电子控制悬架系统1

第四节，电子控制悬架系统1，汽车悬架的作用汽车悬架是指衔接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)的一系列传力安装。一，概述〔1〕承载即接受汽车各方向的载荷，这些载荷包括垂直方向、纵向和侧向的各种力。〔2〕传送动力即将车轮与路面间产生的驱动力和制动力传送给车身，使汽车向前行驶、减速或停车。〔3〕缓冲即缓和汽车和路面情况等引起的各种振动和冲击，以提高乘员乘坐的温馨性。2.汽车悬架的分类目前，汽车的悬架系统通常分为传统被动式、半自动式、自动式三类。自动式悬架是一种带有动力源的悬架，在悬架系统中附加一个可控制造用力的安装。自动式悬架可根据汽车载荷、路面情况、行驶速度、启动、制动、转向等情况的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼力及车身高度等。二，电控悬架的构造及任务原理汽车上装用的普通减振器的伸张型减振器，缸筒为全密封式构造，伸缩杆上有一个活塞，阻尼孔位于活塞上，活塞将缸筒分为上下两腔。可描画为“一筒二杆三阀四室〞。任务特性机械。汽车行驶过程中不可调理，由于汽车减震器的主要特性参数是阻尼理力，而阻尼力只受流通截面积影响。

而对于在复杂的路况条件下行驶的汽车，就不能够满足汽车在一切行驶车速和行驶条件下的有效减振，也就很难满足现代汽车的温馨性和支配稳定性、平安性的要求。在现代中、高档汽车上很少采用普通的减振器，转而采用电控半自动悬架或电控自动悬架，以提高汽车的综合性能。1.电控半自动悬架的构造和任务原理大部分半自动悬架采用了手动控制方式，由驾驶员根据路面情况和汽车的行驶条件，手动控制相关的动作，对减振器的阻尼力进展变换。假设当减振器的阻尼力被调整为“硬〞时，还可加强汽车在转弯或在不平道路上行驶时抗侧倾的才干，提高汽车支配的稳定性。

1.电控半自动悬架的构造和任务原理假设当减振器的阻尼力被调整为“软〞时，使汽车行驶时的上下颠簸幅度减少，提高汽车乘坐的温馨性。

这种悬架系统，可以经过驾驶员根据汽车行驶的路面情况，借助挡位转换开关来控制悬架的特性参数变化。悬架系统性能控制的特性参数包括：减振器的阻尼力、横向稳定杆的刚度。其控制方式有机械式和电子控制式两种。

电控半自动悬架的普通任务原理是：利用传感器把汽车行驶时路面的情况和车身的形状进展检测，检测到的信号经输入接口电路处置后，传输给计算机进展处置，再经过驱动电路控制悬架系统的执行器动作，完成悬架特性参数的调整。其任务原理如图5.1所示。

图5.1半自动悬架系统的任务原理1.阻尼力的调理所谓阻尼力的调理就是根据汽车负荷、行驶路面的条件和汽车行驶形状(加速、减速、制动或转弯等)来控制减振器的阻尼力，使汽车在整个行驶形状下，减振阻尼力在二段(软、硬)或三段(软、中等、硬)之间变换。图5.2所示为丰田汽车所装用的电子控制半自动悬架系统(TEMS)。它主要由方式选择开关、电子控制单元(ECU)、可调理阻尼力的减振器、转换阻尼力的执行器、车速传感器、转向盘转角传感器、节气门位置传感器、制动灯开关、空挡启动开关等部件组成。图5.2丰田汽车装用的电子控制半自动悬架系统1—执行部件；2—动力转向传感器；3—停车灯开关；4—TEMS指示灯；5—速度传感器；6—执行部件；7—ECU；8—方式选择开关；9—空挡启动开关；10—节气门位置传感器该系统的根本任务原理是：根据汽车的行驶形状和路面情况，方式选择开关的任务方式，经过相关的传感器对汽车的行驶形状、路面反响及车速等进展检测。

