第八章汽車電子控制懸架系統(tǒng)

第八章汽車電子控制懸架系統(tǒng)第一節(jié)電子控制懸架系統(tǒng)的組成第二節(jié)電子控制變高度懸架系統(tǒng)第三節(jié)電子控制變剛度懸架系統(tǒng)第四節(jié)電子控制變阻尼懸架系統(tǒng)第五節(jié)變高度、變剛度、變阻尼懸架系統(tǒng)第一節(jié)電子控制懸架系統(tǒng)的組成一、電子控制懸架系統(tǒng)的功用電子控制懸架系統(tǒng)的功用是:在汽車行駛路面、行駛速度和載荷變化時，自動調(diào)理車身高度、懸架剛度和減振器阻尼的大小，從而改善汽車的行駛平順性(即乘坐溫馨性)。阻尼指的是當振動的物體或振蕩電路的能量逐漸減少時，振幅相應減小的景象。在配備電子控制懸架系統(tǒng)的汽車上，當汽車急轉(zhuǎn)彎、急加速或緊急制動時，乘坐人員可以感到懸架較為鞏固，而在正常行駛時可以感到懸架比較柔軟;電控懸架還能平衡地面反力，使其對車身的影響減小到最低程度。因此，隨著汽車電子技術(shù)的開展與提高，許多中高檔轎車、大客車以及越野汽車都配備了電子控制懸架系統(tǒng)。下一頁前往第一節(jié)電子控制懸架系統(tǒng)的組成二、電子控制懸架系統(tǒng)的組成電子控制懸架系統(tǒng)主要由前車身高度傳感器、后車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器、控制開關(guān)、電子調(diào)理懸架電控單元(EMSECU)和執(zhí)行器組成。車身高度傳感器采集前后車身的高度信號、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)角傳感器采集汽車行駛方向信號、節(jié)氣門位置傳感器采集駕駛員加或減速信號、車速傳感器采集汽車行駛速度信號。傳感器和控制開關(guān)向EMSECU輸入車身以及汽車行駛的形狀信息，EMSECU接納傳感器和控制開關(guān)輸入的電信號，并向執(zhí)行元件發(fā)出控制指令，執(zhí)行元件產(chǎn)生一定的機械動作，從而改動車身高度、空氣彈簧的剛度或減振器的阻尼。

