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1、1电子控制悬挂系统中文摘要： 悬挂系统是保证汽车行驶平顺和稳定的重要车载系统，电子控制悬挂系统能使汽车在不同行车环境下调整悬挂系统，确保行车更舒适、稳定、安全。电控悬挂有半主动式和全主动式两种，由传感器、电控模块和执行元件组成，主要装置结构有悬挂阻尼调节装置、空气悬挂刚度调节装置、车身高度控制装置。关键词：悬挂系统 电子控制 组成 原理 结构Abstract: Automotive suspension system is a very important car system that is to ensure car driving comfortable and stable, Auto
2、motive electronic control suspension system can adjust in different driving conditions, and can ensure car driving more comfortable 、stable and safe. Automotive electronic control suspension system has two different types, Semi-active and fully active, and it consists of sensors, electronic control
3、module and actuator components, its primary structure union has damping adjustment suspension union、air stiffness Conditioning suspension union and car altitude control union.Keywords: Suspension system Electronic control Composition Principle Structure2目录中文摘要与关键词 英文摘要与关键词 目录 1 电控悬架系统 41.1 电控悬架系统的特点
4、 41.2 电控悬架系统的分类 41.3 电控悬架系统的组成 52 电子控制悬挂系统主要部件的结构 52.1 悬挂阻尼调节装置 52.2 空气悬挂刚度调节装置 82.2.1 空气悬挂系统的构造 82.2.2 悬挂刚度调节原理 92.2.3 悬挂控制执行器 102.3 车身高度控制装置 122.3.1 系统组成及工作原理 122.3.2 车身高度传感器 15参考文献 173悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬挂系统结构由弹性元件、导
5、向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬挂系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。悬挂系统是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的乘车舒适性，通过性，稳定性和附着性等多种使用性能。1 电控悬架系统1.1 电控悬架系统的特点理想的悬架应在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减震器阻尼，既能满足平顺性要求，又能满足操纵稳定性要求。被动悬挂因具有固定的悬架刚度和阻尼系数，在结构设计上只能在满足平顺性和操纵稳定性之间进行矛盾折衷，无法达到悬架控制的理想目标。电控悬架的
6、出现克服了传统被动悬架的不足，可根据不同的路面条件，不同的载质量，不同的行驶速度等来控制悬架的刚度，调节减震器阻尼力的大小以及调整车身高度，从而使车辆的平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳的组合。1.2 电控悬架系统的分类电控悬架根据其是否有缘控制，可分为半主动悬架和全主动悬架两大类。(1)半主动悬架：半主动悬架可根据汽车运行时的振动及工况变化情况，对悬架阻尼参数进行自动调整。为了减少执行元件所需的功率，一般都采用调整减振器的阻尼，是阻尼系数在几毫秒内由最小变至最大，使汽车振动频率被控制在理想范围内。半主动悬架为无源控制，在汽车转向、起步及制动等工况时，不能对悬架的刚度和阻尼进行有效的控
7、制。(2)全主动悬架:全主动悬架简称主动悬架，为有源控制，包括提供能量的设备和可控制作用力的附加装置。主动悬架可根据汽车载质量，路面状况，行驶速度，运行工况变化时，知道调整悬架的刚度和阻尼以及车身高度，能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等个方面要求1.3 电控悬架系统的组成（1）传感器（包括车速、起动、加速度、转向、制动、路面状况、车身高度等信息）（2）电控模块(悬架 ECU)4（3）执行元件（包括电磁阀、步进电机、电动机等）1.4 电控悬架系统的工作原理传感器将汽车行驶的路面情况（汽车的振动）和车速及起动、加速、转向、制动等工况转变为电信号，输送给电子控制单元，电子控制单元将传感器送入的电
8、信号进行综合处理，输出对悬架的刚度和阻尼及车身高度进行调节的控制信号。 电控悬架系统的控制系统原理及功能如上图 112 电子控制悬挂系统主要部件的结构2.1 悬挂阻尼调节装置5图 12 所示即为应用了压电传感器和压电执行器的压电式减振器结构。压电式减振器主要由压电传感器、压电执行器和阻尼力变换阀三部分组成。压电传感器和压电执行器所用的压电元件是一个压电陶瓷元件，其主要成分是铅、锆和铁。压电元件都是利用压电效应的原理进行工作的。如图 13 所示，当在压电元件上施加外力时，压电元件将产生电压，这一现象称为压电正效应；而给压电元件施加电压，则压电元件将产生位移，这一现象称为压电负效应。压电传感器 6
