汽车电子控制技术项目九-汽车电控悬架控制系统

汽车电控悬架控制系统一、电控悬架系统概述二、电控悬架系统主要零部件结构与工作原理三、电控悬架系统控制原理

课题一电控悬架系统概述一、电控悬架系统的功能1．降低因路面不平引起的加速度和车身急剧跳动对乘员的影响2．减少汽车行驶时的车身姿态变化3．保证在弯曲路段和高速行驶时的操纵稳定性二、电控悬架系统的分类1．按有、无动力源分类按有、无动力源可分为半主动悬架和主动悬架两大类。

2．按悬架介质的不同分类按悬架介质的不同可分为两种类型，一种是控制液压来调节悬架的阻尼力及弹簧刚度和车身高度，另外一种是控制气压来调节车身高度和阻尼弹簧的刚度。这些控制形式根据厂家的设计需要，既可以独立使用，也可以综合使用。3.根据控制目的不同分类按悬架控制目的可分为车身高度控制系统、弹簧刚度控制系统、减振器阻尼控制系统、综合控制系统等形式。课题二电控悬架系统主要零部件的结构与工作原理电控悬架系统都由传感器和控制开关、电子控制单元(EMSECU)、执行器三部分组成。一、传感器和控制开关1．转向盘转角传感器现代汽车多采用光电式转向盘转角传感器，如图9-1所示为丰田汽车电控悬架系统上应用的光电式转向盘转角传感器的安装位置和结构图。图9-1光电式转向盘转角传感器的安装位置和结构1、2-转向盘转角传感器；3-光电元件；4-遮光盘；5-转向轴；6、7-传感器圆盘光电式转向盘转角传感器的工作原理如图9-2所示，电路原理如图9-3所示。图9-2光电式转向盘转角传感器的工作原理图9-3光电式转向盘转角传感器的电路原理2．加速度传感器常用的加速度传感器有差动变压器式和钢球位移式两种。（1）差动变压器式加速度传感器差动变压器式加速度传感器的工作原理如图9-4所示。图9-4差动变压器式加速度传感器的工作原理l、2-二次绕组；3、6–次绕组；4-电源；5-心杆（2）钢球位移式加速度传感器钢球位移式加速度传感器的结构如图9-5所示。根据所检测的力（横向力、纵向力或垂直力）不同，加速度传感器的安装方向也不一样。

图9-5钢球位移式加速度传感器结构3．车身高度传感器车身高度传感器又称为车身位置传感器。车身高度一般都采用光电式高度传感器进行检测，结构如图9-6所示，主要由光电耦合元件、遮光盘、壳体和防护盖等组成。实际结构中，光电式车身高度传感器固定在车架上，传感器轴的外端装有导杆，导杆的另一端通过一连杆与独立悬架的下摆臂连接，如图9-7所示。（a)传感器结构成（b)信号发生器结构图9-6车身高度传感器的结构图9-7高度传感器的安装1-导杆；2-传感器；3-下摆臂图9-8是光电式高度传感器的工作原理图。当车身高度发生变化时（如汽车载荷发生变化），导杆将随悬架摆臂的上下移动而摆动（图9-7），从而通过传感器转轴驱动圆盘转动。图9-8光电式高度传感器的工作原理图1-遮光器；2-传感器轴；3-导杆；4-圆盘当传感器轴转动时，就会带动固定在轴上的遮光盘一同转动。4组光电耦合元件的电路如图9-9所示.。图9-9车身高度传感器的电路电控单元（MESECU）根据各组光电耦合元件的输出信号，判断圆盘转过的角度，从而判定车身高度和车高区间，判定结果如表9-1所示。光电耦合元件输出信号状态车高区间车身高度定判结果备注SH1SH2SH3SH4110115过高由上往下车身降低110014010013010112偏高0111110110100010900118正常000170000610005偏低10014101131010211101过低1110表9-1车身高度与4组耦合元件输出信号的关系4．车速传感器车速传感器是汽车电控悬架系统常用的控制信号，汽车车身的侧倾程度取决于车速和汽车转向半径的大小。通过对车速的检测来调节电控悬架的阻尼力，从而改善汽车行驶的安全性。常用的车速传感器的类型有舌簧开关式车速传感器、磁阻元件式车速传感器、磁脉冲式车速传感器和光电式车速传感器等。5．模式选择开关模式选择开关位于变速器操纵手柄旁，如图9-10所示。驾驶员可以根据汽车的行驶状况和路面情况选择合适的悬架运行模式，从而决定减振器的阻尼力。

