汽車電器與電控技術(shù) 課件 14 懸架控制系統(tǒng)

《汽車懸架控制系統(tǒng)》主講：舒華教授軍事交通學(xué)院第十六章電子控制懸架系統(tǒng)第一節(jié)電控懸架系統(tǒng)功用與類型第二節(jié)變高度電子控制懸架系統(tǒng)第三節(jié)變剛度電子控制懸架系統(tǒng)第四節(jié)變阻尼減振器電子控制懸架系統(tǒng)第五節(jié)變剛度空氣彈簧與變阻尼減振器懸架第一節(jié)電控懸架系統(tǒng)功用與類型電子控制懸架系統(tǒng)或電子調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)EMSEMS：ElectronicModulatedSuspensionSystem。一、電子控制懸架系統(tǒng)EMS的功用汽車懸架：車身與車輪之間的所有傳力裝置的總稱。懸架的功用：將路面作用于車輪的垂直反力（支承力）、縱向反力（牽引力、制動(dòng)力）、側(cè)向反力以及由這些反力形成的轉(zhuǎn)矩傳遞到車身上，保證汽車正常行駛。二、電子控制懸架系統(tǒng)EMS的組成電子控制懸架系統(tǒng)組成：各種傳感器控制開關(guān)電控單元EMSECU執(zhí)行器傳感器和控制開關(guān)：向EMSECU輸入信號(hào)；EMSECU：接收傳感器和控制開關(guān)輸入的電信號(hào)，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(jī)械動(dòng)作，從而改變車身高度、

空氣彈簧的剛度或減震器的阻尼。三、電子控制EMS的控制方式電子控制懸架系統(tǒng)的控制方式：（1）控制車身高度；（2）控制空氣彈簧剛度；（3）控制油液減振器阻尼。四、電子控制EMS的類型根據(jù)EMS功能不同，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）電子控制變剛度空氣彈簧與變阻尼減振器懸架系統(tǒng)；（5）電子控制變高度變剛度空氣彈簧和變阻尼減振器懸架系統(tǒng)。

第二節(jié)變高度電子控制懸架系統(tǒng)一、變高度控制懸架系統(tǒng)的功用當(dāng)車內(nèi)乘員或載荷變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)車身高度，保持汽車正常行駛高度與行駛姿態(tài)穩(wěn)定，從而提高乘坐舒適性。二、類型：一類是僅對(duì)兩個(gè)后輪懸架進(jìn)行控制；一類是對(duì)全部四個(gè)車輪的懸架進(jìn)行高度控制。

二、變高度空氣彈簧懸架系統(tǒng)

福特公司電子控制變高度懸架系統(tǒng)主要組成：高度傳感器：1~3只電控單元空氣壓縮機(jī)：電機(jī)機(jī)驅(qū)空氣干燥器空氣排氣電磁閥、空氣軟管、后輪空氣彈簧減振器三、車身高度控制系統(tǒng)控制過程

控制過程：當(dāng)乘員或載荷增加時(shí)，空氣彈簧充氣，車身高度升高；當(dāng)乘員或載荷減小時(shí)，排氣閥打開，空氣彈簧放氣，車身高度降低。

（1）車身高度不變時(shí)EMS控制過程

當(dāng)車身高度保持在設(shè)定高度時(shí)：車身高電子開關(guān)輸出高電平（1）車身低電子開關(guān)輸出低電平（0）電控單元EMSECU發(fā)出指令使空氣壓縮機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣彈簧內(nèi)空氣量不變，車身高度保持在正常位置。（2）車身高度降低時(shí)EMS控制過程

車身高度降低時(shí)：車身高開關(guān)輸出（1）；車身低開關(guān)輸出（1）EMSECU向電磁閥和壓縮機(jī)繼電器發(fā)出指令，起動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)打開空氣彈簧電磁閥，壓縮空氣進(jìn)入空氣彈簧氣室，氣室充氣量增加，使車身高度上升。(3)車身高度升高時(shí)EMS控制過程