ECU对这些信号进展比较和处置后，控制相关的执行机构来改动减振器的阻尼力，抑制汽车急加速时车尾的下蹲、汽车转弯时的侧倾和紧急制动时的点头，以及高速行驶时车身的振动等，以此来提高汽车乘坐的温馨性和支配的稳定性。方式选择开关方式选择开关位于变速器支配手柄旁，如图5.3所示。驾驶员根据汽车的行驶情况和路面情况选择方式选择开关的组合方式，从而确定选择方式来决议减振器的阻尼力大小。图5.3方式选择开关的位置和操作方法方式选择开关的不同组合，可使悬架系统有四种任务方式：即自动、规范(Auto、Normal)；自动、运动(Auto、Sport)；手动、规范(Manu、Normal)；手动、运动(Manu、Sport)。

如选择自动方式，悬架系统可以根据汽车行驶形状和车速等自动地调理减振器的阻尼力，以保证让汽车乘坐的温馨性和支配的稳定性。在手动方式下，悬架系统的阻尼力只需规范(中等)和运动(硬)两种形状的转换。

2)减振器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，如图5.4所示。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。

图5.4减振器的构造表示图1—阻尼调理杆(回转阀控制杆)；2—阻尼孔；3—活塞杆；4—回转阀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，减振才干强，使汽车好似具有跑车的优良支配稳定性。中等(normal)——适宜用于汽车高速行驶。软(soft)——减振器的阻尼力较小，减振才干较弱，可充分发扬弹性元件的缓冲作用，使汽车具有高级旅游车的温馨性。见表5-1。可调理阻尼力的减振器的根本任务原理：当ECU促使执行器任务时，经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，从而添加或减小油液的流通面积，使油液的流动阻力改动，到达调理减振器阻尼力的目的。

减振器阻尼力自动、标准自动、运动一般情况下软中等汽车急加速、急转弯或紧急制动硬硬高速行驶中等中等表5-1减振器的阻尼力与汽车的行驶形状和路面情况的配置情况3)执行器：如图5.5所示，是汽车采用的直流电动机式执行器的构造和任务原理图。从图中可以看出该执行器主要由直流电动机、小齿轮、扇形齿轮、电磁线圈、挡块、控制杆组成。

每个执行器安装于悬架系统中减振器的顶部，并经过其上的控制杆与减振器的回转阀相衔接，直流电动机和电磁线圈直接接受ECU的控制。图5.5直流电动机式执行器的构造和任务原理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别)，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，带动控制杆改动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求的阻尼力大小和方向改动。该执行器的根本任务原理是：当阻尼力调整适宜后，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坚持。该执行器的根本任务原理是：图5.6驱动器的构造4)转向盘转角传感器转向盘转角传感器用于检测汽车转向盘的偏转方向和偏转角度，以便于ECU判别各减振器阻尼力的控制方式。TEMS上运用的是光电式转角传感器(详见后叙)。4)转向盘转角传感器ECU根据转向盘的转角信号，汽车的车速信号及方式开关的挡位等，计算出各车轮减振器阻尼力的大小，然后经过各执行器进展调理，以控制车身姿态的形状。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、方式选择开关信号、节气门位置信号等。

5)电子控制单元经处置后确认汽车的行驶形状和路面情况(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形状；是在制动还是在加速；自动变速器能否处在空挡位置等)，以确定各悬架减振器的阻尼力大小，并驱动执行器予以调理。

图5.9是ECU的系统原理图。电子控制单元的根本任务原理：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，经过计算机处置和判别后分别输出各控制信号，驱动相关的执行器和显示器任务。

