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1、第一章摘要：通过对电子控制悬架系统的功用、类型及工作原理的介绍和电子控制悬 架系统在汽车上的应用分析，指出了电子控制悬架通过车身高度、弹簧刚度和减振器阻尼系数的控剖。可有效解决传统悬架行驶的平顺性和操纵的稳定性之间的矛盾。电子控制悬架系统是通过电子控制单元来控制相应的执行元件，改变悬架特性以适应各种复杂的行驶工况对悬架系统的不同要求，从而使汽车乘坐舒适性、行驶平顺性和操纵稳定性同时得到改善。悬架是车身和车轮之间的一切传力装置的总称。它的作用是把路面作用于车轮上的垂直力、纵向力和侧向力以及这些反力所造成的力矩都传递到车身上，以保证汽车的正常行驶。随着汽车工业的发展，人们对汽车的行驶平顺性(即乘坐
2、的舒适性)要求越来越高。而汽车的行驶平顺性和汽车的稳定性在悬架系统的设计中是一对矛盾。在传统的悬架系统设计中，若要求高的行驶平顺性，就难以满足操纵稳定性。为了克服传统悬架系统的局限性，现代汽车采用和发展了新型的电子控制悬架系统。电子控制悬架系统可以根据不同的路面条件、不同的载重质 2 量、不同的行驶速度等，来控制悬架系统的刚度、调节减振器的阻尼力的大小、甚至可以调节车身高度，从而使车辆的行驶平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳的组合。 关键词：电子控制悬架系统；车身高度；悬架弹簧刚度。1.1 功用在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼力，既满足平顺性的要求又满足操纵稳定性的要求
3、。电控悬架系统的基本目的是控制调节悬架的刚度和阻尼力，突破传统被动悬架的局限性，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应，从而保证汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性要求都能得到满足。其基本功能有：1）.车高调整：无论车辆的负载多少，都可以保持汽车高度一定，车身保持水平，从而使前大灯光束方向保持不变；当汽车在坏路面上行驶时，可以使车高升高，防止车桥与路面相碰；当汽车高速行驶时，又可以使车高降低，以便减少空气阻力，提高操纵稳定性。 2). 减振器阻尼力控制：通过对减振器阻尼系数的调整，防止汽车急速起步或急加速时车尾下蹲；防止紧急制动时的车头下沉；防止汽车急转弯时车身横向摇动；防止汽车换挡时车身纵向摇
4、动等，提高行驶平顺性和操纵稳定性。3) .弹簧刚度控制：与减振器一样在各种工况下，通过对弹簧性系数的调整，来改善汽车的乘坐舒适性与操纵稳定性。 有些车型有其中一至二个功能，少数同时有三个功能。 1.2 类型 1.2.1 主动悬架 根据车辆本身的负荷情况，行驶状态和路面状况等，主动的调节包括悬架系统的阻尼力.汽车车身高度和行驶姿态；弹性元件的刚度在内的多项参数，是汽车的相关性能处于最佳状态。1.2.2 半主动悬架 悬架系统中只有弹簧刚度或减振器阻尼之一可以调节。第二章2.1 系统构成 被动悬架即传统式的悬架，是由弹簧、减振器（减振筒）、导向机构等组成，其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，减振器的主要
5、作用是衰减振动。由于这种悬架是由外力驱动而起作用的，所以称为从动悬架。由于被动悬架设计的出发点是在满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折衷，对于不同的使用要求，只能是在满足主要性能要求的基础上牺牲次要性能。被动悬架的优点是成本低、有较高的可靠性。缺点是无法解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。刚性较大的螺旋弹簧 以使车轮保持着与器与车路面接触的倾向，提高轮胎的抓地能力。但是这样的弊端是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉。采用较软的螺旋弹簧，以适应崎岖不平的路面，提高乘坐汽车时的平稳性及舒适性。但是这样的汽车操纵性较差。1-1号高度控制继电身高度传感器3-前悬架控制执行器4-制动灯开关5-转向
