汽车电器与电子控制技术总结---20160528(1)

1、汽车电器与电子控制技术课程内容回顾汽车电器与电子控制技术课程内容回顾2. 蓄电池蓄电池+发电机发电机 4. 点火系统点火系统 7. 汽车电器设备总线路汽车电器设备总线路 8. 发动机综合控制系统发动机综合控制系统 9. 汽车自动变速器汽车自动变速器 10. 汽车电动助力转向系统汽车电动助力转向系统(略略)11. 汽车行驶安全性控制系统汽车行驶安全性控制系统 12. 汽车舒适性控制系统汽车舒适性控制系统 蓄电池蓄电池汽油发动机汽油发动机:200600A （510s）柴油发动机柴油发动机:5001000A（510s）起动型铅酸蓄电池起动型铅酸蓄电池:内阻小、起动性能好、电压稳定。内阻小、起动性能好

2、、电压稳定。汽油车汽油车: 12= 2(单格电池单格电池) 6柴油车柴油车:24V=12V2铅酸蓄电池构造铅酸蓄电池构造:极板、隔板、电解液、外壳、极板、隔板、电解液、外壳、 联条、接线柱联条、接线柱发电机提供电压基本恒定的直流电源交流发电机交流电整流电路直流电电压调节器平均励磁电流交流电压直流电压 晶体管电压调节器晶体管电压调节器 集成电路电压调节器集成电路电压调节器 车载计算机直接控制励磁电流车载计算机直接控制励磁电流控制电压控制电压二极管二极管六管六管(八管八管)九管九管(十一管十一管)交流发电机的工作特性交流发电机的工作特性1.输出特性输出特性 图图 交流发电机的输出特性交流发电机的输

3、出特性1n空载转速空载转速满载转速满载转速2n2.空载特性空载特性交流发电机的空载特性交流发电机的空载特性（I=0）3.外特性外特性 交流发电机的外特性交流发电机的外特性（n=const）第第3章章 起动机起动机(串励串励) 起动开关闭合齿轮进入啮合起动起动开关断开齿轮退出啮合/起动机断电起动机的特性曲线起动机的特性曲线9550QQnMP 转矩特性转矩特性 机械特性机械特性4 点火系统点火系统电源电源:12-14V点火线圈点火线圈:15-20kV点火电压与点火能量点火电压与点火能量tLRBPe1RUInI IP PU2maxn低低触点开启速率触点开启速率触点火花触点火花能损能损U U2max2

4、maxn高高触点开启速率触点开启速率触点颤动触点颤动 实际闭合时间实际闭合时间 U U2max2max2pIL21E L、RIpE tb IpE 同时点火同时点火单独点火单独点火措施措施:硬件限流硬件限流/微机控制导通时间微机控制导通时间(tb)微机控制无分电器点火系统微机控制无分电器点火系统点火线圈产生的高压电，直接送到火花塞点火线圈产生的高压电，直接送到火花塞两种方式：两种方式：(1) 同时点火方式指两个气缸合用一个点火线圈，即一个点火线圈有两个高压输出端，分别与一个火花塞相连，负责对两个气缸进行点火。同时点火的两个气缸一缸在排气行程末期，另一缸在压缩行程末期。(2) 单独点火方式指每个气

5、缸的火花塞上配用一个点火线圈，单独对本缸进行点火。点火系统的分类点火系统的分类1.按照点火能量的储存方式分类按照点火能量的储存方式分类电感储能式电感储能式 电容储能式电容储能式2.按照点火信号发生原理分类按照点火信号发生原理分类电磁感应式电磁感应式电子点火系统（如一汽解放车系、丰田车系）。霍尔效应式霍尔效应式电子点火系统（如德国大众车系）。光电式电子光电式电子点火系统（如日本日产车系）。3.按初级电路的控制方式分类按初级电路的控制方式分类传统点火系统。传统点火系统。 电子点火系统。电子点火系统。 电控电子点火系统。电控电子点火系统。4.按照高压电的配电方式分类按照高压电的配电方式分类机械配电式

6、点火系统机械配电式点火系统（有分电器点火系统）。计算机配电式点火系统计算机配电式点火系统（无分电器点火系统）。点火提前角控制方式开环控制：开环控制：ECU据发动机工况查ROM（基本点火提前角) 修正最佳点火提前角 实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角 +修正点火提前角闭环控制闭环控制: ECU据是否发生爆燃、怠速是否稳定修正点火提前角 使处于爆燃边缘/怠速稳定大负荷、中低转速(400,要加热要加热氧化钛氧化钛:300:300900900使用使用, ,须作温度补偿须作温度补偿, ,价廉价廉, ,耐用耐用2）三元催化转换器的监控）三元催化转换器的监控 双氧传感器的安装示意图双氧传感器的安

7、装示意图 前氧传感器的作用是检测发动机不同工况的空燃比，同时前氧传感器的作用是检测发动机不同工况的空燃比，同时电脑根据该信号调整喷油量和计算点火时间；后氧传感器的作电脑根据该信号调整喷油量和计算点火时间；后氧传感器的作用是检测三元催化转换器的工作好坏，即催化转化器尾气转化用是检测三元催化转换器的工作好坏，即催化转化器尾气转化率的高低。通过与前氧传感器的数据作比较来监控三元催化转率的高低。通过与前氧传感器的数据作比较来监控三元催化转换器的工作是否良好。换器的工作是否良好。 （a）三元催化转换器工作良好）三元催化转换器工作良好 （b）三元催化转换器工作不良）三元催化转换器工作不良 图图 后氧传感器

