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1、项目五 电子控制空气悬架系统结构与检修,随着人们对汽车乘坐舒适性的不断追求，已有不少豪华轿车和豪华SUV纷纷装上了性能优越的电子控制式主动悬架，以满足越野与公路行驶的双重舒适性需要。 从悬架的组成来看，大致分为两大类。一类是电子控制式主动液压悬架，它能通过车载电脑计算出悬架受力大小和加速度，利用液压减振器的伸缩来保持车身平衡；另一类则是电子控制式空气悬架，它也是通过车载电脑计算悬架的受力及感应路面情况，适时调整空气减振器的刚度和阻尼系数，令车身的振动始终保持在一定范围内。目前电控主动空气悬架比液压悬架应用更广泛。,知识目标： 1、对电子控制空气悬架的发展及特点有一定的了解； 2、掌握电子控制空
2、气悬架的结构及工作原理； 3、熟练掌握电子控制空气悬架的电子控制过程。 技能目标： 1、能熟练使用各种检测仪器及设备； 2、熟练掌握电子控制空气悬架调节各项目的步骤 和操作要领；,任务一 电子控制空气悬架系统概述 【任务分析】 电子控制悬架系统，是相对于传统的悬架系统而言的。它是以电子控制模块为控制核心，对汽车悬架参数，如弹簧刚度、减振器阻尼系数、倾斜刚度和车身高度等进行实时控制的悬架系统。,一、汽车悬架的作用 汽车悬架是指连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)的一系列传力装置，因此汽车悬架具有以下作用： 1承载 即承受汽车各方向的载荷，这些载荷包括垂直方向、纵向和侧向的各种力。 2传递动力
3、 即将车轮与路面间产生的驱动力和制动力传递给车身，使汽车向前行驶、减速或停车。 3缓冲 即缓和汽车和路面状况等引起的各种振动和冲击，以提高乘员乘坐的舒适性。除此之外，汽车的悬架对汽车车轮的定位有较大的影响，进而影响汽车行驶性能、操纵性能及乘坐的舒适性。 二、汽车悬架的发展过程 120世纪40、50年代 20世纪40年代末，汽车悬架由工字形系统改变为长短臂系统，从而掀起了悬架系统发展的开端。,220世纪70、80年代 20世纪70、80年代，在前轮驱动的轿车上，麦弗逊撑杆式悬架取代了长短臂悬架系统。传统的汽车悬架主要由弹性元件、减振器及稳定杆组成。其中弹性元件、减振器和轮胎的综合特性，决定了汽车
4、的行驶操纵稳定性和乘坐的舒适性。由于弹性元件、减振器均是决定刚度的元件，它们对路面状况和汽车的行驶状况(如汽车直线行驶时的加速和制动，汽车转弯)的适应性均受到了很大的局限。 因此，在汽车设计时，为了对它们进行兼顾，只能采用折中措施，根据汽车的行驶状况、道路状况、悬架结构等进行最优化设计，如改进悬架的结构和有关参数。近年来的轿车越来越多地采用横臂式独立悬架(单横臂式和双横臂式)、纵臂式独立悬架(单纵臂式和双纵臂式)，车轮沿主销移动的悬架(烛式和麦弗逊式)，使汽车的有关性能得到较大的最优化折中处理。,1981年汽车上开始应用车身高度控制技术，同年又成功开发出可变换减振器阻尼力控制的新技术，以后又开
5、发出自动变换减振器阻尼力、弹性元件刚度的电控悬架。1987年，日本本田公司率先推出装有空气弹簧的主动悬架，它是一种通过改变空气弹簧的空气压力来改变弹性元件刚度的主动悬架。1989年，世界上又推出了装有油气弹簧的主动悬架。 320世纪90年代后 20世纪90年代是电子技术在汽车悬架系统中的应用越来越多的时期。现在，某些计算机控制的悬架系统已具有在10ms12ms内即能对路面和行驶条件做出反应的能力，以改善行驶时的平稳性和操纵的稳定性。,近年来，高速路网得到了迅猛的发展，对汽车的性能也提出了更高的要求，为了更进一步地提高汽车的性能，提高汽车的质量和档次，突出汽车工业的经济效益，各国汽车行业竞相开发
