凌志LS400电控悬架的结构原理及检修要点

1、摘要一辆车的舒适性很大程度上取决于悬架系统，因此汽车厂商们才 会不厌其繁地推出了麦拂逊、多连杆、双叉臂等悬架概念。目前在中 高档汽车上应用较多的是半主动的电子控制悬架。本文以丰田凌志 ls400型的汽车的悬架为例，详细介绍了半主动电控悬架的结构和工 作原理，以及对该系统的检修。引言传统的被动式汽车悬架系统由性能参数不变的弹簧和减振器构成。为了有效地隔离由于路面不平而产生的冲击 ，减缓车体的振动， 提高汽车乘坐舒适性，悬架需设计得较“软”；而欲减小汽车转弯、 加速及制动时车体的侧倾和前后倾，提高汽车的操纵安全性（稳定 性），则又要求悬架较“硬因此，被动悬架的设计，即弹簧和减震 器参数的选择，不可

2、能使乘坐舒适性和操纵安全性同时达最优，而只能在这二者之间寻找一最优的折中方案，并且这种最优的折中也只能 在特定的道路和车速下实现。随着现代汽车车速的不断提高，人们对汽车悬架系统的性能也提 出了越来越高的要求。现在汽车用的电控悬架引入空气悬架原理和电 子控制技术，将两者结合在一起。典型的电控悬架由电子控制元件（ecu、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速度传感器、 制动传感器、空气弹簧元件等组成。i1半主动悬架的结构凌志ls400型汽车的电子控制悬架系统是一种较典型的半主动悬架系统。该系统采用了充有压缩空气的空气弹簧，弹簧的弹性可在“软”与“硬”之间切换，减振器则有三种不同的阻尼特性可供选

3、择。汽车行驶过程中，电子控制单元能够根据各种传感器的输入信号，选 择一最佳的空气弹簧的弹性与减振器阻尼特性的组合 ，从而获得良好 的乘坐舒适性和操纵性能。该系统具有车身高度自调功能 ，能够根据 汽车内乘员人数和车辆装载质量情况自动做出调整 ，从而可保持汽车 的高度及行驶姿态的稳定。这样也可使汽车前大灯的光束角度变化最小。止匕外，由于减振弹簧的有效变形空间被限制在一定范围内，从而 可使弹簧能最大程度地吸收振动能量，改善汽车的乘坐舒适性，同时 也避免了汽车底部与不平路面相碰。当汽车高速行驶时，降低车身高度 可减少空气阻力，并提高轮胎与路面的附着力，从而可提高高速行驶 时的稳定性。悬架的电子控制系统

4、由传感器、电子控制单元和执行元件三部分组成。系统的布置如图1所示。1.1 传感器1.1.1 转向盘转角传感器如图2所示，此传感器由一带窄缝并随转向盘一起转动的圆盘 和一对遮光器组成。每个遮光器又由相对安装的一发光二极管和一光 敏晶体管组成，两元件间光的变化将被转变成通/断信号。带窄缝的圆 盘在发光二极管和光敏晶体管之间旋转。当该盘随转向盘一起转动时, 便控制着两元件间光的传导。两对遮光器有相位差，悬架ecu艮据两遮光器输出信号的变化检测转向盘的转动方向和角度。闰1汽小城焚结构图i.空压机工发动机ic调节跑3.瞰】高度控制以电器i. :tt架控制器m器5.后悬架腔制驱 功器6.隔度4张酒k，工以

5、24厦控制辨电楣&同堆即制on oo向 开关江脑而度拧制住感 得10. wj. 2高度抖斓阀11.军门开关1n转向错转题性感辘】3悬架控制开心死军高指示灯. lrc指示灯、nq. 1车速传感骞1&停隼灯开关1&n0l】高度控制脚17,前高度控制传感器】也 干谈疆身排气同阍2转向猾转葩向博器i发尤二横管2世阻晶体管3窄及席1.1.2 高度控制传感器汽车的四个角各装有一高度控制传感器。具通过不断地监测车身 与悬架下臂间的距离，而测出车身高度的变化。高度控制传感器的结构 与原理和转向盘转角传感器相似。每个传感器都由随连接臂一起转动 带窄缝的圆盘和四对遮光器组成。圆盘在各遮光器的发光二极管和光 敏晶体

6、管间转动。高度控制传感器根据各遮光器输出的on/ff信号的不同组合，将车身的高度范围分成16个区,并送给ecu1.2 控制单元1.2.1 悬架控制开关悬架控制开关由lrc开关和高度控制开关组成。前者用以选择减 振器和空气弹簧的工作模式(“no rmal au to”或“spo rt au to); 后者用以选择所希望的车身高度(no rmal ”或“h igh ”)。两开关 都安装在中央控制板的靠近换档杆指示灯处。1.2.2 高度控制on/offf关此开关装在行李箱的工具箱内。将开关扳至o ff位置，可禁止在车辆被举开、托运或停在不平的路面时对车身高度的调节。这样可 避免空气弹簧中压缩空气的排