8、与前氧传感器输出信号的比较后氧传感器与前氧传感器输出信号的比较空燃比反馈控制过程空燃比反馈控制过程如下工况开环控制如下工况开环控制8.4.2 废气再循环（废气再循环（Exhaust Gas Recirculation，EGR）EGR率率燃烧速度燃烧速度，燃烧不稳定，失火率，燃烧不稳定，失火率，HC；EGR率率，NOx排放达不到法规要求排放达不到法规要求，易爆震，发动机过热，易爆震，发动机过热EGR率率NOx, HC,油耗油耗。试验结果说明：试验结果说明：EGR率率20%:燃烧不稳定，工作粗暴， HC排放物将增加10%。EGR率较合适范围率较合适范围:10%20%内。随着负荷增加EGR率允许值也

9、增加（阴影部分）。怠速和低负荷时怠速和低负荷时:NOx，为稳定燃烧，不EGR冷机时不冷机时不EGR发动机温度低时，NOx大负荷、高速时大负荷、高速时:混合气较浓，NOx排放 可不进行EGR或减少EGR率。 废气再循环量对NOx排放和油耗的影响还受到空燃比、点火提前角等因素的影响。因此在EGR率进行控制时，同时对点火等进行综合控制，就能得到较好的发动机性能。燃油挥发的控制燃油挥发的控制为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活

10、性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。 驱动方式驱动方式: 前轮驱动、后轮驱动前轮驱动、后轮驱动变矩器类型：变矩器类型：普通液力、综合液力、带闭锁离合器普通液力、综合液力、带闭锁离合器齿轮传动机构：齿轮传动机构：普通齿轮式、行星齿轮式普通齿轮式、行

11、星齿轮式控制方式：控制方式：全液压、电子控制全液压、电子控制工作原理：工作原理：AT、 AMT 、CVT9. 自动变速器自动变速器液控液控AT=液力变矩器液力变矩器+齿轮变速系统齿轮变速系统+液控系统液控系统电液控电液控AT=液力变矩器液力变矩器+齿轮变速系统齿轮变速系统+电控液压系统电控液压系统电控式自动变速器与液控式自动变速器的比较电控式自动变速器与液控式自动变速器的比较 自动换挡控制系统构成图自动换挡控制系统构成图1) 系统能源系统能源2) 控制参数信号发生器控制参数信号发生器3) 换挡控制器换挡控制器 4) 换挡执行机构换挡执行机构5) 换挡品质控制机构换挡品质控制机构9.2 自动变速

12、器自动变速器行星齿轮系统行星齿轮系统1）辛普森式行星齿轮机构：）辛普森式行星齿轮机构：RRCCS-S2）拉威那（）拉威那（Ravigneaux）式行星齿轮结构式行星齿轮结构 1输入轴；输入轴；2大太阳轮；大太阳轮；3小太阳轮；小太阳轮；4齿圈；齿圈；5输出轴；输出轴；6短行星齿轮；短行星齿轮；7长行星齿轮；长行星齿轮；C1前进离合器；前进离合器；C2倒挡离合器；倒挡离合器；C3前进强制离合器；前进强制离合器；C4高速挡离合器；高速挡离合器；B12挡、挡、4挡离合器；挡离合器；B2低挡、倒挡离合器；低挡、倒挡离合器；F1低挡单向离合器；低挡单向离合器；F2前进单向离合器前进单向离合器拉威那式行星

13、齿轮结构拉威那式行星齿轮结构2.电控自动变速器的换挡方法电控自动变速器的换挡方法1）换挡规律）换挡规律 自动变速器是根据汽车的行驶参数来控制换挡动作的，自动变速器是根据汽车的行驶参数来控制换挡动作的，这些参数主要有车速、发动机节气门开度、发动机转速、液这些参数主要有车速、发动机节气门开度、发动机转速、液力变矩器涡轮转速和汽车加速度等，目前应用最多的是车速力变矩器涡轮转速和汽车加速度等，目前应用最多的是车速和发动机节气门开度这两个参数信号。和发动机节气门开度这两个参数信号。自动换挡点随控自动换挡点随控制参数的变化而制参数的变化而变化的规律，称变化的规律，称为换挡规律，如为换挡规律，如图图3-47

14、所示（实所示（实线为升挡曲线，线为升挡曲线，虚线为降挡曲虚线为降挡曲线）。按照参与线）。按照参与换挡控制的参数换挡控制的参数划分，目前主要划分，目前主要有单参数和双参有单参数和双参数两种类型。数两种类型。换挡规律换挡规律双参数双参数（1）保证换挡控制的相对稳定）保证换挡控制的相对稳定性。性。（2）有利于减少循环换挡，避）有利于减少循环换挡，避免对汽车行驶性能的不利影响。免对汽车行驶性能的不利影响。（3）驾驶员可以干预换挡。）驾驶员可以干预换挡。（4）通过改变换挡延迟可以改）通过改变换挡延迟可以改变换挡点，以适应动力性、经变换挡点，以适应动力性、经济性等方面的不同需要。济性等方面的不同需要。 在

15、换挡规律中，自动变速的降挡点（图中的虚线）比升挡点（图中的实线）晚，称为换挡延迟（也称降挡速差），其主要作用如下。 3挡自动变速器的换档规律曲线挡自动变速器的换档规律曲线 11 汽车行驶安全性控制系统汽车行驶安全性控制系统 11.1 汽车防滑控制汽车防滑控制(ABS、ASR)11.4 安全气囊和安全带安全气囊和安全带ABS：在汽车制动过程中，不论道路情况如何，始终将在汽车制动过程中，不论道路情况如何，始终将车轮滑移率控制在车轮滑移率控制在20左右，从而保证车辆能获左右，从而保证车辆能获得最佳的制动性能和转向操纵性能。使处于最佳得最佳的制动性能和转向操纵性能。使处于最佳制动状态制动状态最佳制动效

