汽車電子控制技術(shù)項(xiàng)目九-汽車電控懸架控制系統(tǒng)

汽車電控懸架控制系統(tǒng)一、電控懸架系統(tǒng)概述二、電控懸架系統(tǒng)主要零部件結(jié)構(gòu)與工作原理三、電控懸架系統(tǒng)控制原理

課題一電控懸架系統(tǒng)概述一、電控懸架系統(tǒng)的功能1．降低因路面不平引起的加速度和車身急劇跳動(dòng)對(duì)乘員的影響2．減少汽車行駛時(shí)的車身姿態(tài)變化3．保證在彎曲路段和高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性二、電控懸架系統(tǒng)的分類1．按有、無(wú)動(dòng)力源分類按有、無(wú)動(dòng)力源可分為半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架兩大類。

2．按懸架介質(zhì)的不同分類按懸架介質(zhì)的不同可分為兩種類型，一種是控制液壓來(lái)調(diào)節(jié)懸架的阻尼力及彈簧剛度和車身高度，另外一種是控制氣壓來(lái)調(diào)節(jié)車身高度和阻尼彈簧的剛度。這些控制形式根據(jù)廠家的設(shè)計(jì)需要，既可以獨(dú)立使用，也可以綜合使用。3.根據(jù)控制目的不同分類按懸架控制目的可分為車身高度控制系統(tǒng)、彈簧剛度控制系統(tǒng)、減振器阻尼控制系統(tǒng)、綜合控制系統(tǒng)等形式。課題二電控懸架系統(tǒng)主要零部件的結(jié)構(gòu)與工作原理電控懸架系統(tǒng)都由傳感器和控制開(kāi)關(guān)、電子控制單元(EMSECU)、執(zhí)行器三部分組成。一、傳感器和控制開(kāi)關(guān)1．轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器現(xiàn)代汽車多采用光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器，如圖9-1所示為豐田汽車電控懸架系統(tǒng)上應(yīng)用的光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置和結(jié)構(gòu)圖。圖9-1光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置和結(jié)構(gòu)1、2-轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；3-光電元件；4-遮光盤；5-轉(zhuǎn)向軸；6、7-傳感器圓盤光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的工作原理如圖9-2所示，電路原理如圖9-3所示。圖9-2光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的工作原理圖9-3光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的電路原理2．加速度傳感器常用的加速度傳感器有差動(dòng)變壓器式和鋼球位移式兩種。（1）差動(dòng)變壓器式加速度傳感器差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的工作原理如圖9-4所示。圖9-4差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的工作原理l、2-二次繞組；3、6–次繞組；4-電源；5-心桿（2）鋼球位移式加速度傳感器鋼球位移式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖9-5所示。根據(jù)所檢測(cè)的力（橫向力、縱向力或垂直力）不同，加速度傳感器的安裝方向也不一樣。

圖9-5鋼球位移式加速度傳感器結(jié)構(gòu)3．車身高度傳感器車身高度傳感器又稱為車身位置傳感器。車身高度一般都采用光電式高度傳感器進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)構(gòu)如圖9-6所示，主要由光電耦合元件、遮光盤、殼體和防護(hù)蓋等組成。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，光電式車身高度傳感器固定在車架上，傳感器軸的外端裝有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的另一端通過(guò)一連桿與獨(dú)立懸架的下擺臂連接，如圖9-7所示。（a)傳感器結(jié)構(gòu)成（b)信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖9-6車身高度傳感器的結(jié)構(gòu)圖9-7高度傳感器的安裝1-導(dǎo)桿；2-傳感器；3-下擺臂圖9-8是光電式高度傳感器的工作原理圖。當(dāng)車身高度發(fā)生變化時(shí)（如汽車載荷發(fā)生變化），導(dǎo)桿將隨懸架擺臂的上下移動(dòng)而擺動(dòng)（圖9-7），從而通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)。圖9-8光電式高度傳感器的工作原理圖1-遮光器；2-傳感器軸；3-導(dǎo)桿；4-圓盤當(dāng)傳感器軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)固定在軸上的遮光盤一同轉(zhuǎn)動(dòng)。4組光電耦合元件的電路如圖9-9所示.。圖9-9車身高度傳感器的電路電控單元（MESECU）根據(jù)各組光電耦合元件的輸出信號(hào)，判斷圓盤轉(zhuǎn)過(guò)的角度，從而判定車身高度和車高區(qū)間，判定結(jié)果如表9-1所示。光電耦合元件輸出信號(hào)狀態(tài)車高區(qū)間車身高度定判結(jié)果備注SH1SH2SH3SH4110115過(guò)高由上往下車身降低110014010013010112偏高0111110110100010900118正常000170000610005偏低10014101131010211101過(guò)低1110表9-1車身高度與4組耦合元件輸出信號(hào)的關(guān)系4．車速傳感器車速傳感器是汽車電控懸架系統(tǒng)常用的控制信號(hào)，汽車車身的側(cè)傾程度取決于車速和汽車轉(zhuǎn)向半徑的大小。通過(guò)對(duì)車速的檢測(cè)來(lái)調(diào)節(jié)電控懸架的阻尼力，從而改善汽車行駛的安全性。常用的車速傳感器的類型有舌簧開(kāi)關(guān)式車速傳感器、磁阻元件式車速傳感器、磁脈沖式車速傳感器和光電式車速傳感器等。5．模式選擇開(kāi)關(guān)模式選擇開(kāi)關(guān)位于變速器操縱手柄旁，如圖9-10所示。駕駛員可以根據(jù)汽車的行駛狀況和路面情況選擇合適的懸架運(yùn)行模式，從而決定減振器的阻尼力。

