电子控制悬架系统教材

《电子控制悬架系统教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子控制悬架系统教材（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 电子控制悬架系统 1、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。 一，概述 （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。 2、汽车悬架的分类 目前，汽车的悬架系统 通常分为传统被动式、半主动 式、主动式三类。 主动式悬架是一种带有动力源的 悬架，在悬架系统中附加一个可控制 作用力的装置。 主动式悬架可根据汽车载荷、路 面状况、

2、行驶速度、启动、制动、转 向等状况的变化，自动调整悬架的刚 度、阻尼力及车身高度等。 二，电控悬架的结构及工作原理 汽车上装用的普通减振器的伸张 型减振器，缸筒为全密封式结构，伸 缩杆上有一个活塞，阻尼孔位于活塞 上，活塞将缸筒分为上下两腔。 可形容为“一筒二杆三阀四室” 。 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 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。 1. 电控半主动悬架的结构和工作原理 大部分半主动悬架采

3、用了手动控 制方式，由驾驶员根据路面状况和汽 车的行驶条件，手动控制相关的动作 ，对减振器的阻尼力进行变换。 如果当减振器的阻尼力被调整为 “硬” 时，还可增强汽车在转弯或 在不平道路上行驶时抗侧倾的能力， 提高汽车操纵的稳定性。 如果当减振器的阻尼力被调整为 “软”时，使汽车行驶时的上下颠簸 幅度减少，提高汽车乘坐的舒适性。 这种悬架系统，可以通过驾驶员 根据汽车行驶的路面状况，借助挡位 转换开关来控制悬架的特性参数变化 。悬架系统性能控制的特性参数包括 ：减振器的阻尼力、横向稳定杆的刚 度。 其控制方式有机械式和电子控制 式两种。 电控半主动悬架的一般工作原理 是：利用传感器把汽车行驶时路

4、面的 状况和车身的状态进行检测，检测到 的信号经输入接口电路处理后，传输 给计算机进行处理，再通过驱动电路 控制悬架系统的执行器动作，完成悬 架特性参数的调整。 半主动悬架系统的工作原理 1. 阻尼力的调节 所谓阻尼力的调节就是根据汽车 负荷、行驶路面的条件和汽车行驶状 态(加速、减速、制动或转弯等)来控 制减振器的阻尼力，使汽车在整个行 驶状态下，减振阻尼力在二段(软、 硬)或三段(软、中等、硬)之间变换 。 丰田汽车装用的电子控制半主动悬架系统 1执行部件；2动力转向传感器；3停车灯开关；4 TEMS指示灯；5速度传感器；6执行部件；7ECU；8 模式选择开关；9空挡启动开关；10节气门位

5、置传感器 它主要由模式选择开关、电子控 制单元(ECU)、可调节阻尼力的减振 器、转换阻尼力的执行器、车速传感 器、转向盘转角传感器、节气门位置 传感器、制动灯开关、空挡启动开关 等部件组成。 该系统的基本工作原理是：根据 汽车的行驶状态和路面情况，模式选择 开关的工作模式，通过相关的传感器对 汽车的行驶状态、路面反应及车速等进 行检测。 ECU对这些信号进行比较和处理后 ，控制相关的执行机构来改变减振器的 阻尼力，抑制汽车急加速时车尾的下蹲 、汽车转弯时的侧倾和紧急制动时的点 头，以及高速行驶时车身的振动等，以 此来提高汽车乘坐的舒适性和操纵的稳 定性。 模式选择开关 模式选择开关位于变速器

6、操纵 手柄旁，如图所示。 驾驶员根据汽车的行驶状况和 路面情况选择模式选择开关的组合方 式，从而确定选择模式来决定减振器 的阻尼力大小。 模式选择开关的位置和操作方法 模式选择开关的不同组合，可使 悬架系统有四种工作方式： 即自动、标准(Auto、Normal)； 自动、运动(Auto、Sport)；手动、 标准(Manu、Normal)；手动、运动 (Manu、Sport)。 如选择自动模式，悬架系统可以 根据汽车行驶状态和车速等自动地调 节减振器的阻尼力，以保证让汽车乘 坐的舒适性和操纵的稳定性。 在手动模式下，悬架系统的阻尼 力只有标准(中等)和运动(硬)两种状 态的转换。 2) 减振器

