汽车电控技术详细教案

部门 汽车工程系班级 13 汽营汽车电控技术 项目 汽车悬架电子控制系统 悬架电子控制系统的组成及工作原理 课时 2 课时 时间 第 10 周 本讲主要内容 汽车悬架系统概况 悬架系统的类型 电控悬架系统的组成及功用 电控悬架系统的工作原理 教学条件 教材 悬架实物 常规教学工具 本讲教学目标 知识点 汽车悬架系统概况 悬架系统的类型 电控悬架系统的组成及功用 电控悬架系统的工作原理 能力点 了解悬架系统概况 熟悉悬架系统的类型 掌握电控悬架系统的组成和功用 掌握电控悬架系统的工作原理 本讲教学要求 简 介 悬架系统概况 重点讲解 电控悬架系统的功用 结构和 原理 教学重点 电控悬架系统的组成和功用 电控悬架系统的工作原理 教学难点 电控悬架系统的功用 结构和原理 教学方法及手段 讲解 辅助教具 本讲教学内容 汽车悬架电子控制系统 悬架电子控制系统的组成及工作原理 复习 回顾 电控自动变速器结构 功能 针对自动变速器通过学生模拟 4S 店销售进行回顾 实物 展示 邀请 学生 亲自 感受 普通 悬架 剖析 普通 悬架 减振 器原 理分 析不 足引 出电 控悬 架 新课导入 汽车悬架在汽车的行驶过程中其什么作用 现代悬架应该具备什么样的要求呢 概述概述 汽车悬架是车身或车架与车轮或车桥之间传力连接装置的总称 其作用主要有如下三个 方面 1 与轮胎共同作用 缓冲和吸收来自车轮的振动 使汽车平稳行驶 2 将车轮与路面之间产生的驱动力和制动力及其力矩传递到车身 3 将车身支承在前后车桥上 并保持车身与车轮之间的几何关系 传统的悬架系统主要由弹簧 减振器 稳定杆等组成 为提高汽车乘坐的舒适性 要求 悬架做得比较软 以满足汽车在不平路面上行驶时车轮有较大的运动空间 但这将导致汽车 在行驶过程中 由于路面的颠簸而使车身位移增大 这种位移的增大会对汽车行驶的稳定性 带来十分不利影响 反之 为提高汽车操纵的稳定性 要求悬架要有较大的弹簧刚度和较大 的减振器减振阻尼 以限制车身过大的运动 但这又会导致车身产生较大颠簸 从而影响汽 车的乘坐舒适性和车辆行驶的平顺性 因此 传统的悬架在设计过程中不可避免地要不断在乘坐舒适性和操纵稳定性中寻求妥 协 尽管近年来传统悬架在结构上的不断更新和完善 采用优化设计方法进行设计 已使汽 车 特别是轿车的乘坐舒适性和操纵稳定性有了很大提高 但传统悬架仍然受到诸多的限制 如最终设计的悬架参数 弹簧刚度和减振器减振阻尼等 是不可调节的 使得传统悬架只能 保证汽车在一种特定的道路和速度条件下达到性能最优的匹配 并且只能被动地承受地面对 车身的作用力 而不能根据道路 车速的不同而改变悬架参数 更不能主动地控制地面对车 身的作用力 讨论 先进悬架具备的要求 让学 生熟 悉悬 架系 统的 分类 能说 出各 种悬 架的 特点 悬架电子控制系统的组成及工作原理 一 汽车悬架系统类型与要求 1 类型 1 根据刚度和阻尼系数是否可调 主动和被动悬架 2 根据有源和无源 半主动和主动悬架 3 根据传力介质 油气式主动悬架和空气式主动悬架 2 电控悬架要求 根据路面条件 载重质量 行驶速度等来调节悬架系统的刚度 减振器阻尼 车身高度 从而使车辆在各种行驶条件下均可获得最佳的舒适型 通过性和安全性 由电 控悬 架的 要求 导入 本讲 内容 引题 电控 悬架 系统 能实 现哪 些功 