車身升高時(shí)：車身高開關(guān)輸出（0）車身低開關(guān)輸出（0）EMSECU向排氣閥、電磁閥和空氣壓縮機(jī)繼電器發(fā)出指令，壓縮機(jī)繼電器觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)電路切斷，使壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)。排氣閥和電磁閥閥門同時(shí)打開，空氣從減振器氣室、經(jīng)電磁閥、空氣軟管、干燥器、排氣閥排出?？諝鈴椈蓽p振器氣室空氣量減少，使車身高度降低。第三節(jié)變剛度電子控制懸架系統(tǒng)

高度傳感器：3只（前2個(gè)、后1個(gè)）+EMSECU+執(zhí)行器控制開關(guān)：4只點(diǎn)火開關(guān)：發(fā)動(dòng)機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)燈開關(guān)：是否踩踏制動(dòng)踏板室內(nèi)燈開關(guān)：提示汽車車門是否打開EMS通斷開關(guān)：切斷EMS電路，防車身升高或拖車時(shí)產(chǎn)生意外運(yùn)動(dòng)。一、剛度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件

結(jié)構(gòu)：空氣彈簧的主、輔氣室為一體（不僅節(jié)省空間，而且質(zhì)量減輕）連接：懸架上端與車身相連，下端與車軸相連，隨著車身與車輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，主氣室的容積不斷變化。調(diào)節(jié)原理：調(diào)節(jié)主氣室的空氣量（即空氣壓力），即可調(diào)節(jié)車身剛度。調(diào)節(jié)方法：因?yàn)橹鳉馐遗c輔氣室之間的氣體可以相互流動(dòng)，所以改變主、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，就可改變空氣彈簧懸架的剛度。二、剛度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)原理

圖15-6剛度調(diào)節(jié)原理1－阻尼調(diào)節(jié)桿；2－空氣閥控制桿；3－主輔氣室通道；4－輔氣室；5－主氣室；6－氣閥閥體；7－小通道；8－閥芯；9－大通道主氣室5、輔氣室4之間的氣閥閥體上設(shè)有大小兩個(gè)通道。氣閥控制桿2由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閥芯隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。閥芯轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，氣體通道的大小就會(huì)改變，主、輔氣室之間氣體的流量就會(huì)改變，從而使懸架剛度發(fā)生變化。懸架的剛度分為低、中、高三種狀態(tài)。（一）剛度“高”調(diào)節(jié)原理

1－阻尼調(diào)節(jié)桿；2－空氣閥控制桿；3－主輔氣室通道；4－輔氣室；5－主氣室；6－氣閥閥體；7－小通道；8－閥芯；9－大通道當(dāng)氣閥控制桿帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)到圖中所示高位置時(shí)，閥芯的開口被封閉，主、輔氣室之間的氣體通道切斷，兩氣室之間的氣體不能流動(dòng)。因?yàn)樵趹壹苷駝?dòng)過程中，是由主氣室的氣體來承擔(dān)緩沖任務(wù)，所以當(dāng)主輔氣室的氣體不流動(dòng)時(shí)，懸架剛度處于“高”狀態(tài)。（二）剛度“低”調(diào)節(jié)原理

圖15－6剛度調(diào)節(jié)原理1－阻尼調(diào)節(jié)桿；2－空氣閥控制桿；3－主輔氣室通道；4－輔氣室；5－主氣室；6－氣閥閥體；7－小通道；8－閥芯；9－大通道當(dāng)氣閥控制桿帶動(dòng)閥芯在如圖所示位置的基礎(chǔ)上沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)60°，使閥芯開口轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)圖中低位置時(shí)，氣體大通道構(gòu)成通路，主氣室的氣體經(jīng)閥芯中央的氣孔、閥體側(cè)面的氣孔通道與輔氣室氣體相通，兩氣室之間的氣體流量大。由于主氣室氣體容積減小、壓力降低，因此懸架剛度處于低狀態(tài)。（三）剛度“中等”調(diào)節(jié)原理

圖15－6剛度調(diào)節(jié)原理1－阻尼調(diào)節(jié)桿；2－空氣閥控制桿；3－主輔氣室通道；4－輔氣室；5－主氣室；6－氣閥閥體；7－小通道；8－閥芯；9－大通道當(dāng)氣閥控制桿帶動(dòng)閥芯在圖示位置的基礎(chǔ)上沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)60°，使閥芯開口對(duì)準(zhǔn)圖中低位置時(shí)，氣體小通道構(gòu)成通路，主輔氣室之間的氣體流量小，因此懸架剛度處于“中等”狀態(tài)。第四節(jié)變阻尼減振器電子控制懸架系統(tǒng)