9、 就是根据压电正效应进行工作的。当由颠簸路面而引起的冲击力作用在减振器支撑杆上时，由于压电正效应的作用，在压电传感器上大约 2s 的短时间内就可产生电压信号。图 14 所示为压电传感器的构造。图中压电元件有 5 层，每层厚度为 0.5mm。6电子控制单元接收到压电传感器的电压信号后，立即对压电执行器施加电压。图 15 所示为压电执行器的结构。由 88 个压电元件所组成的压电执行器根据电子控制单元发出的指令被施加电压后，由于压电负效应的作用，在约 5ms的时间内产生 50m 左右的位移。此位移经活塞和推杆所放大后，使阻尼力变换阀动作。图 12（b）为压电执行器未动作时的“硬”工况。图 12（c）
10、为压电执行器动作后的“软”工况。压电式减振器从出现颠簸信号到阻尼力变换阀动作仅需几毫秒的时间，因此这种减振器阻尼力电子控制系统具有很高的响应能力。72.2 空气悬挂刚度调节装置2.2.1 空气悬挂系统的构造图 168图 16 所示为空气悬挂的基本构造，图示的空气悬挂主、辅气室设计为一体，这样既省空间，又减轻了质量。悬挂的上端与车身相连，下端与车轮相连，随着车身与车轮的相对运动，主气室的容积在不断地变化。主气室与辅气室之间通过一个通路有气体相互流动，改变主、辅气室之间气体通路的大小，使主气室被压缩的空气量发生变化，就可改变空气悬挂的刚度。减振器的活塞通过中心杆和悬挂控制执行器连接，执行器带动阻尼
11、调节杆转动可以改变活塞上阻尼孔的大小，从而改变减振器的阻尼系数，其工作原理与基本结构与上述悬挂阻尼调节装置基本相同。2.2.2 悬挂刚度调节原理悬挂刚度的调节原理如图 17 所示。主、辅气室之间的气阀体上有大小两个通路。悬挂控制执行器带动气阀体控制杆转动，使阀芯转过一个角度，改变通路的大小，就可以改变主、辅气室之间的气体流量，使悬挂刚度发生变化。悬挂的刚度可以在低、中、高三种状态下变化。阀芯的开口转到对准图示的低位置时，气体通路的大气体通路被打开，主气室的气体经阀芯的中间孔、阀体的侧面孔通道与辅气室的气体相通，两气室之间的流量大，相当于参与工作的气体容积增大，悬挂刚度处于低状态。阀芯的开口转到
12、对准图示的中位置时，气体通路的小气体通路被打开，两气室之间的气体流量小，悬挂刚度处于中状态。阀芯的开口转到对准图示的高位置时，两气室之间的气体通路全部被封住，两气室间的气体不能相互流动，可压缩的气体容积减小。悬挂在振动过程中，只有主气室的气体单独承担缓冲的任务，所以悬挂的刚度处于高状态。2.2.3 悬挂控制执行器9空气悬挂控制执行器与阻尼控制执行器的主要区别在于，后者只控制减振器的回转阀进行阻尼调节。而前者除控制减振器的回转阀进行阻尼调节外，还要驱动主、辅气室的阀芯进行刚度调节。为了适应频繁变化的工况，并保证精确的定位，驱动动力采用了直流步进电机。悬挂控制执行器的基本结构如图 18所示。步进电
13、机带动小齿轮驱动扇形齿轮转动，与扇形齿轮同轴的阻尼调节杆带动回转阀转动，使阻尼孔开闭的数量变化，从而调节减振器的阻尼。在调节阻尼的同时，齿轮系带动与气室阀芯相连接的刚度调节杆转动，随着气室阀芯角度的改变，悬挂的刚度也得以调节。电磁线圈控制的电磁制动开关松开时，制动杆处于扇形齿轮的滑槽内，扇形齿轮可以转动；电磁制动开关吸合时，制动杆往回拉，齿轮系处于锁住状态，各转阀均不能转动，使悬挂的参数保持在相对稳定的状态下。步进电机的基本工作原理如图 19 所示。步进电机的转子由永久磁铁制成。定子有两对磁极，其上绕有 A-B、C-D 两相绕组，当 A-B 绕组接通正向电流时（电流从 A 端流入，B 端流出）
14、 ，永磁转子将在定子磁极磁场的作用下，处于图 19（b）所示的“低状态”位置。10当 A-B 绕组不通电，C-D 绕组接通电源时，永磁转子处于图示“高状态”的位置。当 A-B 绕组接通反向电流（电流从 B 端流入，A 端流出）时，与“低状态”时相比，左右磁极磁性相反，于是永磁转子处于图示的“中状态”位置。图 20 所示的为另一种结构形式的空气悬挂结构。其结构特点是主气室与辅气室为分开式结构，中间由连接管相通。主、辅气室的气体通路仍由步进电机转动气阀体来控制。步进电机的工作原理与上述相同，其结构如图 21 所示。11图 22 所示为步进电机在三个不同位置时该悬挂刚度的变化情况。图 22（a）所示
15、气阀体的大通气孔与辅气室相通，主、辅两气室之间的气体流量增大，悬挂刚度处于低状态。图 22（b）所示气阀体的小通气孔与辅气室相通，主、辅气室间气体流通有阻尼存在，所以悬挂刚度处于中状态。图 22（c）所示气阀体完全关闭，只有主气室参加工作，所以悬挂刚度处于高状态。2.3 车身高度控制装置车身高度控制装置是指车身的高度可根据汽车内乘座人员或车辆载重情况自动做出调整，以保持汽车行驶所需要的高度及汽车行驶姿态的稳定。车身高度控制有两种类型，一种是对汽车全部四个车轮悬挂系统进行高度控制；另一类型是仅对两个后轮的悬挂系统进行高度控制。2.3.1 系统组成及工作原理图 23 所示为日本富士汽车空气悬挂的车身高度控制系统。由图可以看出，系统主要由空气压缩机、排气阀、干燥器、进气阀、储气罐、调压阀、电磁阀、高度传感器、气室及控制单元等组成。12直流电机带动空气压缩机工作，从压缩机出来的压缩空气进入干燥器，经干燥后进入储气罐，储气罐的气体压力由调压阀进行调节。控制单元根据车高传感器信号的变化和驾驶员给与的控制模式（常规正常模式或高模式）指令，给控制车高的电磁阀发出指令。当车身需要升