图9-10模式选择开关的位置和操作方法6．高度控制开关高度控制开关可接通或关断EMSECU的12V电源，当电控悬架系统工作或其他系统工作时，必须接通开关。可强制停止EMSECU对车身高度自动控制，防止车辆在维修时空气弹簧中的空气排出，导致发生车辆“趴下”现象发生。高度控制开关安装在行李箱内，举升汽车时关闭，在顶起车辆或吊车时，务必要关断这个开关，如果没有关掉而顶起车辆，空气就会从气缸排出，当放下车辆时，车身底部就会撞到千斤顶，汽车不能行驶。7．制动开关检测制动灯电路通断，判断汽车制动状况，用于向EMSECU提供制动信息，EMSECU根据制动开关提供的信号，并参考车速信号对相关悬架的刚度进行调整，以抑制车身“点头”。二、悬架系统电子控制单元（EMSECU）悬架电子控制单元（EMSECU）是一台小型专用计算机，一般由输入电路、微处理器、输出电路和电源电路等组成，如图9-11所示。图9-11电控悬架系统EMSECU电路三、执行机构1．车身高度控制执行机构车身高度控制悬架系统执行机构的结构如图9-12所示，由空气压缩机、排气阀、干燥器、进气阀、储气罐、调压阀、电磁阀、高度传感器、气室及控制单元等组成。图9-12车身高度控制机构悬架结构如图9-13所示为空气压缩机的结构图。图9-14所示为二位二通电磁阀控制的车身高度控制阀，通过控制向主气室内进气（将进气路与主气室相通）和排气（将主气室与大气相通），实现车身高度的调节。图9-13空气压缩机的结构图9-14车身高度控制阀2．弹簧刚度控制执行机构空气悬架气动缸的基本结构如图9-15所示。气动缸由封入的低压惰性气体、阻尼力可调的减振器、旋转式膜片、主气室、副气室和悬架执行元件组成。

图9-15空气悬架气动缸的基本结构3．阻尼力控制执行机构阻尼力控制执行机构主要由可调阻尼力的减振器和电动机式执行器两部分组成。1)可调阻尼力减振器可调阻尼力减振器主要由缸筒、活塞及阻尼调节杆、回转阀等构成，其基本原理如图9-16所示。

图9-16可调减振阴阳尼器结构和工作原理1-阻尼调节杆；2-阻尼孔；3-活塞杆；4-回转阀2)直流电动机式执行器图9-17所示为直流电动机式减振器阻尼控制执行器的结构和工作原理图。

图9-17直流电动机式执行器结构及工作原理3)步进电机式执行器步进电机式执行器的基本结构如图9-18所示。执行器主要由步进电机、小齿轮、扇形齿轮、电磁线圈、制动杆、阻尼调节杆、刚度调节杆等组成。

图9-18步进电机式执行器结构1-挡块；2-扇形齿轮；3-驱动小齿轮；4-步进电机；5-电磁线圈；6-阻尼控制杆课题三电控悬架系统控制原理一、车身高度的控制车身高度控制系统在汽车乘员或载荷变化时自动调节车身高度的原理是：当乘员或载荷增加时，EMSECU将自动调高悬架使车身高度升高；反之，当乘员或载荷减小时，EMSECU将自动调低车身高度。1.车身高度不变时悬架系统的控制2．车身高度降低时悬架系统的控制3．车身高度升高时悬架系统的控制4．系统保护措施二、空气弹簧悬架刚度的控制在汽车行驶过程中，为了防止或抑制车身出现“点头”、“侧倾”、“后坐”等现象，需要调节悬架的空气弹簧悬架刚度。空气弹簧悬架刚度的调节原理如图9-19所示。空气弹簧悬架的刚度分为“低”、“中”、“高”3种状态。图9-19悬架刚度调节原理1-阻尼调节杆；2-空气阀控制杆；3-主副气室通路；4-副气室；5-主气室：6-气阀体；7-小气体通路；8-阀体；9-大气体通路三、减振器阻尼的控制1．阻尼“柔软”的控制如图9-20（a)所示。2．阻尼“中等”的控制如图9-20（c）所示。3．阻尼“坚硬”的控制过程如图9-20（b）所示。与此同时，扇形齿轮带动回转阀控制杆和回转阀旋转，回转阀上的阻尼孔与活塞杆上的减振油液孔的相对位置如图9-21所示。4．变阻尼悬架系统指示灯的控制（a)阻尼“柔软”（b）阻尼“坚硬”（c）阻尼“中等”图9-20扇形齿轮旋转方向与位置图9-21阻尼孔与油液孔的相对位置如图9-21所示。由于只有B-B截面上的阻尼孔打开，允许减振油液流过活塞的流动速度不快也不慢，因此减振器能以缓慢速度伸缩，使阻尼处于“中等”状态。四、电控悬架系统变高度、变刚度、变阻尼综合控制如图9-22所示为凌志LS400汽车电控悬架变高度、变刚度、变阻尼综合控制系统的组成结构图。图9-22凌志LS400悬架系统的组成（一）系统的控制功能1．弹簧刚度和减振器阻尼力控制功能如下：(1)防侧倾控制

(2)防点头控制(3)防下坐控制(4)高车速控制(5)不平整道路控制(6)颠动控制(7)跳动控制2．车身高度控制功能如下(1)自动高度控制(2)高车速控制(3)点火开关OFF控制（二）系统的组成及工作原理凌志LS400电控空气悬架系统由空气压缩机、干燥器、排气阀、高度控制阀、高度控制继电器、高度传感器、转向传感器、悬架控制执行器、悬架电控单元、悬架刚度调节装置和减振器阻尼力调节装