6、更能适应现代交通的高性能汽车，除了对汽车的其他总成进行更有效的改进之外，对汽车的悬架系统也进行了切实有效的改良。随着电子技术、传感器技术和各种柔性适时控制技术的发展，用这些技术装备起来的汽车悬架系统，既使汽车的乘坐舒适性达到了令人满意的程度，又促使汽车的操纵稳定性得到了可靠的保证。,三、汽车悬架的分类 汽车悬架按导向机构的形式分类，可分为独立悬架和非独立悬架两大类。按控制力的角度分，又可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种。而主动悬架和半主动悬架按其控制方式又可分为机械控制悬架和电子控制悬架系统。 1. 被动悬架 由钢板弹簧或螺旋弹簧、减振器组成的机械式悬架系统，由于没有能源供给装置，悬架的
7、弹性和阻尼参数不会随外部状态而变化，所以称这种悬架为被动悬架。这种悬架在设计中尽管采用参数优化设计，以满足使用要求，但由于悬架参数不可调节，在使用中很难满足使用要求。如图5-1所示。,图5-1 被动悬架,图5-2 主动悬架,2. 半主动悬架 半主动悬架可看作为由可变特性弹簧和减振器组成的悬架系统，它不能随外界的输入进行控制调节，但它可按电脑内存储的弹簧和减振器的优化参数指令调节刚度和阻尼状态。半主动悬架是无源主动悬架，因为它没有动力源为悬架输入能量，所以在这种悬架中改变弹簧刚度比改变阻尼状态困难，所以这种悬架以改变其阻尼系统最常见，它的优点是不消耗动力。 3. 主动悬架 主动悬架由产生力和扭矩
8、的主动件，如油缸、汽缸、伺服电机、电磁铁等；测量元件，如加速度、位移和力传感器等，以及反馈控制装置组成。主动悬架的特点是它具有做功能力，它有动力源，如液压泵或空气压缩机，为系统提供连续的动力输入。当汽车的载荷、速度、道路状况等行驶条件变化时，主动悬架系统能自动调整悬架刚度，刚度的调整包括整体调整和各轮单独调整，以满足汽车行驶平顺性、操纵稳定性等方面的要求。如图5-2所示。,主动悬架系统主要缺陷是成本高，液压或气动装置噪声大，功率消耗较大。 4. 电子控制悬架 主动悬架和半主动悬架可分为机械控制系统和电子控制悬架系统两类。电子控制悬架在汽车行驶过程中，它的刚度和阻尼随时调节，使其达到最佳的行驶平
9、顺性和操纵稳定性。电子控系统的控制装置主要由ECU、信号输入装置和输出装置组成。信号输入装置主要由；车速传感器、高度传感器、转角传感器、节气门位置传感器等，信号输出装置即执行器主要是进气阀、排气阀、高度控制排气阀等组成。,任务二 电子控制空气悬架系统组成及原理 【任务分析】 汽车上装用的普通悬架系统的减振器是伸张型减振器，由于这种减振器的阻尼孔的通流截面积在汽车行驶过程中不可调节，它只能满足特定车速和路况条件下的有效减振。而对于在复杂的路况条件下行驶的汽车，就不可能满足汽车在所有行驶车速和行驶条件下的有效减振，也就很难满足现代汽车的舒适性和操纵稳定性、安全性的要求。在现代中、高档汽车上很少采用
10、普通的减振器，转而采用电控半主动悬架或电控主动悬架，以提高汽车的综合性能。,【相关知识】 电控空气悬架以空气弹簧和减振器为基础，引人ECU控制单元、转向角度传感器、车身高度传感器、空气压缩机、速度和制动传感器，通过ECU的精密计算，利用电磁阀改变空气弹簧内的气体容量和压力来实现软硬调节，使悬架兼有舒适性和运动性的特性。例如直线行驶偏软，提高舒适性；转向和高速运动时加硬，增加侧向支撑提供更好的路感。此外还可通过ECU和空气压缩机实现车身高度的自动或手动调节。 一、电控空气悬架系统的功能（奥迪A8） 奥迪A8标准底盘(自适应悬架)可以手动或自动设置“automatic”(自动)、“comfort”
11、(舒适)、“dynamic”(动态)、“lift”(提升)四种模式，具备转弯、制动、起步、休眠、使用千斤顶、应急等特殊工况下的悬架刚度、阻尼力调节功能。,1“automatic(自动)模式 基本底盘高度，以舒适性为主并配有与之相适应的减振特性。在车速超过120kmh的30s后，底盘会下沉25mm(高速公路底盘下沉)。底盘下沉可以改善空气动力学性能并降低燃油消耗。当车速低于70kmh的时间达120s或车速低于35kmh时，底盘会自动恢复到基本高度。 2“comfort”(舒适)模式 底盘高度与“automatic”(自动)模式是一样的，但在车速较低时减振要弱一些，因此与“automatic”(自