图5.9ECU系统原理图这些控制信号有：促使执行器改动悬架减振器阻尼力的阻尼控制信号；促使发光二极管显示悬架系统当前阻尼力形状的显示控制信号。

TEMS指示灯的作用：一是显示当前形状下悬架系统的阻尼力情况，二是显示TEMS系统能否任务正常和指示TEMS系统能否存在缺点。

6)TEMS指示灯2.横向稳定器刚度的调理具有液压缸构造的横向稳定器，可以经过内部油路的开闭，使其成为刚性体或弹性体，从而调理横向稳定器的刚度。根本控制原理是：驱动器根据ECU的信号，经过稳定器缆绳来控制稳定杆内部油路的封锁和开启。图5.10驱动器的外形及驱动杆的位置1〕横向稳定驱动器图5.11驱动器的构造1—直流电动机；2—蜗轮；3—小行星轮；4—齿圈；5—托架；6—限位开关；7—太阳轮；8—变速传动轴；9—蜗杆图5.13直流电动机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2〕稳定器杆稳定器杆安装在稳定器臂(扭杆)端部与独立悬架下摆臂(下臂)之间，如图5.14所示。可以以两种形状改动安装在活塞杆上端的稳定器臂的改动刚度，从而改动汽车的抗侧倾刚度。图5.14稳定器杆的作用(a)(b)图5.15稳定器杆的构造1—单向阀；2—推杆；3—膜片；4—储油腔；5—挡块(紧缩侧)；6、9—圈簧；7—挡块(伸张侧)；8—活塞；10—油泵3.传感器传感器主要用于采集有关汽车行驶形状和路面情况等方面的信息，构成电信号后输入电子控制单元(ECU)，经比较处置后驱动执行器，完成减振器阻尼力和横向刚度的调理。电控半自动悬架系统的传感器有车速传感器、节气门位置传感器、转向盘转角传感器。1)车速传感器车速是汽车悬架系统常用的控制信号，而汽车车身的侧倾程度取决于汽车的车速和转向半径的大小。2)转向盘转角传感器转向盘转角传感器用于检测转向盘能否位于中间位置及转向盘能够的偏转方向、偏转角度和偏转速度。在电控悬架中，电子控制单元可根据车速传感器信号和转向盘转角传感器信号，判别汽车转向时侧向力的大小和转向的方向，从而适时控制汽车抗侧倾的才干。图5.18光电式转角传感器的安装位置和构造1—转角传感器；2—传感器；3—光电元件；4—遮光盘；5—轴；6—圆盘；7—传感器圆盘图5.19光电式转角传感器的任务原理图5.20光电式转角传感器电路原理1.电子控制自动悬架系统的功能配备电子控制自动悬架系统的汽车可以根据本身的负载情况、行驶形状和路面情况等，自动地调理包括悬架系统的阻尼力、汽车车身高度和行驶姿态、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，经过改动弹簧的空气压力或油液压力的方式来调理弹簧的刚度，使汽车的相关性能一直处于最正确形状。

1)减振器的阻尼力调理这种减振器可以实现以下控制目的：〔1〕防止车尾下蹲控制〔2〕防止汽车点头控制(3)防止汽车侧倾控制(4)防止汽车纵向摇动控制2)悬架系统弹性元件刚度的调理影响汽车乘坐的温馨性和行驶的平安性的另一个主要要素就是汽车悬架弹性元件的刚度，悬架弹性元件的刚度将直接影响车身的振动强度和对路况及车速的感应程度。目前，中、高档汽车倾向于利用可调刚度的空气弹簧或油气弹簧，经过调理这些元件的空气压力的方法来调整弹性元件的刚度。经过调理弹性元件的刚度和减振器的阻尼力，可使汽车四个车轮上的悬架参数具有不同组合，就可进展车身高度和姿态的调理。如运用空气弹簧的悬架，当乘员人数和载物较重使车身下沉时，经过加大空气弹簧气压的方法，使车身恢复到正常高度；3)车身高度和姿态的调理2.电子控制自动悬架系统的组成如图5.21所示，是轿车上配备电控空气自动悬架系统(A-ECS)，它能系统地控制汽车的车身高度、行驶姿态和悬架系统的阻尼力特性。2.电子控制自动悬架系统的组成该系统主要由空气弹簧、普通螺旋弹簧、电子控制单元、车速传感器、G传感器、转角传感器、节气门位置传感器、高度传感器、阻尼力转换执行器、电磁阀、空气紧缩机、