圖15－7豐田汽車變阻尼減振器懸架系統(tǒng)組成車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向傳感器、制動(dòng)燈開關(guān)、節(jié)氣門位置傳感器、電控單元EMSECU、工作模式選擇開關(guān)（儀表板上）、空擋啟動(dòng)開關(guān)（自動(dòng)變速器）、阻尼調(diào)節(jié)執(zhí)行器二、運(yùn)行模式選擇開關(guān)安裝位置：組合儀表板上運(yùn)行模式：NORM（標(biāo)準(zhǔn)）

SPORT（運(yùn)動(dòng)）選擇NORM模式時(shí)：減振器保持柔軟狀態(tài)。當(dāng)車速超過120km/h時(shí)自動(dòng)變?yōu)橹械扔捕葼顟B(tài)工作。當(dāng)車速降到100km/h時(shí)自動(dòng)變?yōu)槿彳洜顟B(tài)。選擇SPORT模式時(shí)：減振器處于中等硬度狀態(tài)工作。（一）運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換為堅(jiān)硬的條件在以下條件時(shí)，EMSECU將自動(dòng)控制減振器從柔軟或中等硬度變?yōu)閳?jiān)硬狀態(tài)工作：（1）汽車急轉(zhuǎn)彎時(shí)：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向傳感器顯示；（2）車速20km/h以下急加速時(shí)：車速、節(jié)氣門位置傳感器顯示；（3）車速高于60km/h制動(dòng)時(shí)：車速傳感器和制動(dòng)燈開關(guān)顯示；（4）車速低于10km/h，自動(dòng)變速器從空擋N或停車擋P換入其它擋位時(shí)：車速傳感器和空擋起動(dòng)開關(guān)顯示。（二）運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換為柔軟或中等硬度的條件在下列條件下，EMSECU將自動(dòng)控制減振器從堅(jiān)硬狀態(tài)變換為中等硬度或柔軟狀態(tài)工作：（1）轉(zhuǎn)彎行駛2s或2s以上時(shí)間時(shí)；（2）加速時(shí)間達(dá)到3s或汽車速度達(dá)到50km/h時(shí)；（3）制動(dòng)燈開關(guān)斷開2s時(shí)間之后時(shí)；（4）自動(dòng)變速器從空擋N或停車擋P換入其它擋位達(dá)到3s或車速達(dá)到15km/h時(shí)。

三、光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器

圖15－8光電式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器（a）安裝位置；（b）傳感器結(jié)構(gòu)l－轉(zhuǎn)角傳感器；2－傳感器信號(hào)圓盤；3－光電偶合器；4－透光孔（窄縫）；5－轉(zhuǎn)向軸功用：檢測(cè)轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度