7、出，从而可防止车身高度的下降。1.2.3 高度控制插座连接该插座上的相应端子，能不通过ecu而直接控制空气压缩机电机、高度控制电磁阀及排气电磁阀，从而使检修方便。此插座上 还提供了用于清除存贮器中故障代码的端子。连接的端子与所控制的in二3恩架高度 l制阀 前左爆初高安控制二 后行和架高度控制阀 后左悬型高度控制阀去1控制元件与建糠的清口和和租印和和rll元件如表1所示。连接过程中应注意不要短接端子 1和8,以免造成 短路。排飞阳号出”号1.2.4 no.1 和no.2高度控制两高度控制阀根据悬架 ecu的信号，控制空气弹簧的充气和排 气。no.1高度控制阀用于前悬架，此阀中有两个电磁阀，分别

8、控制左 右空气弹簧。no.2高度控制阀用于后悬架，它也是由两个电磁阀组成 它与no. 1控制阀的不同是，它们不是单独控制，而是同时动作。在 no. 2高度控制阀中还装有一安全阀，用于防止管路中压力过高。1.3 悬架电子控制单元（ecu根据各种传感器的信号以及由悬架控制开关（lrc开关和高度控制开关）所确定的工作模式，ecu控制减振器的阻尼力、悬架的弹性 及车身高度。悬架ecu具有故障自诊功能。工作中一旦发现悬架的电 子控制系统出现故障，ecu便将故障以代码的形式存在内存中，并及 时向驾驶员报警。ecu的失效保护功能使其系统出现故障时暂停对悬 架的控制。1.4 悬架控制驱动器悬架控制驱动器装在各

9、空气弹簧和减振器的上方，用于同时驱动 减振器的转阀和空气弹簧的连通阀，以改变减振器的阻尼系数和弹簧 的弹性。驱动器根据电磁原理工作，能够准确地对频繁变化的行驶工 况作出快速响应。驱动器的电磁机构由定子铁芯 (具有4个磁级)和 两对定子绕组组成。电流流过绕组时在定子铁芯中产生电磁力，永久磁铁转子在定子铁芯电磁力的作用下旋转，并通过一对齿轮同时驱动空气弹簧的连通阀控制杆和减振器的转阀控制杆。1.5 执行单元1.5.1 车身高度指示灯两绿色指示灯位于组合仪表上，用于指示所选择的车身高度。当 高度控制开关的位置改变时,指示灯能马上指示出所切换到的位置， 但到达所设定的车身高度则需一定的时间。1.5.2

10、 lrc指示灯此灯也位于组合仪表上，用于指示当前减振器和空气弹簧的工作模式(no rmal au2to” 或 spo rt au to)。选择 spo rt au to” 模式时灯亮，否则灯灭。172减震器2.1 空压机、干燥器及排气阀空压机用来产生提高车身高度所需的压缩空气，采用活塞连杆式 结构，由直流电机驱动。干燥器用于除去压缩空气中的水分。其内部 充有硅胶。当车身降低时,收集到的水分便被排入大气中。排气阀装 在干燥器的末端，当它收到来自悬架 ecu降低车高的信号时,便将 系统中的压缩空气排入大气中。2.2空气弹空气弹簧由充有低压氮气且阻尼特性可变的减振器、一个主气室 和一个副气室组成。为

11、了改变弹簧的弹性，在主气室与副气室之间装 有连通阀，并由驱动器通过控制杆驱动。当阀门打开时,主、副气室 连通，气室内的有效容积增大，弹簧的弹性系统降低。反之，当连通 阀关闭时，仅有主气室中的空气容积是有效的，由于有效压缩容积减 少，使得压力上升较快，从而使弹性系数增加。减振器阻尼系数的变 化是靠改变活塞阻尼孔的开度来实现的，阻尼孔的开度则由控制杆驱 动的转阀控制。车身高度的调节通过 no. 1和no. 2高度控制阀以及 用以保持或释放主气室内压缩空气的排气阀实现。2.3 可调减振器装有阻力可调式减震器的汽车的悬架一般用刚度可变的空气弹簧 作为弹性元件。其原理是，空气弹簧若气压升高，则减震器气室

