电子控制悬架系统

电子控制悬架系统第1页，共52页，2023年，2月20日，星期一二、发展现状

1981年汽车上开始应用车身高度控制技术，同年又成功开发出可变换减振器阻尼力控制的新技术，以后又开发出自动变换减振器阻尼力、弹性元件刚度的电控悬架。

1987年，日本本田公司率先推出装有空气弹簧的主动悬架，它是一种通过改变空气弹簧的空气压力来改变弹性元件刚度的主动悬架。第2页，共52页，2023年，2月20日，星期一现在，某些计算机控制的悬架系统已具有在10ms到12ms内即能对路面和行驶条件做出反应的能力，以改善行驶时的平稳性和操纵性。

1989年，世界上又推出了装有油气弹簧的主动悬架。

20世纪90年代是电子技术在汽车悬架系统中的应用越来越多的时期。第3页，共52页，2023年，2月20日，星期一三、电子控制悬架系统的种类1．按传力介质的不同分:气压式、油压式2．按控制理论的不同分有级半主动式（阻尼力有级可调）半主动式无级半主动式（阻尼力连续可调）全主动式按频带和能量消耗不同慢全主动式

主动式电磁阀驱动的油气主动式按驱动机构和介质不同步近电动机驱动的空气主动式第4页，共52页，2023年，2月20日，星期一第二节电子控制悬架系统的结构与工作原理

一、电子控制悬架系统的组成与工作原理二、传感器的结构与工作原理三、悬架电子控制单元ECU四、执行机构的结构与工作原理第5页，共52页，2023年，2月20日，星期一一、电子控制悬架系统的组成与工作原理

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1．基本组成开关：模式选择开关、制动灯开关、停车开关、车门开关电子控制单元：ECU

执行机构：可调阻尼力的减振器、可调节弹簧高度和弹性大小的弹性元件等

2．工作原理：车身状态传感器（加速度、位移及其他目标参数）

计算机控制装置放大推动调节悬架参数的执行器（电磁阀、步近电机等）第6页，共52页，2023年，2月20日，星期一电控悬架由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成。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ECU电磁阀步进电机气泵电机第7页，共52页，2023年，2月20日，星期一二、传感器的结构与工作原理1．转向盘转角传感器——光电式转角传感器第8页，共52页，2023年，2月20日，星期一在转向盘的转向轴上装有一个带窄缝的圆盘，传感器的光电元件(即发光二极管)和光敏接收元件(光敏晶体管)相对地装在遮光盘两侧形成遮光器。由于圆盘上的窄缝呈等距均匀分布，当转向盘的转轴带动圆盘偏转时，窄缝圆盘将扫过遮光器件中间的空穴，从而在遮光器的输出端进行ON、OFF变换，形成脉冲信号。工作原理第9页，共52页，2023年，2月20日，星期一

(1)差动变压器式加速度传感器

1、2-二一次绕组；3、6-一次绕组；4-电源；5-芯杆2．加速度传感器

第10页，共52页，2023年，2月20日，星期一(2)球位移式加速度传感器

第11页，共52页，2023年，2月20日，星期一3．车身高度传感器车身高度传感器的作用是检测汽车行驶时车身高度的变化情况（汽车悬架的位移量），并转换成电信号输入悬架系统的电子控制装置ECU。

⑴片簧开关式高度传感器⑵霍尔集成电路式高度传感器⑶光电式高度传感器第12页，共52页，2023年，2月20日，星期一图

片簧开关式高度传感器的结构和工作原理1—车高传感器；2—磁体；3—片簧开关片簧开关式高度传感器第13页，共52页，2023年，2月20日，星期一该传感器将车身高度组合成四个检测区域，分别是低、正常、高、超高。片簧开关式高度传感器有四组触点式开关，它们分别与两个晶体管相连，构成四个检测回路。用两个端子作为输出信号与悬架ECU连接，两个晶体管均接受ECU“输出”端子的控制。第14页，共52页，2023年，2月20日，星期一片簧开关式车身高度传感器在福特车型上应用较多。工作原理：当车身高度调定为正常高度时，因乘员数量的增加，而使车身高度偏离正常高度。此时片簧开关式高度传感器的另一对触点闭合，产生电信号输送给ECU，ECU随即做出车身高度偏低的判断，从而输出电信号到车身高度控制执行器，促使车身高度恢复正常高度状态。第15页，共52页，2023年，2月20日，星期一(2)霍尔集成电路式高度传感器图