圖9-10模式選擇開(kāi)關(guān)的位置和操作方法6．高度控制開(kāi)關(guān)高度控制開(kāi)關(guān)可接通或關(guān)斷EMSECU的12V電源，當(dāng)電控懸架系統(tǒng)工作或其他系統(tǒng)工作時(shí)，必須接通開(kāi)關(guān)?？蓮?qiáng)制停止EMSECU對(duì)車身高度自動(dòng)控制，防止車輛在維修時(shí)空氣彈簧中的空氣排出，導(dǎo)致發(fā)生車輛“趴下”現(xiàn)象發(fā)生。高度控制開(kāi)關(guān)安裝在行李箱內(nèi)，舉升汽車時(shí)關(guān)閉，在頂起車輛或吊車時(shí)，務(wù)必要關(guān)斷這個(gè)開(kāi)關(guān)，如果沒(méi)有關(guān)掉而頂起車輛，空氣就會(huì)從氣缸排出，當(dāng)放下車輛時(shí)，車身底部就會(huì)撞到千斤頂，汽車不能行駛。7．制動(dòng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)制動(dòng)燈電路通斷，判斷汽車制動(dòng)狀況，用于向EMSECU提供制動(dòng)信息，EMSECU根據(jù)制動(dòng)開(kāi)關(guān)提供的信號(hào)，并參考車速信號(hào)對(duì)相關(guān)懸架的剛度進(jìn)行調(diào)整，以抑制車身“點(diǎn)頭”。二、懸架系統(tǒng)電子控制單元（EMSECU）懸架電子控制單元（EMSECU）是一臺(tái)小型專用計(jì)算機(jī)，一般由輸入電路、微處理器、輸出電路和電源電路等組成，如圖9-11所示。圖9-11電控懸架系統(tǒng)EMSECU電路三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)1．車身高度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)車身高度控制懸架系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖9-12所示，由空氣壓縮機(jī)、排氣閥、干燥器、進(jìn)氣閥、儲(chǔ)氣罐、調(diào)壓閥、電磁閥、高度傳感器、氣室及控制單元等組成。圖9-12車身高度控制機(jī)構(gòu)懸架結(jié)構(gòu)如圖9-13所示為空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖9-14所示為二位二通電磁閥控制的車身高度控制閥，通過(guò)控制向主氣室內(nèi)進(jìn)氣（將進(jìn)氣路與主氣室相通）和排氣（將主氣室與大氣相通），實(shí)現(xiàn)車身高度的調(diào)節(jié)。圖9-13空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)圖9-14車身高度控制閥2．彈簧剛度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)空氣懸架氣動(dòng)缸的基本結(jié)構(gòu)如圖9-15所示。氣動(dòng)缸由封入的低壓惰性氣體、阻尼力可調(diào)的減振器、旋轉(zhuǎn)式膜片、主氣室、副氣室和懸架執(zhí)行元件組成。

圖9-15空氣懸架氣動(dòng)缸的基本結(jié)構(gòu)3．阻尼力控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)阻尼力控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由可調(diào)阻尼力的減振器和電動(dòng)機(jī)式執(zhí)行器兩部分組成。1)可調(diào)阻尼力減振器可調(diào)阻尼力減振器主要由缸筒、活塞及阻尼調(diào)節(jié)桿、回轉(zhuǎn)閥等構(gòu)成，其基本原理如圖9-16所示。

