第十二章汽车舒适性控制系统

1、第十二章汽车舒适性控制系统第一节汽车电控悬架系统第二节汽车环境控制系统第一节汽车电控悬架系统一、电控悬架系统的作用和分类1.半主动悬架2.主动悬架(1)完全主动悬架系统传统的悬架弹簧和减振器都被电控的主动悬架驱动器所取代，所以悬架中已不存在传统的弹簧和减振器。1)增强汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性。2)改进轮胎和路面的接触和轮胎的动态载荷。3)改善汽车的操纵稳定性。4)改进汽车的安全性。5)有助于解决在悬架设计中操纵稳定性要求和平顺舒适性要求之间存在的矛盾。第一节汽车电控悬架系统6)有助于解决在悬架设计中重载和轻载要求之间存在的矛盾，尤其是对于载荷变化较大的SUV和轻型货车，传统的悬架设计无法同

2、时满足在不同载荷条件下稳定性和舒适性的要求。(2)半主动悬架系统传统的减振器被电控的可控阻尼减振器所取代，系统还保留传统的悬架弹簧。1)机械式可变阻尼减振器传统的可变阻尼减振器悬架系统是用机械式的可控阀来实现的，它是通过电子控制器控制减振器中的电磁阀来调节阻尼。2)磁流体可控阻尼减振器这种减振器应用MR流体(磁流体)作为阻尼器的介质。(3)主动抗侧倾控制系统悬架系统还是以传统的形式存在，不过，在此基础上增加了由电子控制的主动抗车身侧倾控制系统。第一节汽车电控悬架系统(4)车身高度自动调节系统车身高度自动调节系统可以看成主动悬架的一部分，它对汽车悬架系统的设计和汽车的动态特性具有较好的加强作用。

3、二、汽车悬架振动的基本模型图12-1四轮汽车简化的三维模型第一节汽车电控悬架系统图12-2双轴汽车简化的平面模型(1)总质量保持不变第一节汽车电控悬架系统(2)质心位置不变(3)转动惯量Iy的值保持不变图12-3车身与车轮二自由度振动系统第一节汽车电控悬架系统1.汽车悬架的双质量模型第一节汽车电控悬架系统第一节汽车电控悬架系统第一节汽车电控悬架系统图12-4车身部分单质量系统第一节汽车电控悬架系统第一节汽车电控悬架系统第一节汽车电控悬架系统2.主动与半主动悬架的车身和车轮二自由度模型第一节汽车电控悬架系统图12-6车身与车轮二自由度主动与半主动悬架模型第一节汽车电控悬架系统三、电控悬架系统结构

4、和工作原理图12-7主动悬架与被动悬架各环节传递特性第一节汽车电控悬架系统图12-9半主动悬架控制模型1控制器2整形放大电路3加速度传感器4簧载质量5阻尼可调减振器6悬架弹簧7非簧载质量8轮胎当量弹簧第一节汽车电控悬架系统1)如果=i，控制器不输出调整悬架阻尼控制信号。2)如果i，控制器输出增大悬架阻尼控制信号。3)如果i，控制器输出减小悬架阻尼控制信号。图12-10控制器的悬架阻尼控制过程第一节汽车电控悬架系统1.电控悬架用传感器(1)车速传感器车速传感器用来测定车速，一般常用的有舌簧开关式车速传感器，磁阻组件式车速传感器等。图12-11舌簧开关式车速传感器1舌簧开关2车速表指针3弹簧4转子

5、5磁铁6信号线第一节汽车电控悬架系统图12-13舌簧开关状态a)开关闭合b)开关打开第一节汽车电控悬架系统图12-14磁阻组件式车速传感器的工作原理1多级磁环2磁阻组件3输入轴(2)转角传感器转角传感器用于检测转向盘的中间位置、转动方第一节汽车电控悬架系统向、转动角度和转动速度。图12-15转向盘转角传感器的安装位置和结构a)安装位置b)结构1转角传感器2传感器圆盘3遮光器4窄缝5转向轴(3)加速度传感器在车轮打滑时，第一节汽车电控悬架系统不能以转向角和汽车车速正确判断车身侧向力的大小。图12-16差动变压器式加速度传感器工作原理1，2二次线圈3，6一次线圈4电源5芯杆第一节汽车电控悬架系统图