16、果：最佳制动效果：1)保持汽车制动时的方向稳定性。2)保持汽车制动时的转向能力。3)缩短制动距离。4)减少制动时轮胎的磨损。1)保持汽车制动时的方向稳定性。保持汽车制动时的方向稳定性。2)保持汽车制动时的转向能力。保持汽车制动时的转向能力。3)缩短制动距离。缩短制动距离。4)减少制动时轮胎的磨损。减少制动时轮胎的磨损。电磁阀控制油压的过程电磁阀控制油压的过程(Pressure modulation in ABS hydraulic modulator)返回控制过程返回控制过程c Pressure reductiona Pressure build-upb Pressure maintenanc

17、eIV-Inlet valveOV-Outlet valvePE-Return pumpM-Pump motorAC-Low-pressure reservoirVFront HRearRRight LLeft汽车汽车ABS的分类的分类(1)按系统构造分类 分离式、整体式(也称ATE式)(2) 按系统控制方案分类：轴控: SL、SH: 轮控(3）按控制通道与传感器数量分类四通道控制方式三通道控制方式双通道控制方式ABS控制过程控制过程目标目标:思路思路: 跟踪路况，跟踪路况，轮缸油压轮缸油压p 制动力矩制动力矩%3010 vvVVV调整方法调整方法目标目标:思路思路: 根据根据及及，轮缸油压轮

18、缸油压p 制动力矩制动力矩Tb%3010 vvVVVABS控制过程控制过程mgFvmTmgrTrFJbvbbb识别识别值等级值等级:大？一般？小？大？一般？小？refwrefrefrefvvvjtvv0算法：门限逻辑控制算法算法：门限逻辑控制算法车轮加速度门限值：车轮加速度门限值：-a、+a、+A 滑移率滑移率 门限值：门限值： 1、2用以识别高用以识别高、中、中，低，低路面路面及及由高由高低突变或低突变或由低由低高突变高突变图图11-27高附着系数路面的制动控制（含低高附着系数路面的制动控制（含低高突变高突变）VF汽车实汽车实际际速度速度Vref汽车参考速度汽车参考速度VR车轮速度车轮速度0

19、 , 0svrefrefwrefRrefrefvvvtavv01SS refwvSSv111 识别：识别：达不到达不到+a小小达到达到+A 大大+a+A间间 中中11.1. 3 汽车驱动防滑控制系统汽车驱动防滑控制系统(ASR)滑转率滑转率 一般在车速很低（小于一般在车速很低（小于8 kmh）时）时ABS不起作用，而不起作用，而TRC一般在车速很高一般在车速很高（大于（大于80 kmh）时不起作用。）时不起作用。1）发动机输出转矩控制）发动机输出转矩控制 (控制控制T) 节气门开度调节节气门开度调节- 副节气门副节气门/直接安装电子节气门直接安装电子节气门 减少或切断喷油量减少或切断喷油量 减

20、小点火提前角。减小点火提前角。ASR(TRC)系统的控制方式系统的控制方式2）对驱动轮进行制动控制）对驱动轮进行制动控制 (控制控制T) 通过对单边滑转的驱动车轮施加适当的制动力，使两侧驱动轮通过对单边滑转的驱动车轮施加适当的制动力，使两侧驱动轮同步转动并限制其滑转率。同步转动并限制其滑转率。3）差速器锁止控制）差速器锁止控制 (控制控制)对差速器进行锁止时，可以使左右驱动轮的输入转矩不同，差对差速器进行锁止时，可以使左右驱动轮的输入转矩不同，差速器锁止控制就是基于这一原理，根据路面情况和锁止比把滑速器锁止控制就是基于这一原理，根据路面情况和锁止比把滑移率控制在某一范围内。移率控制在某一范围内

21、。4）电子控制差速器锁）电子控制差速器锁(EDS) (控制控制)汽车悬架的分类汽车悬架的分类1.按照结构形式分：按照结构形式分：非独立悬架、独立悬架2.按照控制方式分按照控制方式分传统被动悬架传统被动悬架(Passive Suspension)半主动悬架半主动悬架(semi-active suspension)主动悬架主动悬架(Active Suspension)有级半主动式有级半主动式(阻尼有级可调)无级半主动式无级半主动式(阻尼连续可调)全主动式全主动式(频带宽15Hz)慢全主动式慢全主动式(频带宽36Hz)电磁阀驱动的油气主动式悬架电磁阀驱动的油气主动式悬架步进电动机驱动的空气主动式悬架

22、步进电动机驱动的空气主动式悬架行驶性能、操纵性能及乘坐的舒适性行驶性能、操纵性能及乘坐的舒适性传统被动悬架传统被动悬架(Passive Suspension)传统被动悬架传统被动悬架(Passive Suspension)良好的行驶性能和良好的操良好的行驶性能和良好的操纵性能在使用定刚度弹簧和纵性能在使用定刚度弹簧和定阻尼减振器的传统悬架系定阻尼减振器的传统悬架系统中不能同时满足。统中不能同时满足。平顺性平顺性刚度刚度车身位移车身位移 操纵稳定性操纵稳定性操纵稳定性操纵稳定性刚度刚度阻尼阻尼 限制车身侧倾，点头限制车身侧倾，点头平顺性平顺性 为兼顾平顺性为兼顾平顺性+操纵稳定性操纵稳定性要求要

23、求刚刚度阻尼随路况和车速变化度阻尼随路况和车速变化 但被动悬架无法实现但被动悬架无法实现半主动悬架半主动悬架(semi-active suspension)刚度刚度/阻尼可自适应调节阻尼可自适应调节半主动悬架半主动悬架(阻尼有级阻尼有级)(semi-active suspension)半主动悬架半主动悬架(semi-active suspension)Magnetorheological Fluid Electrorheological/ER Fluid半主动悬架半主动悬架(刚度有级刚度有级)(semi-active suspension)弹簧刚度控制弹簧刚度控制: 具有副气室的空气弹簧具有副