12、动)模式相比，舒适性更好一些。这时不会出现所谓的“高速公路底盘下沉”。,3“dynamic”(动态)模式 与“automalic”(自动)模式相比，底盘下沉20mm，并且自动调整到运动模式的减振特性，在车速持续超过120kmh的30s后，底盘会再下沉5mm(高速公路底盘下沉)。当车速低于70km/h的时间达到120s或车速低于35kmh时，底盘会自动恢复到运动高度。 4“lift”(提升)模式 与“automatic”(自动)模式相比，底盘提升了25mm，与“automatic”(自动)模式一样是以舒适为主的。只有当车速低于80kmh时才能选择这个模式。当车速超过100kmh时会自动脱离此模式
13、，这时车会回到先前选择的模式，即使车速又降到80kmh以下，也不会再自动回到“lift”(提升)模式了。 5转弯、制动、起步 在汽车转弯、制动、起步工况下，通过调节减振器的阻尼力使车辆保持平稳。,6“休眠”模式 进入“行驶后”模式60s后若仍无输入信号，系统就进入节能的“休眠”模式了。系统在2.5h和10h后会短时脱离“休眠”模式，以便再次检查高度状态。当前状态与规定值的高度差(如因空气悬架内空气冷却而产生的)由蓄压器进行补偿。 7使用千斤顶(维修模式) 这种模式是不会被自动识别出来的。如果要使用千斤顶，必须先关闭自适应空气悬架。点火开关ON按压CAR出现“adaptive air suspe
14、nsion(自适应空气悬架)” 按压SETUP出现“adaptive air suspension(自适应空气悬架)”将旋转按压控制钮旋转到“car jack mode (汽车千斤顶模式)”并选择“ON(打开)”来打开汽车千斤顶模式一点火开关OFF。之后，方可举升车辆。,有两种方法可以关闭这种模式，即按照上述步骤操作，在最后一步选择“OFF(关闭)”，或以超过15kmh的车速行车。 8应急运行状态 如果识别出系统部件故障或信号故障，一般来说就没有保证系统功能的可靠性了。根据故障的严重程度，会起动一个应急运行程序。故障码会存人故障存储器，组合仪表上的报警灯会点亮。当悬架的调节功能完全失效时，该系
15、统就会被中断供电，于是悬架就呈“硬”状态。应急状态是为了保证行驶稳定性，这样可避免悬架过软。,图5-3 奥迪A8汽车电控空气悬架系统的组成,二、电控空气悬架系统的构造 1电控空气悬架系统的组成及安装 奥迪A8汽车电控空气悬架系统的组成部件如图5-3所示。,图5-4 电控空气悬架系统原理图,J393-舒适系统中央控制单元（用于车门信号） 1-CAN总线，High 2-CAN总线，Low G341-左前车门加速度传感器 G342-右前车身加速度传感器 G343-后部车身加速度传感器 G76-左后车身水平高度传感器 G77-右后车身水平高度传感器 G78-左前车身水平高度调节器 G289-右前车身水
16、平高度传感器 G291-空气悬架压力传感器 N148-左前减振器支柱阀 N149-右前减振器支柱阀 N150-左后减振器支柱阀 N151-右后减振器支柱阀 N311-蓄电器阀 N336-左前减振器调节阀 N337-右前减振器调节阀 N338-左后减振器调节阀 N339-右后减振器调节阀 G290-空气压缩机温度传感器 V66-空气压缩机 N111-空气悬架排气阀 J403-空气压缩机继电器 J197-悬架系统电控单元 2电控空气悬架系统的电路图 奥迪A8电控悬架系统电路原理如图5-5图5-7所示。,图5-5 奥迪电控悬架系统电路图（1）,图5-6 奥迪电控悬架系统电路图（2）,水平高度调节系统控制单元、阀体、水平 水平高度调节系统控制单元，汽车高度传感器 高度调节系统压力传感器 G291-水平高度调节系统压力传感器 G76-左后汽车高度传感器 J197-水平高度调节系统压力传感器 G77-右后汽车高度传感器 G148-左前减振支柱阀门