6、传感器6-高度控制开关7-LRC开关8-后车身位移传感器 9-2号离度控制阀和溢流阀10-高度控制ON/OFF开关11-高度控制连接器12-后悬架控制执行器13-2号高度控制继电器14-悬架电脑15-门控灯开关16-主节气门位置传感器17-1号高度控制阀18-高度控制压缩机19-干燥器和排气阀21-IC调节器电磁阀步进电机气泵电机ECU车身加速度传感器车身高度传感器车速传感器方向盘转角传感器节气门位置传感器车门传感器电控悬架由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成。汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。弹性元件用力传递垂向力，并缓和由路面不平度
7、引起的冲击和振动。从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器指液力减振器，是为了加速衰减车身的振动，它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架(或车身)有确定的相对运动规律。现代轿车的悬架一般采用质量小、性能稳定可靠的筒式减震器。当轿车在不平坦的道路上行驶，车身会发生振动，减振器能迅速衰减车身的振动，利用本身的油液流动的阻力来消耗振动的能量。当车架与车轴相对运动时，减振器内的油
8、液会通过一些窄小的孔、缝等通道反复地从一个腔室流向另一个腔室，这时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身振动的阻力，这种阻力工程上称为阻尼力。阻尼力会将车身的振动能转化为热能，并被油液和壳体所吸收。人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性，将阻尼系数不固定在某一数值上，而是能随轿车运行的状态而变化，使悬架性能总是处在最优的状态附近。因此，有些轿车的减振器是可调式的，将阻尼分成两级或三级，根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级。2.2 主要部件构成 2.2.1电控系统的组成 传感器：车高传感器、车速传感器、加速度传感器、转向盘转角传感器、节 气 门位置传感器等。 开关：模式选择开关
9、、制动灯开关、停车开关、车门开关等。 执行器：可调阻尼力减震器、可调节弹簧高度和弹性大小的弹性元件等。 ECU 2.2.2系统部件的构成 传感器 1、转向盘转角传感器【作用】检测转向盘的中间位置、转动方向、转向角度和转动角度。以判断转向时侧向力的大小和方向，以控制车身的侧倾。【类型】多采用光电式转向盘转角传感器。【安装位置】转向盘的转向轴上。【结构】在转向轴的带窄缝的圆盘上装有两组光电耦合器，转向盘转动时，可输出两组脉冲信号。根据此信号可判断转向盘的转角与转速；通过两组信号的相位来判断转向的方向。2、加速度传感器【作用】检测车身横向加速度和纵向加速度。横向加速度传感器主要用于检测汽车转向时，汽
10、车因离心力的作用而产生的横向加速度，以判断悬架系统阻尼力改变的大小及空气弹簧中空气压力的调节情况，以维持车身的最佳姿势。【类型】差动变压器式和钢球位移式。【别名】G传感器【差动变压器式加速度传感器原理】汽车转弯、加减速时，心杆在横向力或纵向力作用下移动，使检测线圈的输出电压发生变化。【钢球位移式加速度传感器原理】汽车转弯、加减速时，钢球在横向力或纵向力作用下移动，使检测线圈的输出电压发生变化。3、车身高度传感器【作用】检测汽车行驶时车身高度的变化情况（汽车悬架的位移量）。【类型】片簧开关式、霍尔式、光电式。其中光电式应用较多。【光电式传感器原理】有一根靠连杆带动转动的转轴，转轴上固定一个开有许