下一頁上一頁前往第一節(jié)電子控制懸架系統(tǒng)的組成不同汽車電子調(diào)理懸架系統(tǒng)的功能與零部件組成各不一樣，豐田汽車電子調(diào)理懸架系統(tǒng)的組成如圖8一1所示，主要由前后車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)角傳感器、高度控制開關(guān)、高度控制自動切斷開關(guān)、駕駛方式選擇開關(guān)、制動燈開關(guān)、懸架調(diào)理電控單元EMSECU、前后懸架控制執(zhí)行器、前后高度控制繼電器、前后高度控制閥、儲氣筒與調(diào)理閥、高度控制空氣緊縮機、枯燥器與排氣閥總成等組成。下一頁上一頁前往第一節(jié)電子控制懸架系統(tǒng)的組成三、電子控制懸架系統(tǒng)的分類電子控制懸架系統(tǒng)采用的控制方式有控制車身高度、控制空氣彈簧的剛度和控制油液減振器的阻尼等。根據(jù)電子控制懸架系統(tǒng)的功能不同，目前采用的電子控制懸架系統(tǒng)主要有以下幾種類型:(1)電子控制變高度空氣彈簧懸架系統(tǒng);(2)電子控制變剛度空氣彈簧懸架系統(tǒng);(3)電子控制變阻尼減振器懸架系統(tǒng);(4)電子控制變高度與變剛度空氣彈簧懸架系統(tǒng);(5)電子控制變高度、變剛度空氣彈簧與變阻尼減振器懸架系統(tǒng)上一頁前往第二節(jié)電子控制變高度懸架系統(tǒng)一、變高度控制懸架系統(tǒng)的組成車身高度控制系統(tǒng)的主要功用是當車內(nèi)乘員或載荷變化時，自動調(diào)理車身高度，使汽車行駛姿態(tài)穩(wěn)定，從而提高乘坐溫馨性。車身高度控制系統(tǒng)分為兩大類型，一類是僅對兩個后輪懸架進展控制;另一類是對全部四個車輪的懸架進展高度控制。兩種類型的控制原理根本一樣。最早也是最簡單的微機控制懸架系統(tǒng)是福特汽車公司禮貌(Courtesy)牌轎車上采用的電子控制變高度空氣彈簧懸架系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅對兩個后輪懸架進展控制，主要由一只高度傳感器、電控單元、空氣緊縮機、空氣緊縮機驅(qū)動電機、空氣緊縮機繼電器、空氣枯燥器、排氣電磁閥、空氣軟管、后輪空氣減振器等組成。高度傳感器采用磁感應式傳感器，安裝在后車架與懸架控制臂之間，用以檢測車身后部高度的變化。下一頁前往第二節(jié)電子控制變高度懸架系統(tǒng)目前，汽車普遍采用的車身高度控制系統(tǒng)組成簡圖如圖8-2所示，由4只高度傳感器(每個減振器下面各設1只)、控制開關(guān)、電控單元EMSECU、高度調(diào)理執(zhí)行器(包括4個氣壓缸、兩只高度控制電磁閥、空氣緊縮機、枯燥器和空氣管路)等組成。二、變高度控制懸架系統(tǒng)的控制過程變高度控制懸架系統(tǒng)在汽車乘員或載荷變化時，可以自動調(diào)理車身高度。當乘員或載荷添加時，系統(tǒng)將自動調(diào)高車身高度;反之，當乘員或載荷減小時，系統(tǒng)將自動調(diào)低車身高度。變高度控制懸架系統(tǒng)的控制過程如圖8一3所示。1.車身高度不變時懸架系統(tǒng)的控制過程當車身高度傳感器輸入電控單元EMSECU的信號表示車身高度在設定高度范圍內(nèi)時，EMSECU將發(fā)出指令使空氣緊縮機停頓轉(zhuǎn)動，空氣減振器內(nèi)空氣量堅持不變，車身高度堅持在正常位置。下一頁上一頁前往第二節(jié)電子控制變高度懸架系統(tǒng)2.車身高度降低時懸架系統(tǒng)的控制過程當汽車乘員或載荷添加使車身高度“偏低〞或“過低〞時，高度傳感器將向懸架控制電控單元EMSECU輸入車身“偏低〞或“過低〞的信號。EMSECU接納到車身高度降低的信號時，立刻向緊縮機繼電器和高度控制電磁閥發(fā)出電路接通指令，在接通高度控制空氣緊縮機繼電器電路使緊縮機運轉(zhuǎn)的同時，接通高度控制電磁閥線圈電路使電磁閥翻開，緊縮空氣進入空氣彈簧的氣壓腔(氣室)，氣壓腔充氣量添加便使車身高度上升?？諝饩o縮機繼電器觸點接通時，直流電機帶動空氣緊縮機運轉(zhuǎn)，從緊縮機輸出的緊縮空氣進入枯燥器枯燥后進入儲氣罐，儲氣罐的氣體壓力由調(diào)壓閥進展調(diào)理。下一頁上一頁前往第二節(jié)電子控制變高度懸架系統(tǒng)3.車身高度升高時懸架系統(tǒng)的控制過程當汽車乘員或載荷減少使車身高度“偏高〞或“過高〞時，高度傳感器將向懸架控制電控單元EMSECU輸入車身升高的信號。