霍尔集成电路式高度传感器的结构和工作原理1—传感器体；2—霍尔集成电路；3—弹簧夹；4—滑轴；5—窗孔第16页，共52页，2023年，2月20日，星期一悬架的电控装置根据这些电信号做出车身高度偏离调定高度的情况判别，从而驱动执行器做出有关调整。当两个磁体因车身高度的改变而产生相对位移时，将在两个霍尔集成电路上产生不同的霍尔电效应，形成相应的电信号。霍尔集成电路式高度传感器分别由两个霍尔集成电路、磁体等组成。其基本工作原理是：由于两个霍尔集成电路和两个磁体安装时，它们的相对位置进行了不同的组合，可以对车身高度状态分三个区域进行检测。第17页，共52页，2023年，2月20日，星期一光电式车身高度传感器第18页，共52页，2023年，2月20日，星期一4．节气门位置传感器5．车速传感器6．模式选择开关第19页，共52页，2023年，2月20日，星期一

ECU可根据汽车行驶时的各种传感器信号，如制动灯开关信号、车速传感器信号、模式选择开关信号、节气门位置信号等。经处理后确认汽车的行驶状态和路面情况(如汽车是低速行驶还是高速行驶；是直线行驶还是处于转弯状态；是在制动还是在加速；自动变速器是否处在空挡位置等)，以确定各悬架减振器的阻尼力大小，并驱动执行器予以调节。三、电子控制单元第20页，共52页，2023年，2月20日，星期一三、电子控制单元电子控制单元的基本工作原理：各传感器和控制开关产生的电信号，经输入接口电路整形放大后，送入计算机CPU中，经过计算机处理和判断后分别输出各控制信号，驱动相关的执行器和显示器工作。第21页，共52页，2023年，2月20日，星期一四、执行机构的结构与工作原理

（一）阻尼力控制执行机构所谓阻尼力的调节就是根据汽车负荷、行驶路面的条件和汽车行驶状态(加速、减速、制动或转弯等)来控制减振器的阻尼力，使汽车在整个行驶状态下，减振阻尼力在二段(软、硬)或三段(软、中等、硬)之间变换。第22页，共52页，2023年，2月20日，星期一第23页，共52页，2023年，2月20日，星期一可调阻尼力的减振器主要由缸筒、活塞及活塞控制杆和回转阀等组成。活塞杆为一空心杆，在活塞杆的中心装有控制杆，控制杆的上端与执行器相连。控制杆的下端装有回转阀，回转阀上有三个油孔，活塞杆上有两个直孔，缸筒中的油液一部分经活塞上的阻尼孔在缸筒的上下两腔流动；一部分经回转阀与活塞杆上连通的孔在缸筒的上下两腔间流动。第24页，共52页，2023年，2月20日，星期一根据回转阀与活塞杆上的小孔不同的连通情况，减振器的阻尼力有硬(hard)、软(soft)、中等(normal)三种。这种阻尼力的特性是：硬(hard)——减振器的阻尼力较大，减振能力强，使汽车好像具有跑车的优良操纵稳定性。中等(normal)——适合用于汽车高速行驶。软(soft)——减振器的阻尼力较小，减振能力较弱，可充分发挥弹性元件的缓冲作用，使汽车具有高级旅游车的舒适性。第25页，共52页，2023年，2月20日，星期一可调节阻尼力的减振器的基本工作原理：当ECU促使执行器工作时，通过控制杆带动回转阀相对活塞杆转动，使回转阀与活塞杆上的油孔连通或切断，从而增加或减小油液的流通面积，使油液的流动阻力改变，达到调节减振器阻尼力的目的。当回转阀上的A、C油孔相连时，流通面积较大，减振器的阻尼力为软；当只有回转阀B油孔与活塞杆油孔相连时，减振器的阻尼力为中等；当回转阀上三个油孔均被堵住时，仅有活塞上的阻尼孔起衰减作用，此时减振器的阻尼力为硬。第26页，共52页，2023年，2月20日，星期一图直流电动机式执行器的结构和工作原理(2)直流电动机式执行器第27页，共52页，2023年，2月20日，星期一该执行器的基本工作原理是：