24、气室的空气弹簧,由刚度控制阀改变主、由刚度控制阀改变主、副气室的通道面积，得到（软）、（中）、（硬）不同副气室的通道面积，得到（软）、（中）、（硬）不同的刚度，其控制与由车速控制的有级可调阻尼半主动悬的刚度，其控制与由车速控制的有级可调阻尼半主动悬架有类似之处。架有类似之处。 半主动悬架半主动悬架(阻尼无级阻尼无级)(semi-active suspension) 无级半主动式悬架可以根据路面的行驶状态和车身的响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，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

25、个范围内。但在转向、使车身上的振动响应始终被控制在某个范围内。但在转向、起步、制动等工况时不能对阻尼力实施有效的控制。起步、制动等工况时不能对阻尼力实施有效的控制。主动悬架主动悬架(Active Suspension)电磁阀驱动的油气主动式悬架电磁阀驱动的油气主动式悬架步进电动机驱动的空气主动式悬架步进电动机驱动的空气主动式悬架液压缸、气缸、伺服液压缸、气缸、伺服电动机、电磁铁电动机、电磁铁 1)平顺性平顺性舒适性舒适性2) 轮胎路面间接触轮胎路面间接触3) 操纵稳定性操纵稳定性4) 改进汽车的安全性改进汽车的安全性5) 解决操纵稳定性与平顺解决操纵稳定性与平顺 舒适性之间的矛盾舒适性之间的矛

26、盾主动式悬架可根据汽车载荷、路面状主动式悬架可根据汽车载荷、路面状况、行驶速度、起步、制动、转向等况、行驶速度、起步、制动、转向等状况的变化，自动调整悬架的刚度、状况的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼力及车身高度。阻尼力及车身高度。12.1.2 汽车悬架振动的基本模型汽车悬架振动的基本模型评价平顺性的三个参数评价平顺性的三个参数:车身振动加速度均方根值车身振动加速度均方根值 、悬架、悬架弹簧的动挠度、车轮与地面间的相对动载荷弹簧的动挠度、车轮与地面间的相对动载荷2z 12.1.2 汽车悬架振动的基本模型汽车悬架振动的基本模型12.1.2 汽车悬架振动的基本模型汽车悬架振动的基本模型车身加速度、悬

27、架动挠度、相对动载荷对车身加速度、悬架动挠度、相对动载荷对道路不平度变化率之比道路不平度变化率之比gmmGzzKFzzfdd211211212.1.2 汽车悬架振动的基本模型汽车悬架振动的基本模型教材教材p342 传递特性、幅频特性传递特性、幅频特性可见反馈系数选择合适，才有满意的控可见反馈系数选择合适，才有满意的控制效果。制效果。12.1.3 电控悬架系统的结构与原理 12.1.3 电控悬架系统的结构与原理 1. 传感器传感器12.1.3 电控悬架系统的结构与原理 1. 传感器传感器12.1.3 电控悬架系统的结构与原理 1. 传感器传感器12.1.3 电控悬架系统的结构与原理 1. 传感器

28、传感器12.1.3 电控悬架系统的结构与原理 1. 传感器传感器12.1.3 电控悬架系统的结构与原理 悬架系统控制器的功能悬架系统控制器的功能(1)传感器信号放大传感器信号放大用接口电路将输入信号(如传感器信号、开关信号)中的干扰信号除去，然后放大、变换极性、比较极值，变换为适合输入控制装置的信号。(2)输入信号的计算输入信号的计算电子控制装置根据预先写入只读存储器ROM中的程序对各输入信号进行计算，并将计算结果与内存的数据进行比较后，向执行机构(电动机、电磁阀、继电器等)发出控制信号。(3)驱动执行机构驱动执行机构控制装置用输出驱动电路将输出驱动信号放大，然后输送到各执行机构，以实现对汽车

29、悬架参数的控制。(4)故障检测故障检测电子控制装置用故障检测电路来检测传感器、执行器、线路等的故障。表12-1控制器自诊显示3.阻尼可调减振器阻尼可调减振器阻尼力控制项目阻尼力控制项目1.自适应控制自适应控制2.最优控制最优控制3.模糊控制模糊控制(1)车速路面感应控制这种控制方式主要是随着车速和路面的变化改变悬架的刚车速路面感应控制这种控制方式主要是随着车速和路面的变化改变悬架的刚度和阻尼，使之处于度和阻尼，使之处于“软软”或或“硬硬”状态。状态。 表表12-3车身路面感应控制逻辑车身路面感应控制逻辑四、电控悬架系统的控制方法四、电控悬架系统的控制方法功能功能工况工况悬架的刚度和阻尼悬架的刚

30、度和阻尼软模式软模式硬模式硬模式低中高低中高低中高低中高高速感应高速感应车速车速110km/h前后车轮关联感前后车轮关联感应应30km/h车速车速80km/h，车高在车高在003s内突然变化内突然变化坏路面感应坏路面感应40km/h车速车速100km/h，车高在车高在05s内大幅度变内大幅度变化化车速车速100km/h，车高在，车高在05s内多次大幅度变化内多次大幅度变化1)高速感应控制当车速超过110km/h时，控制装置根据车速传感器的信号，经过分析计算后发出控制信号，以改变悬架参数。2)前后车轮关联感应控制车轮遇到单个障碍时，相应降低悬架的刚度和阻尼，可以降低车身受到的冲击和振动。3)坏路