EMSECU接納到車身高度升高的信號時，立刻向空氣緊縮機繼電器發(fā)出電路切斷指令，并向排氣閥和高度控制電磁閥發(fā)出電路接通指令，緊縮機繼電器觸點迅速斷開使電動機電路切斷而停頓運轉(zhuǎn)，排氣閥和高度控制電磁閥線圈電路接通使電磁閥翻開，空氣從減振器氣壓腔、經(jīng)高度控制電磁閥、空氣軟管、枯燥器、排氣閥排出，氣壓腔空氣量減少使車身高度降低。下一頁上一頁前往第二節(jié)電子控制變高度懸架系統(tǒng)4.系統(tǒng)維護措施從減振器中放出的空氣經(jīng)過枯燥器時，帶走了枯燥劑中的濕氣。這樣，枯燥劑經(jīng)過一段時間運用后不會被濕氣浸透。這種維護枯燥劑的再生枯燥系統(tǒng)為許多空氣懸架系統(tǒng)所采用?？菰锲髦锌諝獾淖钚毫猿衷诓坏陀?5~165kPa，從而保證系統(tǒng)中有一定量的空氣。這樣在乘員或載荷減少使減振器伸長時，空氣彈簧的氣壓腔不致凹癟。上一頁前往第三節(jié)電子控制變剛度懸架系統(tǒng)一、變剛度懸架系統(tǒng)的組成在部分小轎車、越野汽車和大型奢華客車上采用的電子控制懸架系統(tǒng)中，每個車輪上都采用了空氣彈簧和普通減振器。改動空氣彈簧氣壓腔中緊縮空氣的壓力(實踐上是改動空氣密度)，即可改動空氣彈簧懸架的剛度。變剛度空氣彈簧懸架系統(tǒng)也是由高度傳感器、控制開關(guān)、電控單元EMSECU、剛度調(diào)理執(zhí)行器(氣壓缸、高度控制電磁閥、空氣緊縮機、枯燥器和空氣管路)等組成。下一頁前往第三節(jié)電子控制變剛度懸架系統(tǒng)二、空氣彈簧懸架剛度的調(diào)理原理在汽車行駛過程中，為了防止或抑制車身出現(xiàn)“點頭〞、“側(cè)傾〞、“后坐〞等景象，需求調(diào)理相應懸架的高度和減振器的阻尼。例如，當汽車緊急制動時，為了抑制點頭景象，懸架控制電控單元EMSECU將根據(jù)制動燈開關(guān)接通訊號和車速傳感器提供的車速高低信號，向前空氣彈簧執(zhí)行元件發(fā)出指令使其氣壓升高，增大前空氣彈簧的剛度，同時控制后空氣彈簧執(zhí)行元件使后空氣彈簧放氣，減小其剛度。當控制單元計算的車速變化量闡明無須抗點頭控制時，就使前、后空氣彈簧恢復到原來的壓力。下一頁上一頁前往第三節(jié)電子控制變剛度懸架系統(tǒng)空氣彈簧懸架剛度的調(diào)理原理如圖8一5所示，在主氣壓腔與輔氣壓腔之間的氣閥閥體上設有大小兩個通道。氣閥控制桿由步進電機驅(qū)動，控制桿轉(zhuǎn)動時，閥芯隨之轉(zhuǎn)動。閥芯轉(zhuǎn)過一定角度時，氣體通道的大小就會改動，主、輔氣壓腔之間氣體的流量就會改動，從而使空氣彈簧懸架的剛度發(fā)生變化。空氣彈簧懸架的剛度分為“低〞、“中〞、“高〞三種形狀。上一頁前往第四節(jié)電子控制變阻尼懸架系統(tǒng)一、變阻尼懸架系統(tǒng)的組成在電子控制懸架系統(tǒng)中，最常用的是變阻尼懸架系統(tǒng)。改動減振器阻尼的懸架系統(tǒng)相對于運用空氣彈簧的懸架系統(tǒng)有許多優(yōu)點，最突出的優(yōu)點是質(zhì)量輕，由于空氣彈簧懸架系統(tǒng)需求空氣緊縮機和枯燥器，使整車質(zhì)量大大添加，而變阻尼懸架系統(tǒng)只添加了電子控制元件和改動減振器阻尼的執(zhí)行元件的質(zhì)量。變阻尼懸架系統(tǒng)采用的控制方式分為以下三種:(1)根據(jù)汽車行駛情況進展控制;(2)根據(jù)駕駛員選擇的運轉(zhuǎn)方式進展控制;(3)根據(jù)汽車行駛情況和駕駛員選擇的運轉(zhuǎn)方式進展控制。下一頁前往第四節(jié)電子控制變阻尼懸架系統(tǒng)二、減振器阻尼控制機構(gòu)的構(gòu)造特點1.運轉(zhuǎn)方式選擇開關(guān)電子控制懸架系統(tǒng)減振器阻尼的任務方式選擇開關(guān)又稱為運轉(zhuǎn)方式選擇開關(guān)，用于選擇減振器阻尼的任務方式。駕駛員選擇的}一作方式不同，減振器阻尼的形狀也不一樣。減振器阻尼的形狀普通設有“規(guī)范〞、“中等硬度〞和“鞏固〞三種。2.變阻尼執(zhí)行元件豐田汽車電子調(diào)理懸架系統(tǒng)的執(zhí)行元件安裝在減振器支柱頂部，構(gòu)造如圖8-7所示下一頁上一頁前往第四節(jié)電子控制變阻尼懸架系統(tǒng)三、減振器阻尼的控制過程1.阻尼“柔軟〞的控制過程當電控單元EMSECU根據(jù)傳感器和控制開關(guān)信號確定阻尼為“柔軟〞形狀時，控制單元向步進電機發(fā)出控制指令使其沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，因此小齒輪驅(qū)動扇形齒輪沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，直到扇形齒輪凹槽的一邊靠在擋塊上為止，如圖8-9(a)所示