6、12-17钢球位移式加速度传感器1轭铁2信号处理电路3磁铁4钢球第一节汽车电控悬架系统(4)车身高度传感器其作用是检测车身高度(汽车悬架装置的位移量)，并将它转换成电子信号输入系统控制装置。2.控制器及其实现的功能图12-18悬架系统控制器方框图第一节汽车电控悬架系统(1)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

7、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，以实现对汽车悬架参数的控制。(4)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控制器自诊显示第一节汽车电控悬架系统表12-1控制器自诊显示表示内容（选择开关）“AUTO”*“S”*“M”*“H”*诊断部位车速传感器转角传感器ECCS燃油脉冲制动开关WT（空挡及离合器开关），AT（阻化剂及驻车、制动开关）选择开关路面超声波传感器第一节汽车电控悬架系统3.阻尼可调减振器图12-19阻尼可调减振器结构第一节汽车电控悬架系统表12-2阻尼器控制力项目第一节汽车电控悬架系统表12-2阻尼器控制力项

8、目控制目的检测条件使用传感器阻尼力工况车速转向角加减速度制动路面前减振器/后减振器横摇急转向时减少横摇超过规定的转向速度硬/硬第一节汽车电控悬架系统表12-2阻尼器控制力项目纵摇减少制动时的点头和来回摇荡制动时点头超过规定值时硬/硬加减速时减少点头和后蹲发动机转矩变化超过规定值中/中第一节汽车电控悬架系统表12-2阻尼器控制力项目上下摇动越过突起时减少振动当发生车高剧烈变化时中/中在搓板路上减少振动当发生周期性车高变化时中/中贴地性在恶劣路面上行驶时提高接地性车高变化为恶劣路面行驶特性时中/中第一节汽车电控悬架系统表12-2阻尼器控制力项目其他高速直线行驶时、提高操纵稳定性高速时（车速超过规定

9、值）中/软停车时来回摇摆、防止上下车时车身摇动停车时（车速低于规定值）硬/硬第一节汽车电控悬架系统图12-20凌志LS400悬架系统可调阻尼力减振器a)结构及原理b)特性曲线4.驱动装置第一节汽车电控悬架系统图12-21悬架参数调节的驱动装置1限位开关2托架3齿圈4行星齿轮5蜗轮6直流电动机7蜗杆8齿轮轴9太阳轮第一节汽车电控悬架系统图12-22步进电动机的结构1，7转子2，5线圈A3，9线圈B4，6，8定子第一节汽车电控悬架系统四、电控悬架系统的控制方法1.自适应控制2.最优控制3.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度和阻尼，使之处于“软”或“硬

10、”状态。表12-3车身路面感应控制逻辑第一节汽车电控悬架系统表12-3车身路面感应控制逻辑功能工况悬架的刚度和阻尼软模式硬模式低中高低中高高速感应车速110km/h前后车轮关联感应30km/h车速80km/h，车高在003s内突然变化坏路面感应40km/h车速100km/h，车高在05s内大幅度变化车速100km/h，车高在05s内多次大幅度变化第一节汽车电控悬架系统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)坏路面感

11、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车身姿势控制逻辑第一节汽车电控悬架系统表12-4车身姿势控制逻辑功能工况悬架的刚度和阻尼软模式硬模式低中高低中高抑制侧倾急转向抑制点头车速60km/h制动抑制俯仰车速20km/h急加速 第一节汽车电控悬架系统1)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)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

12、)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(NORMAL)和高(HIGH)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、高三种状态。表12-5车身高度控制逻辑第一节汽车电控悬架系统表12-5车身高度控制逻辑功能工况悬架的刚度和阻尼正常模式高模式低中高低中高高速感应车速90km/h 连续坏路面行驶车速4090km/h,车高持续25s以上大幅度变化 车速90km/h,车高持续25s以上大幅度变化 第一节汽车电控悬架系统1)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