31、面感应控制当汽车突然进入坏路面行驶时，为了抑制突然产生的车身纵向角振动，应该加大悬架刚度和阻尼。(2)车身姿势控制在车速和转向急剧变化时，会造成车身姿势的急剧变化，既破坏了汽车的乘坐舒适性，又容易使汽车失去稳定性。表12-4车身姿势控制逻辑功能功能工况工况悬架的刚度和阻尼悬架的刚度和阻尼软模式软模式硬模式硬模式低中高低中高低中高低中高抑制侧倾抑制侧倾急转向急转向抑制点头抑制点头车速车速60km/h制动制动抑制俯仰抑制俯仰车速车速20km/h急加速急加速 车身姿势控制逻辑车身姿势控制逻辑1)抑制转向时的车身侧倾抑制转向时的车身侧倾在急速转向的情况下，应加大悬架的刚度和阻尼，以减小车身的侧倾。2)

32、抑制制动时车身点头抑制制动时车身点头在紧急制动时，应该增加悬架的刚度和阻尼，以减小车身的点头现象。3)抑制起步时车身俯仰抑制起步时车身俯仰猛然起步或在低速情况下猛然加速时，应该增加悬架的刚度和阻尼，以减小车身的俯仰现象。(3)车身高度控制车身高度控制分为正常车身高度控制分为正常(NORMAL)和高和高(HIGH)两种控制模式，两种控制模式，按车身的高度从低到高的顺序，每种控制中又分为低、中、高三种按车身的高度从低到高的顺序，每种控制中又分为低、中、高三种状态。状态。表表12-5车身高度控制逻辑车身高度控制逻辑功能功能工况工况悬架的刚度和阻尼悬架的刚度和阻尼正常模式正常模式高模式高模式低中高低中

33、高低中高低中高高速感应高速感应车速车速90km/h 连续坏路连续坏路面行驶面行驶车速车速4090km/h,车高车高持续持续25s以上大幅度以上大幅度变化变化 车速车速90km/h,车高持车高持续续25s以上大幅度变以上大幅度变化化 1)高速感应控制高速感应控制当车速超过90km/h时，为了提高汽车行驶稳定性，应该降低车身的高度。2)连续坏路面行驶控制连续坏路面行驶控制汽车进入长距离的坏路面行驶后，应该提高车身高度，避免悬架被击穿(弹簧被压死，车身直接承受来自车轮的冲击)。五、车身高度调节系统五、车身高度调节系统(1)自动水平调节自动水平调节就是无论汽车乘员人数或装载质量如何增减，车身高度自动维

34、持在一恒定值，并使车身尽可能地保持水平。第一节汽车电控悬架系统(2)汽车高速行驶和通过不平路面时的高度调节当汽车高速行驶时，降低车身高度将有助于减小空气阻力，不仅改善了汽车的动力性和经济性，而且抑制了使车身浮起的气体抬升力，增加汽车直线行驶的操纵稳定性。(3)汽车停车时的水平调节图12-23车高调节系统分类第一节汽车电控悬架系统图12-24光电式高度传感器的结构1遮光器2圆盘3，6传感器盖4信号线5金属油封环7传感器轴第一节汽车电控悬架系统图12-25光电式高度传感器的工作原理1遮光器2传感器轴3导杆4圆盘5发光组件6光敏组件第一节汽车电控悬架系统图12-26高度传感器的安装a)高车身b)低车

35、身表12-6遮光器状态与车高的对照5.2 汽车电控悬架汽车电控悬架 传统的汽车悬架主要由弹簧、减振器、稳定杆和弹性轮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取决于弹簧的变形，结构简单、实用。但因其弹高度的变化取决于弹簧的变形，结构简单、实用。但因其弹性和阻尼不能随外部工况变化，驾驶及乘坐舒适性较差。性和阻尼不能随外部工况变化，驾驶及乘坐舒适性较差。 传统的汽车悬架（麦弗逊式前悬架）传统的汽车悬架（麦弗逊式前悬架） 电子控制悬架系统的优电子控制悬架系统的优点是能使悬架随着不同

36、的路点是能使悬架随着不同的路况和行驶状态做出相应的调况和行驶状态做出相应的调整，既可以使汽车的乘坐舒整，既可以使汽车的乘坐舒适性达到令人满意的水平，适性达到令人满意的水平，又能使汽车的稳定性要求得又能使汽车的稳定性要求得到满足。到满足。5.2.1 电控悬架系统的组成和控制形式电控悬架系统的组成和控制形式 电子控制汽车悬架系统主要由（车高、转向角、加速度、电子控制汽车悬架系统主要由（车高、转向角、加速度、路况预测）传感器、路况预测）传感器、ECU、悬架控制执行器等组成。、悬架控制执行器等组成。1.空气式可调悬架空气式可调悬架 空气式可调悬架是指利用空气压缩机形成压缩空气，并空气式可调悬架是指利用

37、空气压缩机形成压缩空气，并通过压缩空气来调节汽车底盘的离地间隙一种悬架。通过压缩空气来调节汽车底盘的离地间隙一种悬架。 一般装备空气式可调悬架的车型在前轮和后轮的附近都一般装备空气式可调悬架的车型在前轮和后轮的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，行车设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，行车电脑判断出车身高度的变化，再控制空气压缩机和排气阀门，电脑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。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空气式可调悬架中的空气弹簧的软硬能根据

38、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，行车电脑则会稳定性，而长时间在低速不平的路面行驶时，行车电脑则会使悬架变软来提高车辆的舒适性。使悬架变软来提高车辆的舒适性。保时捷帕那梅拉（保时捷帕那梅拉（Porsche Panamera）空气式可调悬架）空气式可调悬架 2.液压式可调悬架液压式可调悬架 液压式可调悬架是指根据车速和路况，通过增减液压油液压式可调悬架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的离地间隙来实现车身高度升降变化的的方式调整汽车底盘的离地间隙来实现车身高度