12、内的 压力也升高，由于压力的改变而使油液的节流孔径发生改变，从而达 到改变阻尼刚度的目。可调减振器的结构及工作原理如图 3所示。活塞杆是中空结构, 其中装有控制杆。控制杆的上端与控制执行器连接，下端与回转阀连 接。回转阀上由三个阻尼孔，活塞杆上由两个通孔。悬架控制执行器 工作时，通过控制杆带动回转阀转动，使回转阀上的阻尼孔与活塞杆 上的通孔接通或切断，使可调减振器的阻尼孔面积改变，从而改变可 调减振器的阻尼力。图3可谓wm器转构及工作原理l控制阀2阳见孔*活塞样女网转国根据回转阀与活塞杆的相对位置不同，可调减振器的阻尼力可在软、中、硬三种状态之间变化。当回转阀上的 a、b、c三个阻尼孔全 部关

13、闭时，只有可调减振器活塞最下面的主阻尼孔参加工作，这是可 调减振器的阻尼力为“硬”状态；当回转阀从高阻尼位置顺时针转动 60。时，回转阀上的b阻尼孔打开，a c阻尼孔仍关闭，可调减振器 的阻尼力为“中”状态；当回转阀从高阻尼位置逆时针转动 60。回转 阀上的三个阻尼孔全部打开，可调减振器的阻尼力为“软”状态。减振器是汽车使用过程中的易损配件，减振器工作好坏，将直接 影响汽车行驶的平稳性和其它机件的寿命，因此我们应使减振器经常处于良好的工作状态。可用下列方法检验减振器的工作是否良好。(1)使汽车在道路条件较差的路面上行驶 10km后停车，用手摸减 振器外壳，如果不够热，说明减振器内部无阻力，减振

14、器不工作。此 时，可加入适当的润滑油，再进行试验，若外壳发热，则为减振器内 部缺油，应加足油；否则，说明减振器失效。(2)用力按下保险杠，然后松开，如果汽车有23次跳跃，则说 明减振器工作良好。(3)当汽车缓慢行驶而紧急制动时，若汽车振动比较剧烈，说明 减振器有问题。(4)拆下减振器将其直立，并把下端连接环夹于台钳上，用力拉 压减振杆数次，此时应有稳定的阻力，往上拉(复原)的阻力应大于向 下压时的阻力，如阻力不稳定或无阻力，可能是减振器内部缺油或阀 门零件损坏，应进行修复或更换零件。3 凌志ls400电控悬架故障自诊凌志ls400电控悬架系统的故障自诊功能包括传感器检测功能、 故章报警功能、故

15、障码显示功能三个内容。3.1 传感器检测功能ecu检测各种传感器的输出信号是否正常，是在点火开关接通的 情况下进行，并应短接发动机室内检测插座的 t s和e1端子。检测 过程中转向盘、制动踏板等的相应操作如表 2所示，传感器的检测结 果通过车身高度指示灯的“norm灯示出。检测过程中减振器的阻尼 力及弹簧弹性控制被暂时停止，阻尼系数和弹性都被固定于最大的位 置，而车身高度控制则正常进行。衣二枪仃足目与操/ra种?ie厂时由叵揉行立书机“用嗯r团与蕉火近同转后畤愕上三可丁匡正ab郭用/苴在大ba静鹏灯开关01tli心才同居个abqn年曲勖胞板）ba车门71美口 中车二七切bb节外门传出器不麻利门

16、祭标ab油门盼底ano 1车速传感事同（在口水 l314r4- 1 二u l iira奇度拄开年欣隹做皿打自学ad秋朴汕,位学d工lrc 丁 关铁十udiuihi,也工ah在uuj. juld i. tlba?上也口上心汗瓜匕心x之rab怔在匕阡验位ha法黑或e.t猊 产中的小年b衣示普楼利甘员e酊时*肉灯帆/a指示烦耳q上司亮 工3.2 故障报警功能当悬架控制系统出现故障时,ecu通过使“norm指示灯每秒闪一 次的方式向驾驶员报警。当故障出在ecu本身时，两高度指示灯都熄 灭。3.3 故障码显示功能将点火开关接通并短接检测插座或 td-cl座中的tc和e1端子, 车身高度“norm指示灯便

17、开始显示内存中所存贮的故障代码。 若内存中存有两种以上的故障代码，则故障代码按由小到大的顺序依次显 示。故障代码及其含义如表 4所列。如果内存中没存任何故障代码则指示灯按每秒两次的频率闪烁。代芦e舛泳料第心总在，：界国二卧m4之出11前白q有畤手舞包海匕挣1冷彳把君旭戈出笆.ecu42k端机电机k卡就如整压岁用电机蛾零 盘接修危压餐机甯ki nrtr-i hm十？h幽路s3anq的理乳通电 目（拧前jl*；i牡引用：31 伊欣时间越偏k超料室气费 x号固拄制麻员 3弓麻世况不安 抒建二问u篇ecu13tr占1高/总制切开制14匚左中蹙界蜿路”岸n际城架齐制小木养研杯 取戊物苧单单捏制黑事r 觉

