汽車電子控制技術(shù)項目九-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對乘員的影響2．減少汽車行駛時的車身姿態(tài)變化3．保證在彎曲路段和高速行駛時的操縱穩(wěn)定性二、電控懸架系統(tǒng)的分類1．按有、無動力源分類按有、無動力源可分為半主動懸架和主動懸架兩大類。

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)計需要，既可以獨立使用，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變壓器式和鋼球位移式兩種。（1）差動變壓器式加速度傳感器差動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行檢測，結(jié)構(gòu)如圖9-6所示，主要由光電耦合元件、遮光盤、殼體和防護蓋等組成。實際結(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)桿的另一端通過一連桿與獨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（如汽車載荷發(fā)生變化），導(dǎo)桿將隨懸架擺臂的上下移動而擺動（圖9-7），從而通過傳感器轉(zhuǎn)軸驅(qū)動圓盤轉(zhuǎn)動。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)動時，就會帶動固定在軸上的遮光盤一同轉(zhuǎn)動。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，判斷圓盤轉(zhuǎn)過的角度，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狀態(tài)車高區(qū)間車身高度定判結(jié)果備注SH1SH2SH3SH4110115過高由上往下車身降低110014010013010112偏高0111110110100010900118正常000170000610005偏低10014101131010211101過低1110表9-1車身高度與4組耦合元件輸出信號的關(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，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。通過對車速的檢測來調(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．模式選擇開關(guān)模式選擇開關(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行模式，從而決定減振器的阻尼力。

圖9-10模式選擇開關(guān)的位置和操作方法6．高度控制開關(guān)高度控制開關(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，必須接通開關(guān)。可強制停止EMSECU對車身高度自動控制，防止車輛在維修時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。高度控制開關(guān)安裝在行李箱內(nèi)，舉升汽車時關(guān)閉，在頂起車輛或吊車時，務(wù)必要關(guān)斷這個開關(guān)，如果沒有關(guān)掉而頂起車輛，空氣就會從氣缸排出，當(dāng)放下車輛時，車身底部就會撞到千斤頂，汽車不能行駛。7．制動開關(guān)檢測制動燈電路通斷，判斷汽車制動狀況，用于向EMSECU提供制動信息，EMSECU根據(jù)制動開關(guān)提供的信號，并參考車速信號對相關(guān)懸架的剛度進行調(diào)整，以抑制車身“點頭”。二、懸架系統(tǒng)電子控制單元（EMSECU）懸架電子控制單元（EMSECU）是一臺小型專用計算機，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)行機構(gòu)1．車身高度控制執(zhí)行機構(gòu)車身高度控制懸架系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖9-12所示，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。圖9-12車身高度控制機構(gòu)懸架結(jié)構(gòu)如圖9-13所示為空氣壓縮機的結(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，通過控制向主氣室內(nèi)進氣（將進氣路與主氣室相通）和排氣（將主氣室與大氣相通），實現(xiàn)車身高度的調(diào)節(jié)。圖9-13空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)圖9-14車身高度控制閥2．彈簧剛度控制執(zhí)行機構(gòu)空氣懸架氣動缸的基本結(jié)構(gòu)如圖9-15所示。氣動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空氣懸架氣動缸的基本結(jié)構(gòu)3．阻尼力控制執(zhí)行機構(gòu)阻尼力控制執(zhí)行機構(gòu)主要由可調(diào)阻尼力的減振器和電動機式執(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)直流電動機式執(zhí)行器圖9-17所示為直流電動機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直流電動機式執(zhí)行器結(jié)構(gòu)及工作原理3)步進電機式執(zhí)行器步進電機式執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu)如圖9-18所示。執(zhí)行器主要由步進電機、小齒輪、扇形齒輪、電磁線圈、制動桿、阻尼調(diào)節(jié)桿、剛度調(diào)節(jié)桿等組成。

圖9-18步進電機式執(zhí)行器結(jié)構(gòu)1-擋塊；2-扇形齒輪；3-驅(qū)動小齒輪；4-步進電機；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自動調(diào)節(jié)車身高度的原理是：當(dāng)乘員或載荷增加時，EMSECU將自動調(diào)高懸架使車身高度升高；反之，當(dāng)乘員或載荷減小時，EMSECU將自動調(diào)低車身高度。1.車身高度不變時懸架系統(tǒng)的控制2．車身高度降低時懸架系統(tǒng)的控制3．車身高度升高時懸架系統(tǒng)的控制4．系統(tǒng)保護措施二、空氣彈簧懸架剛度的控制在汽車行駛過程中，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?？諝鈴椈蓱壹艿膭偠确譃椤暗汀薄ⅰ爸小?、“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“堅硬”的控制過程如圖9-20（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位置如圖9-21所示。由于只有B-B截面上的阻尼孔打開，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”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)顛動控制(7)跳動控制2．車身高度控制功能如下(1)自動高度控制(2)高車速控制(3)點火開關(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、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