39、升降变化的一种悬架。一种悬架。 雪铁龙雪铁龙C5液压式可调悬架结构示意图液压式可调悬架结构示意图1-纵向横梁；纵向横梁；2-球体；球体；3-上三角叉臂；上三角叉臂；4-支杆；支杆；5-长纵臂长纵臂内置式电子液压集成模块是液内置式电子液压集成模块是液压式可调悬架的核心，可根据压式可调悬架的核心，可根据车速、减振器伸缩频率和伸缩车速、减振器伸缩频率和伸缩程度的数据信息，在汽车重心程度的数据信息，在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些高度和倾斜状态

40、等信号，这些信号被传送给行车电脑，行车信号被传送给行车电脑，行车电脑再根据输入信号和预先设电脑再根据输入信号和预先设定的程序操纵前后四个执行油定的程序操纵前后四个执行油缸工作。缸工作。 通过增减液压油的方式实现车身高度的升或降，也就是通过增减液压油的方式实现车身高度的升或降，也就是根据车速和路况自动调整离地间隙，从而提高汽车的平顺性根据车速和路况自动调整离地间隙，从而提高汽车的平顺性和操纵稳定性。和操纵稳定性。 采用液压式可调悬架的代表车型有雪铁龙采用液压式可调悬架的代表车型有雪铁龙C5、雪铁龙、雪铁龙C6、宝马、宝马7系轿车等。系轿车等。 雪铁龙雪铁龙C5液压式可调悬架在车上的布置液压式可调

41、悬架在车上的布置3.电磁式可调悬架电磁式可调悬架 电磁式可调悬架是利用电磁反应来实现汽车底盘的高度电磁式可调悬架是利用电磁反应来实现汽车底盘的高度升降变化的的一种悬架。升降变化的的一种悬架。 它可以针对路面情它可以针对路面情况，在况，在1ms时间内作出时间内作出反应，抑制振动，保持反应，抑制振动，保持车身稳定，特别是在车车身稳定，特别是在车速很高又突遇障碍时更速很高又突遇障碍时更能显出它的优势。电磁能显出它的优势。电磁式可调悬架的反应速度式可调悬架的反应速度比传统的悬架快比传统的悬架快5倍，即倍，即使是在最颠簸的路面，使是在最颠簸的路面，也能保证车辆平稳行驶。也能保证车辆平稳行驶。 电磁悬架系

42、统是由行车电脑、车轮位移传感器、电磁液电磁悬架系统是由行车电脑、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，传感器与行车电脑相连，行车电脑又与电车轮位移传感器，传感器与行车电脑相连，行车电脑又与电磁液压杆和直筒减振器相连。磁液压杆和直筒减振器相连。 凯迪拉克凯迪拉克SLS赛威的电磁悬架赛威的电磁悬架 5.2.2 电控悬架系统的功能电控悬架系统的功能1.车身高度调整车身高度调整 当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行

43、驶时，可以降低车身，以减少便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，以减少空气阻力，提高操纵稳定性。空气阻力，提高操纵稳定性。2.阻尼力控制阻尼力控制 用来提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急用来提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动情况下，可以抑制车身姿态的变化。制动情况下，可以抑制车身姿态的变化。3.弹簧刚度控制弹簧刚度控制 动态改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适的要求。采动态改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适的要求。采用主动式悬架后，汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控用主动式悬架后，汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶和转弯的稳定

44、性提高，制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶和转弯的稳定性提高，车身侧倾减小。制动时车身前俯小，起动和急加速可减少后车身侧倾减小。制动时车身前俯小，起动和急加速可减少后仰。即使在坏路面，车身的跳动也较小，轮胎对地面的附着仰。即使在坏路面，车身的跳动也较小，轮胎对地面的附着力提高。力提高。5.3 丰田丰田LS400轿车电控空气悬架系统轿车电控空气悬架系统5.3.1丰田车系电控空气悬架丰田车系电控空气悬架丰田轿车的空气悬架系统在车上的总体布置丰田轿车的空气悬架系统在车上的总体布置5.3.2 丰田丰田LS400轿车电控空气悬架系统的组成和基本原理轿车电控空气悬架系统的组成和基本原理 电控空气悬架系统根

45、据行车条件自动调整车辆高度，通过控制阻尼电控空气悬架系统根据行车条件自动调整车辆高度，通过控制阻尼力的强弱来消除车辆行驶中的不平衡，可以使车辆在颠簸路面上保持平力的强弱来消除车辆行驶中的不平衡，可以使车辆在颠簸路面上保持平稳姿态，并自动调整车辆在紧急制动时的前倾和急加速时的后仰，以保稳姿态，并自动调整车辆在紧急制动时的前倾和急加速时的后仰，以保证乘坐的舒适性。证乘坐的舒适性。1.压缩空气系统的组成压缩空气系统的组成丰田丰田LS400轿车空气悬架压缩空气系统示意图轿车空气悬架压缩空气系统示意图 2.电子控制系统的组成电子控制系统的组成丰田丰田LS400轿车空气悬架电子控制系统轿车空气悬架电子控制

46、系统 3.电控空气悬架系统的基本原理电控空气悬架系统的基本原理车高调整。车高调整。 空气悬架空气悬架ECU利用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空利用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送入弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。气送入弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。 车高的控制：分标准、升高和只升高后轮三种工作状态。车高的控制：分标准、升高和只升高后轮三种工作状态。阻尼力控制。阻尼力控制。 在减振器上设有电动机，电动机受在减振器上设有电动机，电动机受ECU的信号控制。利的信号控制。利用电动机可以改变通油孔的大小，从而改变了阻尼力的大小。用电动机可以改变通油孔的大小，从而改变