ECU输出控制信号使电磁线圈通电控制挡块的动作(如将挡块与扇形齿轮的凹槽分离)，另外直流电动机根据输入的电流方向作相应方向的旋转。从而驱动扇形齿轮作对应方向的偏转，带动控制杆改变减振器的回转阀与活塞杆油孔的连通情况，使减振器的阻尼力按需要的阻尼力大小和方向改变。当阻尼力调整合适后，电动机和电磁线圈都断电，挡块重新进入扇形齿轮的凹槽，使被调整好的阻尼力大小能稳定地保持。第28页，共52页，2023年，2月20日，星期一2)侧倾刚度控制的执行机构汽车的侧倾刚度与汽车的转向特性密切相关。为改变汽车的侧倾刚度，可以通过改变横向稳定杆的扭转刚度实现。侧倾刚度控制系统根据电子控制单元ECU的信号，通过执行器控制横向稳定杆液压缸内的油压，达到调节横向稳定杆扭转刚度的目的。四、执行机构的结构与工作原理

第29页，共52页，2023年，2月20日，星期一

1—驱动杆；2—从动杆；3—变速传感器；4—蜗杆；5—小行星轮；6—齿圈；7—太阳轮；8—托架；9—限位开关(SW2)；10—限位开关(SW1)；11—直流电动机；12—蜗杆；13—弹簧第30页，共52页，2023年，2月20日，星期一图空气悬架气动缸的基本结构断面图图空气悬架气动缸的基本结构断面图第31页，共52页，2023年，2月20日，星期一四、执行机构的结构与工作原理

（三）弹簧刚度控制的执行机构图空气悬架气动缸的基本结构断面图第32页，共52页，2023年，2月20日，星期一弹簧刚度调节第33页，共52页，2023年，2月20日，星期一四、执行机构的结构与工作原理

（四）车高控制的执行机构1-压缩机和调压器2-电动机3-干燥器和排气阀4-高度控制电磁阀5-空气悬架6-指示灯7-ECU8-车身高度传感器第34页，共52页，2023年，2月20日，星期一第35页，共52页，2023年，2月20日，星期一第36页，共52页，2023年，2月20日，星期一减震器阻尼控制组成：

模式选择开关、电控装置（ECU）可调阻尼式减震器和各种传感器等。第37页，共52页，2023年，2月20日，星期一第38页，共52页，2023年，2月20日，星期一悬架综合控制系统第39页，共52页，2023年，2月20日，星期一车高控制停车水平控制特殊行驶工况高度控制自动水平控制第40页，共52页，2023年，2月20日，星期一第三节典型汽车电子控制悬架系统一、半主动悬架系统——丰田凌志LS400轿车电控悬架系统是一种典型的半主动悬架系统。二、主动悬架系统——三菱GALANT轿车装有电控空气主动悬架（A-ECS）第41页，共52页，2023年，2月20日，星期一半主动悬架系统——丰田凌志LS400轿车电控悬架系统丰田LEXUSLS400电控悬架系统主要元件分布1．悬架控制开关2．高度控制ON/OFF开关3．车身高度指示灯4．LRC指示灯5．高度控制插座6．转向盘转角传感器第42页，共52页，2023年，2月20日，星期一7．高度传感器8．1号和2号控制阀9．悬架电子控制单元ECU10．悬架控制执行器11．空气弹簧12．可调减振器第43页，共52页，2023年，2月20日，星期一主动悬架系统——三菱GALANT轿车电控空气主动悬架（A-ECS）

三菱GALANT轿车装有电控空气主动悬架主要元件分布

1．5个传感器——检测汽车行驶状态⑴转角传感器⑵节气门位置传感器⑶高度传感器⑷G传感器⑸压力传感器第44页，共52页，2023年，2月20日，星期一⑴气压的建立⑵车身高度的升高⑶车身高度的降低⑷空气的内部循环3．可调阻尼力减振器的执行器4．空气弹簧刚度的自动调节2．车身高度调节系统第45页，共52页，2023年，2月20日，星期一以丰田车系为例进行介绍。一、初步检查（功能检查）1.汽车高度调整功能的检查检查轮胎气压是否正常（前后分别为2.3和2.5kg/cm2）检查汽车高度（下横臂安装螺栓中心到地面的距离）将高度控制开关由Norm转换到High，车身高度应升高10～30mm，所需时间为21～40s。第四节电控悬架的故障诊断与排除第46页，共52页，2023年，2月20日，星期一2.溢