下一頁上一頁前往第四節(jié)電子控制變阻尼懸架系統(tǒng)2.阻尼“中等〞的控制過程當電控單元EMSECU根據(jù)傳感器和控制開關(guān)信號確定阻尼為“中等〞形狀時，控制單元向步進電機發(fā)出控制指令使其沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因此小齒輪便驅(qū)動扇形齒輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動，直到扇形齒輪凹槽的另一邊靠在擋塊上為止(從“柔軟〞位置開場計算，其轉(zhuǎn)角約為120°)，如圖8-9(c)所示。與此同時，扇形齒輪帶動回轉(zhuǎn)閥控制桿和回轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)閥上的阻尼孔與活塞桿上的減振油液孔的相對位置如圖8-10所示。由于只需B-B截面上的阻尼孔翻開，允許減振油液流過活塞的流動速度不快也不慢，因此減振器能以緩慢速度伸縮，使阻尼處于“中等〞形狀。下一頁上一頁前往第四節(jié)電子控制變阻尼懸架系統(tǒng)3.阻尼“鞏固〞的控制過程當電控單元EMSECU根據(jù)傳感器和控制開關(guān)信號確定阻尼為“鞏固〞形狀時，控制單元將同時向步進電機和電磁線圈發(fā)出控制指令，使步進電機和扇形齒輪從阻尼“柔軟〞或“中等〞的極限位置旋轉(zhuǎn)約60°(從“柔軟〞的極限位置順時針旋轉(zhuǎn)60°，從“中等〞的極限位置逆時針旋轉(zhuǎn)60°)，接通電磁線圈電流，其電磁吸力將擋塊吸出，使擋塊進入扇形齒輪凹槽中間部位的一個凹坑內(nèi)，如圖8-9(b)所示。與此同時，扇形齒輪帶動回轉(zhuǎn)閥控制桿和回轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)閥上的阻尼孔與活塞桿上的減振油液孔的相對位置如圖8一10所示。由于A-A,B-B和C-C截面上的三個阻尼孔全部封鎖，減振油液不能流動，因此減振器伸縮非常緩慢，使阻尼處于“鞏固〞形狀。下一頁上一頁前往第四節(jié)電子控制變阻尼懸架系統(tǒng)4.變阻尼懸架系統(tǒng)指示燈的控制電控單元除了向執(zhí)行元件發(fā)出控制信號外，同時還向汽車儀表盤上的三只懸架系統(tǒng)指示燈發(fā)出控制指令。當減振器處于“柔軟〞阻尼形狀時，控制左邊一只指示燈發(fā)亮;當減振器處于“中等〞阻尼位置時，控制左邊和中間共兩只指示燈發(fā)亮;當減振器處于“鞏固〞阻尼位置時，控制三只指示燈全部發(fā)亮。懸架系統(tǒng)指示燈在接通點火開時，大約發(fā)亮2s后熄滅，以便駕駛員檢查指示燈及其線路能否完好。假設控制單元發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有缺點，將使這些指示燈閃爍，提示駕駛員系統(tǒng)有缺點。上一頁前往第五節(jié)變高度、變剛度、