7、 可调阻尼力的减振器主要由缸筒 、活塞及活塞控制杆和回转阀等组成 ，如图所示。 活塞杆为一空心杆，在活塞杆的 中心装有控制杆，控制杆的上端与执 行器相连。 减振器的结构示意图 1阻尼调节杆(回转阀控制杆)；2阻尼孔； 3活塞杆；4回转阀 根据回转阀与活塞杆上的小孔 不同的连通情况，减振器的阻尼力有 硬(hard)、软(soft) 、中等 (normal) 三种。 这种阻尼力的特性是： 硬(hard)减振器的阻尼力较大， 减振能力强，使汽车好像具有跑车的 优良操纵稳定性。 中等(normal)适合用于汽车高速 行驶。 软(soft)减振器的阻尼力较小， 减振能力较弱，可充分发挥弹性元件 的缓冲作

8、用，使汽车具有高级旅游车 的舒适性。 可调节阻尼力的减振器的基本工作 原理：当ECU促使执行器工作时，通过 控制杆带动回转阀相对活塞杆转动，使 回转阀与活塞杆上的油孔连通或切断， 从而增加或减小油液的流通面积，使油 液的流动阻力改变，达到调节减振器阻 尼力的目的。 减振器阻尼力 自动、标准自动、运动 一般情况下 软中等 汽车急加速、 急转弯或紧急 制动 硬硬 高速行驶 中等中等 减振器的阻尼力与汽车的行驶状态和 路面状况的配置情况 3) 执行器： 如图所示，是汽车采用的直流电 动机式执行器的结构和工作原理图。 从图中可以看出该执行器主要由 直流电动机、小齿轮、扇形齿轮、电 磁线圈、挡块、控制杆

9、组成。 每个执行器安装于悬架系统中减 振器的顶部，并通过其上的控制杆与 减振器的回转阀相连接，直流电动机 和电磁线圈直接接受ECU的控制。 直流电动机式执行器的结构和工作原理 ECU输出控制信号使电磁线圈通 电控制挡块的动作(如将挡块与扇形 齿轮的凹槽分离)，另外直流电动机 根据输入的电流方向作相应方向的旋 转。从而驱动扇形齿轮作对应方向的 偏转，带动控制杆改变减振器的回转 阀与活塞杆油孔的连通情况，使减振 器的阻尼力按需要的阻尼力大小和方 向改变。 该执行器的基本工作原理是： 当阻尼力调整合适后，电动机和 电磁线圈都断电，挡块重新进入扇形 齿轮的凹槽，使被调整好的阻尼力大 小能稳定地保持。

10、该执行器的基本工作原理是： 驱动器的构造 4) 转向盘转角传感器 转向盘转角传感器用于检测汽车转 向盘的偏转方向和偏转角度，以便于 ECU判别各减振器阻尼力的控制方式。 TEMS上应用的是光电式转角传感器 。 ECU根据转向盘的转角信号，汽 车的车速信号及模式开关的挡位等 ，计算出各车轮减振器阻尼力的大 小，然后通过各执行器进行调节， 以控制车身姿势的状态。 ECU可根据汽车行驶时的各种传感 器信号，如制动灯开关信号、车速传 感器信号、模式选择开关信号、节气 门位置信号等。 5) 电子控制单元 经处理后确认汽车的行驶状态和 路面情况(如汽车是低速行驶还是高速 行驶；是直线行驶还是处于转弯状态

11、；是在制动还是在加速；自动变速器 是否处在空挡位置等)，以确定各悬架 减振器的阻尼力大小，并驱动执行器 予以调节。 电子控制单元的基本工作原理：各 传感器和控制开关产生的电信号，经输 入接口电路整形放大后，送入计算机 CPU中，经过计算机处理和判断后分别 输出各控制信号，驱动相关的执行器和 显示器工作。 ECU系统原理图 这些控制信号有：促使执行器改变 悬架减振器阻尼力的阻尼控制信号；促 使发光二极管显示悬架系统当前阻尼力 状态的显示控制信号。 TEMS指示灯的作用：一是显 示当前状态下悬架系统的阻尼力 状况，二是显示TEMS系统是否工 作正常和指示TEMS系统是否存在 故障。 6) TEMS