圖9-16可調(diào)減振陰陽(yáng)尼器結(jié)構(gòu)和工作原理1-阻尼調(diào)節(jié)桿；2-阻尼孔；3-活塞桿；4-回轉(zhuǎn)閥2)直流電動(dòng)機(jī)式執(zhí)行器圖9-17所示為直流電動(dòng)機(jī)式減振器阻尼控制執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和工作原理圖。

圖9-17直流電動(dòng)機(jī)式執(zhí)行器結(jié)構(gòu)及工作原理3)步進(jìn)電機(jī)式執(zhí)行器步進(jìn)電機(jī)式執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu)如圖9-18所示。執(zhí)行器主要由步進(jìn)電機(jī)、小齒輪、扇形齒輪、電磁線圈、制動(dòng)桿、阻尼調(diào)節(jié)桿、剛度調(diào)節(jié)桿等組成。

圖9-18步進(jìn)電機(jī)式執(zhí)行器結(jié)構(gòu)1-擋塊；2-扇形齒輪；3-驅(qū)動(dòng)小齒輪；4-步進(jìn)電機(jī)；5-電磁線圈；6-阻尼控制桿課題三電控懸架系統(tǒng)控制原理一、車身高度的控制車身高度控制系統(tǒng)在汽車乘員或載荷變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)車身高度的原理是：當(dāng)乘員或載荷增加時(shí)，EMSECU將自動(dòng)調(diào)高懸架使車身高度升高；反之，當(dāng)乘員或載荷減小時(shí)，EMSECU將自動(dòng)調(diào)低車身高度。1.車身高度不變時(shí)懸架系統(tǒng)的控制2．車身高度降低時(shí)懸架系統(tǒng)的控制3．車身高度升高時(shí)懸架系統(tǒng)的控制4．系統(tǒng)保護(hù)措施二、空氣彈簧懸架剛度的控制在汽車行駛過(guò)程中，為了防止或抑制車身出現(xiàn)“點(diǎn)頭”、“側(cè)傾”、“后坐”等現(xiàn)象，需要調(diào)節(jié)懸架的空氣彈簧懸架剛度?？諝鈴椈蓱壹軇偠鹊恼{(diào)節(jié)原理如圖9-19所示。空氣彈簧懸架的剛度分為“低”、“中”、“高”3種狀態(tài)。圖9-19懸架剛度調(diào)節(jié)原理1-阻尼調(diào)節(jié)桿；2-空氣閥控制桿；3-主副氣室通路；4-副氣室；5-主氣室：6-氣閥體；7-小氣體通路；8-閥體；9-大氣體通路三、減振器阻尼的控制1．阻尼“柔軟”的控制如圖9-20（a)所示。2．阻尼“中等”的控制如圖9-20（c）所示。3．阻尼“堅(jiān)硬”的控制過(guò)程如圖9-20（b）所示。與此同時(shí)，扇形齒輪帶動(dòng)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(duì)位置如圖9-21所示。4．變阻尼懸架系統(tǒng)指示燈的控制（a)阻尼“柔軟”（b）阻尼“堅(jiān)硬”（c）阻尼“中等”圖9-20扇形齒輪旋轉(zhuǎn)方向與位置圖9-21阻尼孔與油液孔的相對(duì)位置如圖9-21所示。由于只有B-B截面上的阻尼孔打開(kāi)，允許減振油液流過(guò)活塞的流動(dòng)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”狀態(tài)。四、電控懸架系統(tǒng)變高度、變剛度、變阻尼綜合控制如圖9-22所示為凌志LS400汽車電控懸架變高度、變剛度、變阻尼綜合控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖。圖9-22凌志LS400懸架系統(tǒng)的組成（一）系統(tǒng)的控制功能1．彈簧剛度和減振器阻尼力控制功能如下：(1)防側(cè)傾控制

(2)防點(diǎn)頭控制(3)防下坐控制(4)高車速控制(5)不平整道路控制(6)顛動(dòng)控制(7)跳動(dòng)控制2．車身高度控制功能如下(1)自動(dòng)高度控制(2)高車速控制(3)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)OFF控制（二）系統(tǒng)的組成及工作原理凌志LS400電控空氣懸架系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、干燥器、排氣閥、高度控制閥、高度控制繼電器、高度傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器、懸架控制執(zhí)行器、懸架電控單元、懸架剛度調(diào)節(jié)裝置和減振器阻尼力調(diào)節(jié)裝