能 通过 实例 介绍 与传 统悬 架比 较讲 解重 点介 绍 二 电子控制悬架系统的功能 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 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 以凌志 LS400 为例 1 模式变化 凌志 LS400 的电子控制空气悬架系统提供了悬架控制开关 给驾驶员进行选择 悬架开 关由 LRC 凌志乘坐控制 开关和高度控制开关组成 如图 1 所示 图 1 凌志 LS400 模式开关 LRC 开关有两个位置 NORM 常规 和 SPORT 运动 NORM 模式着重于乘坐舒 适性 通常用于一般的行驶 SPORT 模式着重于提高急转弯等情况下的车辆稳定性 高度控制开关也有两个位置 NORM 常规 和 HIGH 高位 NORM 位置在一般道 路上行驶时选用 HIGH 位置则在不平道路上行驶时选用 2 弹簧刚度和减振阻尼控制 弹簧刚度和减振器减振阻尼力均由电子装置控制 弹簧刚度有 软 和 硬 两种模式 减振器减振阻尼则有 软 中 和 硬 三种模式 电子装置根据车速和路面的变化自 动地调节悬架刚度和减振阻尼 这种控制方式共有四种 高车速控制 不平道路控制 颠动 控制和跳振控制 此外 在车速或转向急剧变化时 会造成车身姿态的急剧变化 既破坏汽 车乘坐的舒适性 又容易使汽车失去方向稳定性 所以 必须对车身姿态实施控制 这种控 制方式共有三种 转向时的车身侧倾控制 制动时的车身 点 头控制和起步或突然加速时 的车身后仰控制 1 防止车尾下蹲控制 汽车在急速起步或加速时 在惯性力和驱动力的作用下 汽车尾部的下蹲控制到最小程 度 以保持车身的稳定 2 防止汽车点头控制 汽车在高速行驶采取紧急制动时 由于惯性力和车轮与地面之间的附着力的作用 促使 车头下沉 防止汽车点头控制就是要使这种点头现象减小到最小程度 3 防止汽车侧倾控制 汽车在转弯时 由于离心力的作用 使汽车与车身的外侧下沉 转弯结束时 会产生车 身外侧的恢复 造成汽车横向摆动 防止汽车侧倾控制就是使这种现象控制到最佳状态 4 防止汽车纵向摇动控制 汽车的纵向摇动一方面是由于汽车在换挡过程中 驱动车轮上的驱动力在短时间内发生 要举 例说 明加 以讲 解 较大变化使汽车纵向摇动 另一方面是由于汽车在不平整的道路上行驶时 汽车的车速与路 面的波动产生共振 或受路面的影响 造成车身纵向摇动 防止汽车纵向摇动控制就是使车 身的这种状态得到最佳的控制 具体见表 1 表 1 电子控制空气悬架系统的功能 控制项目功能 防侧倾控制使弹簧刚度和减振阻尼变成 硬 状态 该项控制 能抑制侧倾 使汽车的姿势变化减至最小 以改善 操纵性 防 点 头控 制 使弹簧刚度和减振阻尼变成 硬 状态 该项控制 能抑制汽车制动 点 头 使汽车的姿势变化减至 最小 防后仰控制使弹簧刚度和减振阻尼变成 硬 状态 该项控制 能抑制汽车加速时后仰 使汽车的姿势变化减至最 小 高车速控制使弹簧刚度变成 硬 状态和使减振阻尼变成 中 状态 该项控制能改善汽车高速行驶时的稳定性和 操纵性 不平整 道路控制 使弹簧刚度和减振阻尼视需要变成 中 或 软 状态 以抑制汽车车身在悬架上下跳动 改善汽车 在不平坦道路上行驶时的乘坐舒适性 颠动控制使弹簧刚度和减振阻尼变成 