13、，应该降低车身的高度。2)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(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

14、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)低车身表12-6遮光器状态与车高的对照第一节汽车电控悬架系统表12-6遮光器状态与车高的对照车高光电耦合组合的状态车高范围/mm计算结果1234第一节汽车电控悬架系统表12-6遮光器状态与车高的对照高低OFFOFFONOFF15过高高普通低过低第一节汽车电控悬架系统表12-7采用两个遮光器时遮光器的状态与车高的对照第一节汽车电控悬架系统表12-7采

15、用两个遮光器时遮光器的状态与车高的对照车高检验区域遮光器A遮光器B车高检验区域遮光器A遮光器B过高OFFON偏低ONOFF偏高OFFOFF过低ONON第一节汽车电控悬架系统图12-27带减振器的可调式空气弹簧a)低车身b)高车身第一节汽车电控悬架系统图12-28车高调节系统的计算机控制方框图第一节汽车电控悬架系统图12-29车高调节过程方框图六、电控悬架系统实例与检修(一)LS400轿车电控空气悬架系统控制功能及系统组成表12-8LS400轿车电控空气悬架系统控制功能第一节汽车电控悬架系统表12-8LS400轿车电控空气悬架系统控制功能控制项目功能防侧倾控制使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，

16、能抑制侧倾而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力变成“坚硬”状态，能抑制汽车制动时点头而使汽车的姿势变化减至最小防下坐控制使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，能抑制汽车加速时后部下坐而使汽车的姿势变化减至最小高车速控制使弹簧刚度变成“坚硬”状态或使减振力变成“中等”状态，能改善汽车高速时的行驶稳定性和操纵性第一节汽车电控悬架系统表12-8LS400轿车电控空气悬架系统控制功能不平整路面控制使弹簧刚度和减振力视需要变成“中等”或“坚硬”状态，以抑制汽车车身在悬架上下垂，从而改善汽车在不平整路面上行驶时的乘坐舒适性颠动控制使弹簧刚度和减振力变成“中等”或“坚硬”状态，

17、抑制汽车在不平整路面上行驶时的颠动跳振控制使弹簧刚度和减振力视需要变成“中等”或“坚硬”状态，以抑制汽车在不平整路面上行驶时的上下跳振自动高度控制不管乘客和行李质量情况如何，使汽车保持某一恒定的高度位置，操作高度控制开关使汽车的目标高度变为“正常”或“高”的状态第一节汽车电控悬架系统表12-8LS400轿车电控空气悬架系统控制功能高车速控制当高度控制开关在“High”位置时，汽车高度会降低至“正常”状态，从而改善高速行驶时的稳定性点火开关OFF控制当点火开关关闭后，因乘客和行李质量变化而使汽车高度变为高于目标高度时，能使汽车高度降低至目标高度，从而改善汽车驻车时的姿势第一节汽车电控悬架系统图1

18、2-30LS400轿车电控空气悬架系统零部件布置图1高度控制压缩机21号高度控制阀3主节气门传感器4门控灯开关5悬架ECU62号高度控制继电器7后悬架控制执行器8高度控制连接器9高度控制开关102号高度控制阀和溢流阀11后高度控制传感器12LRC开关13高度控制开关14转向传感器15停车灯开关16前悬架控制执行器17前高度控制传感器181号高度控制继电器19IC调节器20干燥器和排气阀第一节汽车电控悬架系统1.汽车高度控制图12-31车高控制系统空气流通图1压缩机2干燥器3排气阀4空气管51号高度控制阀62号高度控制阀7、8气缸第一节汽车电控悬架系统图12-32高度控制阀控制电路1AIR SU