47、了阻尼力的大小。减振器的阻尼力控制分低、中、高三挡。减振器的阻尼力控制分低、中、高三挡。弹性系数的控制（弹簧刚度控制）。弹性系数的控制（弹簧刚度控制）。 在悬架空气弹簧上设有电动机，利用电动机可以改变通在悬架空气弹簧上设有电动机，利用电动机可以改变通气孔的大小，从而改变了弹性系数的大小。空气弹簧的弹性气孔的大小，从而改变了弹性系数的大小。空气弹簧的弹性系数分软、硬两挡。系数分软、硬两挡。5.3.3 丰田丰田LS400电控悬架压缩空气系统的组成部件电控悬架压缩空气系统的组成部件1.空气压缩机空气压缩机作用。作用。组成。组成。工作原理。工作原理。 2.空气干燥器空气干燥器作用。作用。结构。结构。工

48、作原理。工作原理。 3.排气电磁阀排气电磁阀作用。作用。工作原理。工作原理。 4.高度控制电磁阀高度控制电磁阀作用。作用。组成及结构。组成及结构。 高度控制电磁阀内部结构图高度控制电磁阀内部结构图 5.空气管空气管空气管结构及在车上的分布空气管结构及在车上的分布 6.气动减振器气动减振器 空气悬架系统有四个气动减振器，每个气动减振器都包空气悬架系统有四个气动减振器，每个气动减振器都包括一个可变阻尼力的减振器和可变弹性系数的空气弹簧，气括一个可变阻尼力的减振器和可变弹性系数的空气弹簧，气动减振器的总体结构如图动减振器的总体结构如图5-12所示。所示。图图5-12 气动减振器的总体结构气动减振器的

49、总体结构1）空气弹簧）空气弹簧空气弹簧的安装位置。空气弹簧的安装位置。空气弹簧安装于气动减振空气弹簧安装于气动减振器的上端，与可变阻尼力器的上端，与可变阻尼力的减振器一起构成悬架支的减振器一起构成悬架支柱，上端与车架相连，下柱，上端与车架相连，下端安装在悬架摆臂上。空端安装在悬架摆臂上。空气悬架的空气弹簧由空气气悬架的空气弹簧由空气室和空气阀两部分组成，室和空气阀两部分组成，空气室分为主气室和副气空气室分为主气室和副气室。室。空气弹簧的变刚度原理。空气弹簧的变刚度原理。悬架空气弹簧刚度的改变是根据压缩空气通过空气阀由主气悬架空气弹簧刚度的改变是根据压缩空气通过空气阀由主气室进入副气室空气量的改

50、变来调节的，空气弹簧的弹性系数室进入副气室空气量的改变来调节的，空气弹簧的弹性系数（刚度）可分为两个阶段来调节。（刚度）可分为两个阶段来调节。 当空气阀转到如图当空气阀转到如图5-13所示的位置时，主、副气室的气所示的位置时，主、副气室的气体通道被打开，主气室的气体经空气阀的中间孔与副气室的体通道被打开，主气室的气体经空气阀的中间孔与副气室的气体相通，相当于空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚气体相通，相当于空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚度为度为“软软”。图图5-13 空气弹簧的刚度为空气弹簧的刚度为“软软” 当空气阀转到如图当空气阀转到如图5-14所示的位置时，主、副气室的气所示的位置

51、时，主、副气室的气体通道被关闭，主、副气室之间的气体不能相互流动，此时体通道被关闭，主、副气室之间的气体不能相互流动，此时的空气弹簧只有主气室的气体参加工作，空气弹簧的刚度为的空气弹簧只有主气室的气体参加工作，空气弹簧的刚度为“硬硬”。 主气室是可变容积的，在它的下部有一个可伸展的隔膜，主气室是可变容积的，在它的下部有一个可伸展的隔膜，压缩空气进入主气室可升高悬架高度，反之使悬架下降。车压缩空气进入主气室可升高悬架高度，反之使悬架下降。车辆高度则是由辆高度则是由l号和号和2号高度控制阀及排气阀通过增减主气室号高度控制阀及排气阀通过增减主气室内的压缩空气量来调节。内的压缩空气量来调节。图图5-1

52、4 空气弹簧的刚度为空气弹簧的刚度为“硬硬” 空气弹簧对车身高度的控制原理。空气弹簧对车身高度的控制原理。 空气弹簧还可以控制车身高度。当需要升高车身时，由空气压缩机空气弹簧还可以控制车身高度。当需要升高车身时，由空气压缩机来的空气经高度控制电磁阀向空气弹簧的主气室充气，使空气弹簧伸张，来的空气经高度控制电磁阀向空气弹簧的主气室充气，使空气弹簧伸张，从而使车身高度增加；当需要降低车身高度时，空气弹簧主气室的空气从而使车身高度增加；当需要降低车身高度时，空气弹簧主气室的空气经排气电磁阀排出到大气，使空气弹簧收缩，降低车身高度，如图经排气电磁阀排出到大气，使空气弹簧收缩，降低车身高度，如图5-15

53、所示。所示。 （a）车身低）车身低 （b）车身高）车身高 图图5-15 车身高度控制车身高度控制2）变阻尼减振器）变阻尼减振器变阻尼减振器的安装位置。变阻尼减振器安装于空气弹簧变阻尼减振器的安装位置。变阻尼减振器安装于空气弹簧的下端，与空气弹簧一起构成悬架支柱，上端与车架相连，的下端，与空气弹簧一起构成悬架支柱，上端与车架相连，下端安装在悬架摆臂上。下端安装在悬架摆臂上。变阻尼减振器的结构。变阻尼减振器主要由缸筒、活塞及变阻尼减振器的结构。变阻尼减振器主要由缸筒、活塞及阻尼调节杆、回转阀等构成，其结构如图阻尼调节杆、回转阀等构成，其结构如图5-16所示。所示。图图5-16 变阻尼减振器的结构变

