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1、汽车底盘电控系统结构与检修,QICHEDIPAN DIANKONG XITONG JIEGOU YUJIANXIU,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，一般由弹性元件、减振器和导向元件所组成。 随着现代电子技术的快速发展，以微型计算机作为控制核心，对汽车悬架系统参数实行实时控制成为可能。目前，各种形式的电控悬架系统（Electronic Modulated Suspension ,简称EMS）相继在一些高级轿车上采用。使用电控悬架系统不仅提高了汽车的乘坐舒适性，而且改善了汽车的操纵稳定性，在复杂多变的行驶状态下都尽可能使悬架的性能处于最佳状态。,模块六 电控悬
2、架系统,课题一 电控悬架系统概况,课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理,课题三 电控悬架系统故障诊断与检修,模块六 电控悬架系统,汽车底盘电控系统结构与检修,课题一 电控悬架系统概况,悬架主要影响汽车的垂直振动，传统的汽车悬架是不可调整的，行车中车身高度的变化取决于弹簧的变形。因此当汽车空载和满载的时候，车身的离地间隙是不一样的。尤其是一些轿车采用比较柔软的螺旋弹簧，其满载后弹簧的变形行程会比较大，导致汽车空载和满载的时候离地间隙相差有几十毫米，汽车的通过性受到明显影响。 汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。一般行驶时需要柔软一点的悬架以求舒适感，当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性
3、，两者之间有矛盾。另外，汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的。一成不变的悬架无法满足这种矛盾的需求，只能采取折中的方式去解决。在电子技术发展的带动下，工程师设计出一种可以在一定范围内调整的电子控制悬架来满足这种需求，这种悬架称为电控悬架。电控悬架系统通常采用空气弹簧代替金属弹簧，用液压减振器和空气弹簧中的介质进行减振器阻尼系数与悬架刚度的有级调节和车高的自动调节控制。,模块六 电控悬架系统,一、汽车悬架的发展过程,课题一 电控悬架系统概况,20世纪70年代末至80年代初，前轮驱动轿车上广泛采用麦弗逊（Macpherson) 撑杆式悬架；近年来轿车越来越多地采用横臂式独立悬架（单横臂式
4、和双横臂式）和纵臂式独立悬架（单纵臂式和双纵臂式）。 烛式和麦弗逊式汽车悬架可使车轮沿主销移动，其悬架系统能适应特定的道路和行驶条件，但此类悬架系统只能被动地承受地面对车身的各种作用力，无法根据各种情况主动地调节车身的状况，因此汽车的操纵性与乘坐的舒适性较差。 近年来，随着汽车技术的迅猛发展，人们对汽车操纵性与乘坐舒适性提出了更高的要求， 希望汽车在高速公路上行驶时能具有令人舒适的操纵性能，而在急转弯、紧急制动及快加速时汽车又具备刚硬稳固的行驶性能，因为刚硬稳固的行驶性能可降低汽车的横摆、侧倾和俯仰。 可见传统的烛式和麦弗逊式汽车悬架结构已经不能适应这一需求。随着计算机技术、传感器技术和各种柔
5、性适时控制技术的发展，用这些技术装备起来的汽车电控悬架系统，使汽车的乘坐舒适性达到了令人满意的程度，又能使汽车的操纵稳定性得到了可靠的保证。,模块六 电控悬架系统,一、汽车悬架的发展过程,课题一 电控悬架系统概况,1981年汽车上开始应用车身高度控制技术，同年出现可变换减振器阻尼力控制的新技术，而后又出现了能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，这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，装有油气弹簧的主动悬架开始出现。现在计算机控制的悬架系统巳具备在1012ms内即能对路面和行驶条件作出迅速反应的