11、多窄槽的圆盘，圆盘两边装有四组光电耦合器。当车身高度变化时，通过连杆可使转轴转动，因而四组光电耦合器可感应出四组脉冲信号，通过这四组脉冲信号的不同组合，可反映车高的高度范围。上图为光电式传感器2.2.3开关1、信号开关2、模式选择开关【位置】变速器旁。【作用】根据汽车的行驶状况和路面情况选择悬架的运行模式，从而决定减震器的阻尼力大小。【运行模式】标准（Norm）、运动（Sport）两种。3、高度控制开关【作用】改变车身高度设置。【运行模式】低（Low）、高（Hight）两种。2.2.4执行器1、悬架控制执行器2、压缩机和干燥器总成3、高度控制阀2.3电控悬架的工作原理：利用传感器（包括开关）把
12、汽车行驶时路面的状况和车身的状态进行检测，将检测信号输入计算机进行处理，计算机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，如图所示。车身状态传感器（加速度，位移及其他目标参数）调节悬架参数的执行器（电磁阀，步进电动机等）放大推动计算机控制装置 电子控制半主动及主动悬架系统虽然在控制的参数和效果上各有差别,但它们都是基于同一中设计思想.即在行驶过程中,根据实际需要,使悬架的基本参数如刚度,阻尼随时调节,从而达到最佳的行驶平顺性和操纵稳定性.例如在号路面上正常行驶时希望软一点,在坏路面上或起步,制动时希望硬一点;低速时希望软一点,以满足乘坐的舒适性,高速时希望硬一点,以提高操纵稳
13、定性.主动悬架系统还可以根据需要,随时对车辆的车身高度进行控制.一 半主动悬架半主动悬架系统性能总是处于最优状态附近.但是,弹簧刚度选择后,又很难改变.因此从改变减震器的阻尼入手,将阻尼分为两级或三级,由驾驶员选择或根据传感信号自动选择所需要的阻尼级.半主动选架系统通常以车身振动加速度的均方根值作为控制目标函数,以悬架减震器的阻尼为控制对象.半主动悬架控制模型图见图1,其中(1)控制器(2)整形放大电路(3)加速度传感器(4)悬架质量(5)阻尼可调减振器(6)悬架弹簧(7)非悬架质量(8)轮胎的当量质量 控制器的悬架阻尼控制过程见图2在悬架控制单元中,事先设定了一个目标控制参数,它是以汽车行驶
14、平顺性最优控制为目的设计的.汽车行驶时安装在车身上的加速度传感器产生的车身振动加速度信号经整形放大后输入电脑,电脑立刻计算出当前车身振动加速度的均方根值i并与设定的目标参数比较.根据比较结果输出控制信号:若=i,控制器不输入调整信号若i,控制器输出减小阻尼信号图3所示为一个由外部电磁铁控制的减振器简图.满足舒适性要求时,可选择较低阻尼级;车辆高速行驶时,可选择较高阻尼级.高阻尼可提高车辆行驶安全性,但舒适性下降;低阻尼可降低系统自振频率,减少对车身的冲击,利于提高舒适性,但安全性下降.图4为可调阻尼减振器的原理图,其中(1)节流空(2)步进电动机(3)ECU(4)阀杆(5)阀门其阻尼力能在几毫
15、秒内由最小变到最大,其ECU接收速度,位移,加速度等传感信号,计算出相应的阻尼值,向步进电动机发出控制信号,经阀杆调节阀门,使节流孔阻尼连续变化图5所示的悬架阻尼调节装置为三级可调式减振器.三级可调式减振器旁路控制阀调节电动机带动控制杆使回转阀转动,便可通,断油孔和控制油路截面积的变化,使控制阀具有小,中,大三个位置,产生三个阻尼值,以适应不同的行驶条件.与阻尼调节杆连接的回转阀上有三个阻尼孔,执行器通过调节杆来控制阻尼孔的开闭,从而改变悬架阻尼的大小图5右边所示,A-A,B-B,C-C三个截面的阻尼孔全部被回转阀封住,此时只有减震器下面的主阻尼孔仍在工作,所以这时阻尼为最大,减震器被调节到”硬”状态当回转阀从”硬”状态位置顺时针转动60时,B-B截面的阻尼孔打开,A-A,C-C两截面的阻尼孔仍关闭.因为多了一个阻尼孔参