19、S熔丝2悬架ECU31号高度控制继电器4排气阀52号高度控制阀61号高度控制阀第一节汽车电控悬架系统图12-34LS400轿车悬架系统的车身高度传感器与ECU之间的连接电路1悬架22号高度控制继电器3ECU-B熔丝4高度控制传感器第一节汽车电控悬架系统2.弹簧刚度和减振器阻尼力控制(二)LS400轿车电控悬架的检修1.一般性检查图12-35空气悬架组成1空气管2导线3执行器盖4执行器5悬架支座6气缸第一节汽车电控悬架系统图12-36悬架控制执行器电路1右前悬架控制执行器2左前悬架控制执行器3左后悬架控制执行器4右后悬架控制执行器5悬架ECU第一节汽车电控悬架系统1)将车身高度控制开关LRC拨到

20、常规位置(NORM)。2)使车身上下跳振几次，以使悬架处于稳定状态。3)向前和向后推动汽车，以使车轮处于稳定状态。4)将变速器操纵杆置于N位。5)松开驻车制动器并使用三角形挡块堵住车轮。6)起动发动机。7)将车身高度控制开关拨到高(HIGH)位置，车身升高后，等待60s，再将LRC拨到常规位置(NORM)，使车身下降。8)测量车身的高度。表12-9车身的高度第一节汽车电控悬架系统表12-9车身的高度部位车前端车后端左右误差前后误差高度/mm22810210101017515第一节汽车电控悬架系统2.电控悬架系统的故障自诊断(1)检查指示灯当点火开关由“OFF”拨到“ON”位置时，仪表上的LRC

21、指示灯和高度控制指示灯应亮2s左右。(2)故障码的读取接通点火开关，用跨接线将TDCL或检查连接器的端子Tc与E1连接；再根据仪表板高度控制“NORM”指示灯的闪烁情况读取故障码。(3)故障码的清除1)关闭点火开关，拆下2号接线盒中的ECU-B熔丝10s之后，即可清除故障码。2)关闭点火开关，用跨接线将高度控制连接器的端子9与端子8连接，同时使检查连接器的端子Tc与E1连接。3.丰田凌志LS400汽车电控悬架系统的故障分析及诊断第一节汽车电控悬架系统1)操作LRC开关时，LRC指示灯的状态不变。2)悬架的刚度、阻尼控制不起作用。3)其他控制正常，只有防侧倾控制不起作用。4)其他控制正常，只有防

22、俯仰控制不起作用。5)其他控制正常，只有防点头控制不起作用。6)其他状态下正常，只有在高速行驶时，悬架控制不起作用。1)车身高度控制指示灯不随高度控制开关的动作变化。2)汽车高度控制不起作用。3)汽车高度控制只在高速行驶时不起作用。4)汽车车身高度出现不规则变化。5)汽车高度控制能起作用，但汽车高度变化不均匀。6)点火开关OFF控制不起作用。第一节汽车电控悬架系统7)汽车停车时车身高度很低。8)压缩机电动机持续运转不受控制等。第二节汽车环境控制系统一、汽车空调系统1.汽车空调系统的工作原理图12-37汽车空调系统基本部件和工作原理1冷凝器2压缩机3，6制冷剂注入阀4膨胀阀5蒸发器7玻璃窥视孔8

23、接受器第二节汽车环境控制系统(1)压缩使蒸发器吸收热量后的低压低温制冷剂气体，经压缩机吸入并压缩后，变为高温高压气体，然后送入冷凝器。(2)冷凝高温高压的制冷剂气体进入冷凝器后，与环境空气进行热交换，放出热量，使得制冷剂在蒸发器中所吸收的热量和压缩机做功所产生的热量同时吸收并传入大气中。(3)节流高压的制冷剂液体由冷凝器中排出，经膨胀阀流向低压一侧，这里是制冷系统中高、低压的分界线，膨胀阀有节流作用，它使制冷剂液体减压节流后变为低压液体和气体的混合物进入蒸发器。(4)蒸发经节流后的低压制冷剂进入蒸发器中就进行汽化，变成低压低温蒸汽，吸收车内空气的热量而使车内温度降低。2.汽车自动空调第二节汽车环境控制系统(1)真空回路的自动调节控制系统该控制系统一般是将汽油发动机进气支管的真空传送到真空罐内储存，利用真空分配阀(控制开关)将真空输到