6、能力，其极大地改善汽车行驶时的平稳性和操纵性。,模块六 电控悬架系统,二、汽车悬架的作用,课题一 电控悬架系统概况,汽车悬架具有以下作用。 （1）承受载荷 汽车悬架承受地面作用于汽车车轮各个方向的力，包括法向反力、切向反力和侧向反力以及这些反力所产生的各种力矩。 （2）传递动力 汽车悬架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）缓和冲击 汽车悬架缓和，衰减汽车在行驶过程中的各种振动和冲击，以提高乘员在汽车行驶时的舒适性。,模块六 电控悬架系统,三、汽车悬架的分类,课题一 电控悬架系统概况,1、按照结构形式分类 （1）非独立悬架(Dependent Sus
7、pension) 非独立悬架是指左右两个车轮通过一根刚性车桥(车轴)连接，不能单独地上下跳动。非独立悬架结构简单、成本低特点，但舒适性差，多用于载重汽车。 （2）独立悬架(Independent Suspension) 独立悬架是指前后左右4个车轮单独通过独立的悬架装置与车身相连，每个车轮都可以各自独立地上下跳动，具有舒适性好的特点。 现在的乘用车前悬架一般都采用独立悬架，一些低端车型使用的后悬架是非独立悬架，中高档轿车使用的都是独立悬架。,模块六 电控悬架系统,三、汽车悬架的分类,课题一 电控悬架系统概况,2、按控制方式分类 目前，汽车的悬架系统通常可分为传统被动式(Passave Susp
8、ension)、半主动式(Semiactive Suspension)、主动式(Active Suspension)三类。 半主动式又分为有级半主动式（阻尼力有级可调）和无级半主动式（阻尼力连续可调）两种。 无级半主动式悬架可以根据路面的行驶状态和车身的响应对悬架阻尼力进行控制，并在几毫秒内由最小变到最大，使车身上的振动响应始终被控制在某个范围内。但无级半主动式悬架在转向、起步、制动等工况时不能对阻尼力实施有效的控制。 主动式悬架根据频带和能量消耗的不同，分为全主动式（频带宽大于15Hz)和慢全主动式（频带宽36Hz)。而根据驱动机构和介质的不同，可分为由电磁阀驱动的油气主动式悬架和由步进电动
9、机驱动的空气主动式悬架。 主动式悬架是一种带有动力源的悬架，在悬架系统附加设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、行驶速度、起动（或是制动、转向等）状况的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼力以及车身高度等。 我们通常把用于提高平顺性的控制称为路面感应控制，而把用于提高稳定性的控制称为车身姿势控制，此外，车身高度控制也是主动式悬架系统的重要控制项目之一。,模块六 电控悬架系统,课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理,传统的汽车悬架主要由弹簧、减振器、稳定杆和弹性轮胎等组成，悬架的高度和弹性是不可调整的，在行车中车身高度的变化仅取决于弹簧的变形，其优点是结构简单、实用，如图6-1所
10、示。但因其弹性和阻尼不能随外部工况变化，驾驶及乘坐舒适性相对较差。 汽车上的普通减振器一般为伸张型减振器，其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。当汽车向上振动带动活塞杆伸张时，腔油液通过活塞上阻尼较大的阻尼孔流向下腔；而在活塞杆收缩时，由于油液只能流过相对小的通流截面，其流动阻尼大、流速慢，使汽车振动的能量快速地消耗掉，从而可有效地减轻汽车的振动幅度，以提高汽车的行驶安全性和操纵稳定性。但这种减振器阻尼孔的通流截面在汽车行驶过程中不能随时进行调节，只能满足特定车速和路况条件下的减振，而不能满足汽车在所有行驶车速和行驶条件下的有效减振。因此传统的汽车
11、悬架不能满足现代汽车的舒适性、操动性和安全性的综合要求。在现代的中、高档汽车上已广泛采用电控悬架以提高汽车的综合性能。,模块六 电控悬架系统,图6-1 常见悬架结构（麦弗逊式前悬架） 图6-2保时捷帕那梅拉空气式可调悬架,一、电控悬架的控制形式及功能,电子控制悬架系统的优点是能使悬架随着不同的路况和行驶状态做出相应的调整，既令汽车的乘坐舒适性达到令人满意的水平，又能使汽车的稳定性要求得到满足。 1、电控悬架的控制形式 目前，电控悬架的控制形式主要有3种，空气式可调悬架、液压式可调悬架和电磁式可调悬架。 （1）空气式可调悬架 空气式可调悬架如图6-2所示，是指利用空气压缩机形成压缩空气，并通过压