54、阻尼减振器的结构变阻尼减振器的工作原理。执行器通过调节杆带动回转阀变阻尼减振器的工作原理。执行器通过调节杆带动回转阀相对于活塞杆转动，使得回转阀与活塞杆上的阻尼孔连通或相对于活塞杆转动，使得回转阀与活塞杆上的阻尼孔连通或切断，于是增加或减少了油液的流通面积，使油液的流动阻切断，于是增加或减少了油液的流通面积，使油液的流动阻力改变，从而改变悬架阻尼的大小，达到调节减振器阻尼力力改变，从而改变悬架阻尼的大小，达到调节减振器阻尼力的目的。的目的。图图5-16 变阻尼减振器的结构变阻尼减振器的结构 当回转阀上的当回转阀上的A、B、C 三个截面的阻尼孔全部被回转阀三个截面的阻尼孔全部被回转阀封住时，这时

55、只有减振器下面的主阻尼孔在工作，此时阻尼封住时，这时只有减振器下面的主阻尼孔在工作，此时阻尼为最大，减振器被调节到为最大，减振器被调节到“硬硬”状态。状态。图图5-16 变阻尼减振器的结构变阻尼减振器的结构 当回转阀从当回转阀从“硬硬”状态位置顺时针转动状态位置顺时针转动60时，时，B截面的截面的阻尼孔打开，阻尼孔打开，A、C两截面的阻尼孔仍关闭，减振器处于两截面的阻尼孔仍关闭，减振器处于“运运动动”状态，也称为中间状态。状态，也称为中间状态。图图5-16 变阻尼减振器的结构变阻尼减振器的结构当回转阀从当回转阀从“硬硬”状态位置逆时针转动状态位置逆时针转动60时，时，A、B、C 三个截面的阻尼

56、孔全部打开，此时减振器的阻尼最小，减振三个截面的阻尼孔全部打开，此时减振器的阻尼最小，减振器处于器处于“软软”状态。状态。图图5-16 变阻尼减振器的结构变阻尼减振器的结构5.3.4 电子控制系统的组成电子控制系统的组成空气悬架电子控制系统示意图空气悬架电子控制系统示意图 丰田丰田LS400轿车空气悬架电子控制系统电路图轿车空气悬架电子控制系统电路图 5.3.5 电控悬架系统的输入信号电控悬架系统的输入信号1.悬架控制开关信号悬架控制开关信号 悬架控制开关由水平调节控制（悬架控制开关由水平调节控制（Level Regulation Control，LRC）开关和高度控制开关组成。）开关和高度控

57、制开关组成。 LRC开关用于选择减振器和空气弹簧的工作模式（开关用于选择减振器和空气弹簧的工作模式（NORM或或SPORT）；高度控制开关用于选择所希望的车身高度）；高度控制开关用于选择所希望的车身高度（NORM或或HIGH）。）。 当当LRC开关设在开关设在SPORT位置时，组合仪表内的位置时，组合仪表内的LRC指示指示灯亮；当高度控制开关设在灯亮；当高度控制开关设在HIGH位置时，组合仪表内的高度位置时，组合仪表内的高度控制指示灯亮。控制指示灯亮。2.高度控制通断开关信号高度控制通断开关信号 高度控制通断开关位于行李箱的工具储藏室内。将开关高度控制通断开关位于行李箱的工具储藏室内。将开关拨

58、至拨至OFF位置，悬架控制系统中止车辆高度控制。当车辆被位置，悬架控制系统中止车辆高度控制。当车辆被举升、停在不平的路面或车辆被拖曳时，可避免空气弹簧中举升、停在不平的路面或车辆被拖曳时，可避免空气弹簧中压缩空气排出，从而可防止车身高度的下降。压缩空气排出，从而可防止车身高度的下降。3.制动灯开关信号制动灯开关信号 制动灯开关位于制动踏制动灯开关位于制动踏板支架上，当踩下制动踏板支架上，当踩下制动踏板时，开关接通。悬架板时，开关接通。悬架ECU利用这一信号判断汽利用这一信号判断汽车是否处于制动状态。车是否处于制动状态。4.门控灯开关信号门控灯开关信号四个车门各有一个门四个车门各有一个门控灯开关

59、，这些开关控灯开关，这些开关都位于门柱上。悬架都位于门柱上。悬架ECU据此判断车门是据此判断车门是打开还是关上。打开还是关上。 5.高度传感器信号高度传感器信号 高度传感器的作用是检测车身高度及因路面不平引起的高度传感器的作用是检测车身高度及因路面不平引起的每个悬架的位移量，并将之转换成电信号输入到悬架每个悬架的位移量，并将之转换成电信号输入到悬架ECU。（a）前高度传感器）前高度传感器 （b）后高度传感器）后高度传感器 图图5-21 光电式高度传感器的安装位置光电式高度传感器的安装位置图图5-22 光电式高度传感器的结构光电式高度传感器的结构 这些通断信号送到悬架这些通断信号送到悬架ECU，

60、悬架，悬架ECU检测出车身高度检测出车身高度的变化，的变化，LS400 轿车使用了四个遮光器，通过各遮光器通轿车使用了四个遮光器，通过各遮光器通断信号的组合，可把车身高度从低至高分为断信号的组合，可把车身高度从低至高分为16级，以便对车级，以便对车身高度进行精确的控制。身高度进行精确的控制。6.加速度传感器信号加速度传感器信号 加速度传感器用于测量车身的垂直加速度。加速度传感加速度传感器用于测量车身的垂直加速度。加速度传感器共有三个，两个前加速度传感器分别装在前左、前右高度器共有三个，两个前加速度传感器分别装在前左、前右高度传感器内，一个后加速度传感器装在行李箱右侧的下面。传感器内，一个后加速