變阻尼懸架系統(tǒng)

一、變高度、變剛度、變阻尼懸架系統(tǒng)的組成在現(xiàn)代汽車采用的電子控制懸架系統(tǒng)中，通常同時運用了空氣彈簧和變阻尼減振器。同前述懸架系一致樣，減振器的螺旋彈簧用于支撐汽車的質(zhì)量，減振器控制系統(tǒng)用于調(diào)理減振器的阻尼，空氣彈簧用于調(diào)理車身高度和剛度。如圖8一11所示為三菱公司采用的電子控制懸架系統(tǒng)。下一頁前往第五節(jié)變高度、變剛度、

變阻尼懸架系統(tǒng)

二、變高度、變剛度、變阻尼懸架系統(tǒng)的控制過程1.抗側(cè)傾控制電子控制懸架系統(tǒng)的控制單元經(jīng)過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動方向傳感器以及側(cè)向加速度(慣性力)傳感器來監(jiān)視車身的側(cè)傾情況。當這些傳感器輸入EMSECU的信號闡明汽車急轉(zhuǎn)彎時，控制單元將給空氣彈簧和轉(zhuǎn)向外側(cè)減振器阻尼調(diào)理元件發(fā)出控制指令，調(diào)理空氣彈簧的剛度和減振器的阻尼，從而減小車身側(cè)傾的程度，并改善支配性。調(diào)理空氣彈簧剛度時，將給轉(zhuǎn)向外側(cè)的空氣彈簧充氣使空氣量添加、剛度增大;給轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)空氣彈簧放氣使空氣量減少，剛度減小。下一頁上一頁前往第五節(jié)變高度、變剛度、

變阻尼懸架系統(tǒng)

2.抗點頭控制當汽車緊急制動時，制動燈開關(guān)接通，控制單元將根據(jù)車速傳感器提供的車速高低信號，向前空氣彈簧執(zhí)行元件發(fā)出指令使其氣壓升高，增大前空氣彈簧的剛度，同時控制后空氣彈簧執(zhí)行元件使后空氣彈簧放氣，減小其剛度。與此同時，控制單元還將使前減振器阻尼變成“鞏固〞形狀，使汽車的姿態(tài)變換減小到最小，從而提高乘坐溫馨性當控制單元計算的車速變化量闡明無需抗點頭控制時，就使前后空氣彈簧恢復到原來的壓力。在制動后加速行駛(如汽車下坡行駛)時，控制單元將使一切的空氣彈簧放氣，使車身高度降低，從而改善高速行駛的穩(wěn)定性。下一頁上一頁前往第五節(jié)變高度、變剛度、

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3.抗仰興后坐)控制當節(jié)氣門位置傳感器信號表示駕駛員快速踩下加速踏板加速行駛時，控制單元EMSECU將使前空氣彈簧放氣使其剛度減小，并添加后空氣彈簧的氣壓使其剛度增大;與此同時，EMSECU還將控制后減振器阻尼變成“鞏固〞形狀，防止汽車仰頭(又稱為俯仰或后坐)。當車速穩(wěn)定后，控制單元將使空氣彈簧恢復到原來的氣壓，并使減振器阻尼恢復到原來形狀。當節(jié)氣門位置傳感器信號顯示節(jié)氣門開大且倒車燈開關(guān)接通時，闡明汽車處于倒車行駛形狀。此時控制單元將按“仰頭〞的相反方向調(diào)理空氣彈簧壓力和減振器阻尼，即添加前空氣彈簧氣壓、減小后空氣彈簧氣壓、減小后減振器阻尼。并在節(jié)氣門位置傳感器開大1s后，將減振器阻尼變換到“鞏固〞形狀。下一頁上一頁前往第五節(jié)變高度、變剛度、