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20、时间应约2 s ,从压缩机起动工作到完成高度调整时间应为2040 s ,汽车高度的变化量应为1030 mm否则进行调整；汽车处于“高”调整状态下，起动发动机并将高 度控制开关从“高”位置转换到“标准”位置，从操作高度控制开关到 开始排气时间应约2 s ,从开始排气到完成高度调整时间应为 2040 s ,汽车高度的变化量应为1030 mm，否则进行调整。4.1.2 汽车高度的调整汽车高度的调整必须在水平路面、高度控制开关处于“标准”位 置时进行，务必将汽车高度调整到标准值范围内。步骤如下：检查 高度控制传感器连接杆长度，自由状态下两只锁紧螺母之间的距离，前 为53. 5 mm，后为27. 5 m

21、m;松动高度控制传感器连接杆上的两只 锁紧螺母；转动高度控制传感器连杆的螺栓，以调节其长度，高度控 制传感器连接杆每转一圈，可使汽车高度变化约4 mm;检查高度传 感器连接杆的尺寸是否小于极限值（前、后均为13 mm）；拧紧锁紧螺母，再次检查?车高度，必要时再次调整。调整完毕按规定力矩(45 kg cm)拧紧锁紧螺母，并确保球节与托架平行。4.2 溢流阀的检查迫使压缩机工作，检查溢流阀白动作情况(该项检查过程中，悬架 ecu会记录一个故障码，因此，完成检查后应将故障码按程序清除)。(1) 将点火开关置于“ on，用导线将安装在行李箱中的高度控制连接器 1、7号端子短接，接通压缩机控制电路，迫使

22、其工作。(2)待压缩机工 作一段时间后，溢流阀处应有空气放出，否则应检修或更换溢流阀。4.3 漏气检查(1)起动发动机，将高度控制开关拨到“高”位置，使汽车的高 度上升。(2)使发动机停转。(3)在管子和软管的各接头处加肥皂水，检查是否有漏气现象。4.4 故障码的读取与清除将点火开关置于“ on位置，lrc开关拨到“ sport一侧时, “height照明灯、lrc指示灯点亮。高度控制开关拨到“标准”、“高” 位置时，安装在仪表板上的相应高度指示灯 “norm “hi”应点亮。当 高度控制“ norm指示灯以1 s间隔快速闪亮时，表明悬架ecu存储 器中存有故障码。4.4.1 故障码的读取将点

23、火开关置于“on，用sst将检查连接器中的端子tc、e1短 接,仪表板上的“norm指示灯将以闪烁的形式由小到大依次输出故障 码。当高度控制on/ off开关在off位置时，输出故障码“ 71”，不 视为故障；若触发悬架ecu后，“norm指示灯每隔0. 25 s同频率 闪烁，表明悬架ecu中无故障码储存。4.4.2 故障码的清除按照所输出故障码的提示将故障排除后，应清除悬架ecu中存储 的故障码，以免“norm旨示灯的闪烁引起驾驶员误解而影响安全驾驶。 故障码的清除方法有两种： 将点火开关置于“off位置，拔下1号 配电中心ecu- b保险丝10 s以上，即可清除故障码。将点火开关 置于“

24、off位置，短接高度控制连接器的端子9 （端子cle）和8 （端 子e）,同时短接检查连接器的端子ts与e1，保持此状态10 s以上, 即可清除故障码。5凌志ls400实例汽车悬架的故障诊断检修5.1 案例案例：凌志s400自动高度调整装置不动作生产厂：丰田汽车公司 生产年份：2007年 行驶里程：70000km 故障症状：车尾高度下降。这辆车的后部载荷加大之后，车尾高 度下降，下降之后不能恢复标准车高。故障检修：该车为防止后部载荷增大时车尾下降而专门设置了自 动高度调整装置，即向减振器供给一定量的空气，以保持车子的姿态 不发生变化。马上开始调查。首先，强制车高降下来，再升上去，测量车高传 感器的输出信号，也就是测量控制单元连接器的10号端子和12号端子，结果变化范围在2-4v之间，车高传感器没有问题。其次，在车尾 高度降下来之后，测量7号端子的电压，结果电压为12v。这个结果 表明，供给阀并没有加上去电压。三极管 tr4导通与截止就相当于一 个开关onw off一样，在7号端子上测量到的电压为12v,表明tr4 三极管处于截止状态，此时不可能有电流通过供给阀，所以供给阀不 能动作