)一種空氣式主動懸架的控制系統(tǒng)中，用到了5個(gè)基本行車工況和車身狀態(tài)傳感器：（1）車身位移傳感器：安裝于車身與車橋之間，用來監(jiān)測車身與車橋的相對高度，其變化頻率和幅度反映了車身的振動。（2）節(jié)氣門開度傳感器：它通過監(jiān)測節(jié)氣門開度的變化向控制器提供汽車的加速度信息。（3）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器：安裝于轉(zhuǎn)向柱上，通過監(jiān)測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角，向控制器提供汽車轉(zhuǎn)向的程度，包括轉(zhuǎn)向的快慢和大小。（4）車速傳感器：它實(shí)際上就是裝于車輪上的車輪轉(zhuǎn)速傳感器控制器可根據(jù)它輸入的脈沖信號和轉(zhuǎn)向信號，計(jì)算出車身的側(cè)傾程度。（5）制動燈開關(guān)：它送入控制器的是一個(gè)階躍信號，向控制器提供了汽車制動信息，控制器可據(jù)此產(chǎn)生抑制車身“點(diǎn)頭”的控制信號。

上一頁下一頁返回電子控制空氣式懸架原理圖1—高度控制閥；2—空氣懸架；3—車身位移傳感器；4—干燥器；5—空氣泵；6—排氣閥

主動懸架按其控制功能，可分為車速與路面感應(yīng)控制、車身姿態(tài)控制和車身高度控制。（1）車速與路面感應(yīng)控制 車速路面感應(yīng)控制又可分為高速感應(yīng)控制、前后車輪相關(guān)控制和壞路面控制三種控制功能。（2）車身姿態(tài)控制 車身姿態(tài)控制是指在汽車車速突然改變及轉(zhuǎn)向等情況下，控制器對懸架的剛度和阻尼實(shí)施控制，以抑制車身的過度擺動，從而確保汽車乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。它包括轉(zhuǎn)向車身側(cè)傾控制、制動車身點(diǎn)頭控制和起步車身俯仰控制。（3）車身高度控制車身高度控制是控制器在汽車行駛車速和路面變化時(shí)，控制器對懸架輸出控制信號，調(diào)整車身的高度，以確保汽車行駛的穩(wěn)定性和通過性。控制方式包括高速感應(yīng)控制和連續(xù)壞路面行駛控制

上一頁下一頁返回2）油氣彈簧主動懸架系統(tǒng)油氣彈簧以氣體作為彈性介質(zhì)，而用油液作為傳力介質(zhì)，一般由氣體彈簧和相當(dāng)于液壓減壓振器的液壓缸組成。通過油液壓縮氣室中的空氣實(shí)現(xiàn)剛度特性，通過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。上一頁下一頁返回

上一頁下一頁返回雪鐵龍XM轎車的主動式油氣彈簧懸架系統(tǒng)1—ECU；2—轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；3—加速度傳感器；4—制動壓力傳感器；5—車速傳感器；6—車身位移傳感器；7—電磁閥；8—輔助壓力閥；9—剛度調(diào)節(jié)器；10—前油氣室；11—后油氣室

上一頁下一頁返回（a）系統(tǒng)處于“軟”狀態(tài)（b）系統(tǒng)處于“硬”狀態(tài)圖7.25油氣主動懸架系統(tǒng)的工作原理1—ECU；2—轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；3—加速度傳感器；4—制動壓力傳感器；5—車速傳感器；6—車身位移傳感器；7—電磁閥；8—輔助壓力閥；9—剛度調(diào)節(jié)器；10—前油氣室；11—后油氣室

3）帶路況預(yù)測傳感器的主動懸架系統(tǒng)

帶路況預(yù)測傳感器的主動懸架系統(tǒng)包括一個(gè)懸架彈簧和一個(gè)單向液壓執(zhí)行器，控制閥6通過油管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)蓄能器11相連，蓄能器內(nèi)充有氣體，該氣體具有彈簧的作用。另外，支管中間還沒有一個(gè)主節(jié)流孔12，以限制蓄能器和油壓腔之間的油流，從而形成減振作用。在油管和蓄能器之間還設(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)選擇閥打開時(shí)，油流通過選擇閥的副節(jié)流孔，在蓄能器和油壓腔之間流動，從而減小振動阻尼。因此，懸架系統(tǒng)在選擇閥的作用下，具有兩種不同的阻尼參數(shù)。上一頁下一頁第三章電容式傳感器返回上一頁下一頁返回帶路況預(yù)測傳感器的主動懸架系統(tǒng)1—油箱；2—油泵