中 或 软 状态 它能抑制汽车在不平坦道路上行驶时的颠动 跳振控制使弹簧刚度和减振阻尼变成 中 或 软 状态 该项控制能抑制汽车在不平坦道路上行驶时的上下 跳振 路面感应 半主动控制 对应于不同的道路 提供四轮独立的减振阻尼最佳 控制 相应地 汽车可在各种不同的道路和行驶状 况下保持恒定姿态 问题问题 关于电控空气悬架 甲认为 在急转弯时 由转向传感器检测转向盘操作 电脑通过 执行器使悬架刚度和阻尼力变换到高 硬 值 乙认为紧急制动时 如果车速高于 60km h 电脑 通 过执行器使悬架刚度和阻尼力变换到高 硬 值 你认为 谁对 3 车身高度和姿势的调节 1 自动水平控制 控制车高不随乘员数量和载荷大小的变化而变化 由此抑制空气阻 力和升力 迫使汽车漂浮 的增加 减小颠簸并保证平稳行驶 2 高速行驶时的车高控制 汽车高速行驶时操纵稳定性一般要受到破坏 此时降低车 高有助于抑制空气阻力和升力的增加 提高汽车直线行驶的稳定性 3 驻车时车高控制 乘员下车后自动降低车高有利于改善汽车的外观 另外通过调整 车高也利于在车库中的存放 具体见表2 表 2 车身高度控制的功能 控制项目功能 自动高度控制不管乘员和行李重量情况如何 使汽车高度保持在 某一个恒定的高度位置 操作高度控制开关能使汽 车的目标高度变为 正常 或 高 的状态 高车速控制当高度控制开关在 hight 高 位置时 汽车高 度会降低到 正常 状态 这就改善高速行驶时的 空气动力学和稳定性 点火开关关断 控制 当点火开头关断后因乘员重量和行李重量变化而使 汽车高度变为高于目标高度时 能使汽车高度降低 到目标高度 这就能改善汽车驻车时的姿势 重点 讲解 电控 悬架 系统 结构 和原 理 三 汽车悬架电子控制系统组成与工作原理 以凌志 LS400 为例 目前 电控空气悬架在高级轿车 客车上应用较为广泛 主要由传感器 电控悬架 ECU 和执行器等组成 如图 2 所示 系统根据悬架车身高度 车速 转向和制动等传感信号 由 ECU 控制电磁式或步进电机执行器 改变悬架的特性 以适应各种复杂的行驶工况对悬架特 性的不同要求 图 2 电控悬架组成 1 传感器 传感器的作用是将汽车行驶的速度 启动 加速度 转向 制动和路面情况 汽车振动 情况 车高等信息传送给悬架 ECU 汽车悬架系统所用的传感器主要有 车身加速度传感器 车身高度传感器 车身传感器 车速传感器 方向盘转角传感器 节气门位置传感器等 开 关有模式选择开关 制动灯选择开关 停车开关和车门开关 如图 3 所示 2 电控单元 悬架 ECU 接收各种传感器的输入信号并进行各种运算 然后给执行器输出控制悬架的刚 度 阻尼力和车身高度的信号 同时 悬架 ECU 具有故障自诊断功能 实时监测各传感器的 信号是否正常工作 工作中一旦发现故障 ECU 将故障以代码的形式存在存储器中 并点亮 故障指示灯报警 图 3 凌志电控悬架系统元件安装位置 3 执行器 通常所用的执行件是电磁阀 步进电机 泵气电机等 当执行元件接收到悬架 ECU 的控 制信号后 及时准确地动作 从而按照要求调节悬架的刚度 阻尼力和车身高度 4 工作原理 车身状态传感器和开关给 ECU 提供加速度 位移及其他目标参数等信号 ECU 根据 各传感器送来的信号进行运算分析 向悬架执行元件发出指令信号 使执行元件 如阻尼调节步 进电机 产生一