12、指示灯 2. 横向稳定器刚度的调节 具有液压缸结构的横向稳定器 ，可以通过内部油路的开闭，使其 成为刚性体或弹性体，从而调节横 向稳定器的刚度。 基本控制原理是：驱动器根据 ECU的信号，通过稳定器缆绳来控 制稳定杆内部油路的关闭和开启。 驱动器的外形及驱动杆的位置 1）横向稳定驱动器 驱动器的结构 1直流电动机；2蜗轮；3小行星轮；4齿圈；5托架； 6限位开关；7太阳轮；8变速传动轴；9蜗杆 直流电动机 1驱动杆；2从动杆；3变速传感器；4蜗杆；5小行星 轮；6齿圈；7太阳轮；8托架；9限位开关(SW2)；10 限位开关(SW1)；11直流电动机；12蜗杆；13弹簧 2）稳定器杆 稳定器杆安

13、装在稳定器臂(扭 杆)端部与独立悬架下摆臂(下臂) 之间，如图所示。 可以以两种状态改变安装在活 塞杆上端的稳定器臂的扭转刚度， 从而改变汽车的抗侧倾刚度。 稳定器杆的作用 (a) (b) 稳定器杆的结构 1单向阀；2推杆；3膜片；4储油腔；5挡块(压缩侧 )；6、9圈簧；7挡块(伸张侧)；8活塞；10油泵 3. 传感器 传感器主要用于采集有关汽车行驶 状态和路面情况等方面的信息，形成电 信号后输入电子控制单元(ECU)，经比 较处理后驱动执行器，完成减振器阻尼 力和横向刚度的调节。 电控半主动悬架系统的传感器有车 速传感器、节气门位置传感器、转向盘 转角传感器。 1) 车速传感器 车速是汽车

14、悬架系统常用的控 制信号，而汽车车身的侧倾程度取 决于汽车的车速和转向半径的大小 。 2) 转向盘转角传感器 转向盘转角传感器用于检测转向 盘是否位于中间位置及转向盘可能的偏 转方向、偏转角度和偏转速度。 在电控悬架中，电子控制单元可 根据车速传感器信号和转向盘转角传感 器信号，判断汽车转向时侧向力的大小 和转向的方向，从而适时控制汽车抗侧 倾的能力。 光电式转角传感器的安装位置和结构 1转角传感器；2传感器；3光电元件； 4遮光盘；5轴；6圆盘；7传感器圆盘 光电式转角传感器的工作原理 光电式转角传感器电路原理 1. 电子控制主动悬架系统的功能 装备电子控制主动悬架系统的汽车 能够根据本身的

15、负载情况、行驶状态和 路面情况等，主动地调节包括悬架系统 的阻尼力、汽车车身高度和行驶姿势、 弹性元件的刚度在内的多项参数。 这类悬架系统大多采用空气弹簧或 油气弹簧作为弹性元件，通过改变弹簧 的空气压力或油液压力的方式来调节弹 簧的刚度，使汽车的相关性能始终处于 最佳状态。 1) 减振器的阻尼力调节 可以实现以下控制目标： （1） 防止车尾下蹲控制 （2） 防止汽车点头控制 （3） 防止汽车侧倾控制 （4） 防止汽车纵向摇动控制 2) 悬架系统弹性元件刚度的调节 影响汽车乘坐的舒适性和行驶的安 全性的另一个主要因素就是汽车悬架弹 性元件的刚度，悬架弹性元件的刚度将 直接影响车身的振动强度和对

16、路况及车 速的感应程度。 目前，中、高档汽车倾向于利用可 调刚度的空气弹簧或油气弹簧，通过调 节这些元件的空气压力的办法来调整弹 性元件的刚度。 通过调节弹性元件的刚度和减振 器的阻尼力，可使汽车四个车轮上的 悬架参数具有不同组合，就可进行车 身高度和姿势的调节。如使用空气弹 簧的悬架，当乘员人数和载物较重使 车身下沉时，通过加大空气弹簧气压 的办法，使车身恢复到正常高度； 3) 车身高度和姿势的调节 2. 电子控制主动悬架系统的组成 如图所示，是轿车上装备电控空气 主动悬架系统(A-ECS)，它能系统地控 制汽车的车身高度、行驶姿势和悬架系 统的阻尼力特性。 2. 电子控制主动悬架系统的组成 该系统主要由空气弹簧、普通螺旋 弹簧、电子控制单元、车速传感器、G 传感器、转角传感器、节气门位置传感 器、高度传感器、阻尼力转换执行器、 电磁阀、空气压缩机、储气筒、空气管 路和继电器等组成。