12、缩空气来调节汽车底盘离地间隙的一种悬架。,模块六 电控悬架系统,课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理,一、电控悬架的控制形式及功能,1、电控悬架的控制形式 （1）空气式可调悬架 一般装备空气式可调悬架的车型在前轮和后轮附近都设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，电子控制单元（ECU)判断出车身高度的变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而起到减振的效果。 空气式可调悬架中的空气弹簧的软硬能根据需要自动调节。当在高速行驶时，空气悬架可以自动变硬来提高车身的稳定性，而长时间在低速不平的路面行驶时，电子控制单元（ECU)则会使悬架变软来提高车辆的舒适性。 采用空气式可调
13、悬架的代表车型有奥迪A8、奔驰S350、保时捷卡宴(Porsche Cay-enne)、保时捷帕那梅拉(Porsche Panamera)等。,模块六 电控悬架系统,课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理,一、电控悬架的控制形式及功能,1、电控悬架的控制形式 （2） 液压式可调悬架 液压式可调悬架如图6-3所示，是指根据车速和路况，通过增减液压油的方式调整汽车底盘离地间隙来实现车身高度升降变化的一种悬架。 液压式可调悬架的核心是内置式电子液压集成模块，根据车速、减振器伸缩频率和伸缩程度的数据信息，在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状
14、态等信号，这些信号被传送给电子控制单元（ECU)，ECU再根据输入信号和预先设定的程序操纵前后4个执行油缸工作。采用液压式可调悬架的代表车型有雪铁龙C5、雪铁龙C6、宝马7系轿车等。,模块六 电控悬架系统,图6-3 雪铁龙C5液压式可调悬架结构示意图 1-纵向横梁；2-球体；3-上三角叉臂；4-支杆;5-长纵臂,课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理,一、电控悬架的控制形式及功能,1、电控悬架的控制形式 （3）电磁式可调悬架 电磁悬架系统是由电子控制单元（ECU)、车轮位移传感器、电磁液压杆和直筒减振器组成。在每个车轮和车身连接处都有一个车轮位移传感器，传感器与电子控制单元（ECU)相连，ECU
15、又与电磁液压杆和直筒减振器相连。 电磁式可调悬架结构如图6-4所示，是利用电磁反应来实现汽车底盘高度升降变化的一种悬架。电磁式可调悬架可以针对路面情况，在1ms时间内做出反应并抑制振动，以保持车身的稳定性。,模块六 电控悬架系统,图6-4 凯迪拉克SLS赛威的电磁悬架系统结构图,课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理,一、电控悬架的控制形式及功能,1、电控悬架的控制形式 一般地，电磁式可调悬架的反应速度比传统的悬架快5倍，因此在车速很高又突遇障碍时最能显出它的优势，即使是在最颠簸的路面，也能保证车辆平稳行驶。 电磁式直筒减振器有别于传统的液压减振器，其没有细小的阀门结构，并不是通过液体的流动阻力
16、来达到减振的目的，电磁式直筒减振器中也有减振液，但它是一种被称为电磁液的特殊液体，是由合成碳氢化合物和微小的铁粒组成的。 平时磁性金属粒子杂乱无章地分布在液体里，不起什么作用；但如果有磁场作用，它们就排列成一定结构，此时减振液就会变成近似塑料的状态。减振液的密度可通过控制电流流量来精确地控制，并且可实时连续的动态控制。,模块六 电控悬架系统,课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理,一、电控悬架的控制形式及功能,1、电控悬架的控制形式 电磁式可调悬架的工作过程是：当路面不平引起车轮跳动时，传感器迅速将信号传至电子控制单元（ECU)，ECU发出指令，将输电信号发送到各个减振器的电磁线圈，电流的运动便产生磁场，在磁场的作用下减振器中的电磁液的密度将迅速发生变化(变化频率高达1000Hz)，进而控制悬架的刚度和阻尼力，达到减振的目的。 电磁式可调悬架可以快速有效地弥补轮胎的跳动，并扩大悬架的活动范围，降低噪声，提高车辆的操控准确性和乘坐舒适性。采用电磁式可调悬架的代表车型有凯迪拉克SLS赛威(Seville Luxury S