（一）光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：信號(hào)圓盤：壓裝在轉(zhuǎn)向軸上透光孔(窄縫)：圓盤的圓周上等距離均勻排列光電偶合器：發(fā)光二極管和光敏三極管組成，共2組偶合器，套裝在信號(hào)圓盤兩側(cè)，并與透光孔（窄縫）配合工作。（三）光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器工作原理當(dāng)透光孔轉(zhuǎn)到發(fā)光二極管與光電三極管之間時(shí)，光電三極管導(dǎo)通（ON），偶合器輸出端輸出低電平（0）；當(dāng)透光孔離開發(fā)光二極管與光電三極管時(shí)，光電三極管截止（OFF），偶合器輸出高電平（1）。EMSECU根據(jù)兩個(gè)光電偶合器輸出信號(hào)導(dǎo)通ON與截止OFF的頻率，即可檢測(cè)出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度（角度）。由于兩個(gè)光電偶合器ON、OFF變換的相位（相差）90°，如圖（c）所示，因此通過判斷哪個(gè)偶合器首先轉(zhuǎn)變?yōu)镺N狀態(tài)，即可檢測(cè)出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。例如：當(dāng)轉(zhuǎn)向軸向左轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偶合器№2的輸出信號(hào)B總是先于偶合器№1的輸出信號(hào)A處于導(dǎo)通ON狀態(tài)；反之，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，1號(hào)偶合器№1總是先于2號(hào)偶合器№2的處于導(dǎo)通ON狀態(tài)。四、變阻尼執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)安裝位置：在減振器支柱頂部。所有變阻尼執(zhí)行元件電路并聯(lián)連接，受EMSECU控制。結(jié)構(gòu)組成：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪扇形齒輪減振器控制桿擋塊電磁線圈傳動(dòng)關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)→驅(qū)動(dòng)小齒輪→扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)→減振器阻尼控制桿（回轉(zhuǎn)閥控制桿）。回轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)閥上的阻尼孔開閉狀態(tài)改變，從而改變懸架阻尼的大小。（一）回轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)原理圖15－11回轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)原理三個(gè)截面：A－A、B－B和C－C截面三個(gè)阻尼孔：A－A、B－B和C－C截面上阻尼控制桿（回轉(zhuǎn)閥控制桿）與回轉(zhuǎn)閥連接，在回轉(zhuǎn)閥的不同截面上設(shè)有阻尼孔，分別與減振器活塞桿上的減振油液孔處于同一個(gè)截面上?？刂谱枘峥组_閉狀態(tài)，可控制減振油液的流量來控制阻尼大小。五、變阻尼懸架系統(tǒng)控制過程圖15－12扇形齒輪旋轉(zhuǎn)方向與位置（a）阻尼“柔軟”；（b）阻尼“堅(jiān)硬；（c）阻尼“中等”（一）阻尼“柔軟”的控制過程當(dāng)EMSECU根據(jù)傳感器和控制開關(guān)信號(hào)確定阻尼為“柔軟”狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，因此小齒輪驅(qū)動(dòng)扇形齒輪沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到扇形齒輪凹槽的一邊靠在擋塊上為止，如圖15－12（a）所示。（一）阻尼“柔軟”時(shí)回轉(zhuǎn)閥阻尼孔位置扇形齒輪帶動(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15－13所示。由于A－A、B－B和C－C截面上的三個(gè)阻尼孔全部打開，減振油液流速很快，活塞桿能快速伸縮，因此，減振器處于柔軟狀態(tài)。（二）阻尼“中等”時(shí)扇形齒輪控制過程

圖15－12扇形齒輪旋轉(zhuǎn)方向與位置（a）阻尼“柔軟”；（b）阻尼“堅(jiān)硬；（c）阻尼“中等”當(dāng)EMSECU確定阻尼為“中等”狀態(tài)時(shí)，EMSECU發(fā)出指令使步進(jìn)電機(jī)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，因此小齒輪便驅(qū)動(dòng)扇形齒輪沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到扇形齒輪凹槽的另一邊靠在擋塊上為止（從“柔軟”位置開始計(jì)算，其轉(zhuǎn)角約為120°），如圖（c）所示。（三）阻尼“中等”時(shí)回轉(zhuǎn)閥阻尼孔位置阻尼中等時(shí)：扇形齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)閥控制桿和回轉(zhuǎn)閥順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（從“柔軟”位置開始計(jì)算，其轉(zhuǎn)角約為120°），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15－13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(dòng)速度不快也不慢，因此減振器能以緩慢速度伸縮，阻尼中等。（四）阻尼堅(jiān)硬時(shí)扇形齒輪旋位置

圖15－12扇形齒輪旋轉(zhuǎn)方向與位置（a）阻尼“柔軟”；（b）阻尼“堅(jiān)硬；（c）阻尼“中等”當(dāng)EMSECU確定阻尼為“堅(jiān)硬”狀態(tài)時(shí)，將同時(shí)向步進(jìn)電機(jī)和電磁線圈發(fā)出控制指令，使步進(jìn)電機(jī)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(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，從“中等”的極限位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°）時(shí)，接通電磁線圈電流，其電磁吸力將擋塊吸出，使擋塊進(jìn)入扇形齒輪凹槽中間部位的一個(gè)凹坑內(nèi)，如圖15－12（b）所示。擋塊位于扇形齒輪的凹槽中，其功用是決定扇形齒輪在什么位置停止運(yùn)