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4.前后顛簸和上下跳動的控制電子控制懸架系統(tǒng)設有前后兩只或四只高度傳感器，因此可以檢測汽車在不平整路面(即所謂“搓衣板〞路面)上行駛時懸架顛簸的運動形狀。當高度傳感器信號表示空氣彈簧被緊縮時，控制單元EMSECU將使該軸上的空氣彈簧放氣，使彈簧長度縮短來抑制車身上升;反之當空氣懸架伸長時，EMSECU將使空氣彈簧充氣，抑制車身下降。由于空氣彈簧能隨車輪上下跳動經(jīng)過放氣或充氣來抑制車身上升或下降，因此在汽車經(jīng)過凹凸不平的路面時，車身上下跳動量減小，不易產(chǎn)生前后顛簸或傾斜運動。當車身高度傳感器信號闡明汽車車身前后顛簸時，EMSECU將使減振器阻尼變成“中等硬度〞形狀，并在車速超越130km/h時，將減振器阻尼變成“鞏固〞形狀。下一頁上一頁前往第五節(jié)變高度、變剛度、

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5.車速變化時阻尼的控制當駕駛員選擇減振器阻尼的任務方式為“運動〞方式時，無論車速高低，控制單元將使減振器阻尼堅持處于“鞏固〞形狀;中選擇“柔軟〞方式時，控制單元在車速到達129km/h時將使減振器阻尼變成“中等硬度〞形狀;中選擇“自動〞方式時，電控單元在車速到達99km/h時將使減振器阻尼變成“中等硬度〞形狀。當汽車減速時，在“柔軟〞方式下，車速為117km/h時將從“中等硬度〞形狀轉(zhuǎn)換到“柔軟〞形狀;在“自動〞方式下，車速為64km/h時將從“中等硬度〞形狀變?yōu)椤叭彳洦曅螤睢?/p>

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6.車身高度控制當空氣彈簧的任務方式開關(guān)選擇為“自動〞方式時，控制單元可以調(diào)理高位、正常、低位三種車身高度形狀。在大多數(shù)情況下，控制單元將使汽車處于正常高度形狀行駛，并根據(jù)車身高度傳感器和車速傳感器輸入信號來改動車身高度。下一頁上一頁前往第五節(jié)變高度、變剛度、

變阻尼懸架系統(tǒng)

三、變高度、變剛度、變阻尼懸架系統(tǒng)執(zhí)行元件的任務情況三菱汽車懸架系統(tǒng)減振器的執(zhí)行元件相互并聯(lián)銜接，因此各個減振器同時起作用，其任務情況與前述豐田公司電子調(diào)理懸架系統(tǒng)類似。在減振器活塞桿內(nèi)設有一個由步進電機驅(qū)動的控制桿，控制桿轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)閥時便能改動阻尼孔的大小，從而改動了減振器阻尼的大小?？諝鈴椈傻膱?zhí)行元件能分別動作。空氣供應系統(tǒng)由空氣緊縮機、枯燥器、儲氣罐、流量控制閥、前閥總成、后閥總成等組成。從空氣緊縮機輸出的空氣經(jīng)枯燥器送到儲氣罐。儲氣罐由高壓分罐與低壓分罐、高壓開關(guān)與低壓開關(guān)和回收泵組成。高壓罐為系統(tǒng)儲存高壓空氣，當空氣壓力小于745kPa時，高壓開關(guān)接通訊號輸入控制單元，電控單元發(fā)出指令啟動緊縮機轉(zhuǎn)動。當空氣壓力到達930kPa時，高壓開關(guān)斷開，控制單元發(fā)出指令使緊縮機停頓轉(zhuǎn)動。下一頁上一頁前往第五