汽车电器与电控技术 课件 12 汽车电控悬架技术（4讲）

主讲：舒华教授汽车电控技术

AutomobileElectronicControlTechnology中国人民解放军军事交通学院第4讲电控悬架与车身高度调节系统主讲：舒华教授

第2章汽车电控悬架技术

ElectronicModulatedSuspensionTechnology

一、教学内容（1）汽车电控悬架系统的功用、组成与类型（2）车身高度与刚度、减振器阻尼调节系统的结构原理（3）悬架调节的控制原理与控制过程二、教学要求（1）了解汽车电控悬架系统的功用、组成与类型（2）熟悉车身高度与刚度、减振器阻尼调节系统的结构原理（3）掌握悬架调节的控制原理与控制过程2.1汽车电控悬架系统—教学任务2.1.1电控悬架系统的功用汽车车身与车轮之间所有传力装置的总称。

将路面作用于车轮的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力、制动力）、侧向反力以及由这些反力形成的力矩传递至车身，保证汽车正常行驶。汽车电控悬架系统EMS：ElectronicModulatedSuspensionSystem

在汽车行驶过程中，当载荷和速度变化时，自动调节车身高度、悬架刚度和减振器阻尼的大小，提高汽车的平顺性（乘座舒适性）。汽车悬架功用悬架功用2.1.2电控悬架系统的组成4-主节气门位置传感器；6-EMSECU；8-后悬架调节执行器；12-后车身高度传感器；13-驾驶模式选择开关；14-高度调节开关；15-转向盘转向与转角传感器；16-制动灯开关；17-前悬架调节执行器；18-前车身高度传感器；传感器

EMSECU执行器2.1.3电控悬架系统的分类1.按控制方式分类（1）控制车身高度；（2）控制空气弹簧刚度；（3）控制油液减振器阻尼。2.按功能及其组合形式不同分类

（1）电子控制车身高度调节系统——即变高度空气弹簧悬架系统。

（2）电子控制悬架刚度调节系统——即变刚度空气弹簧悬架系统。

（3）电子控制减振器阻尼调节系统——即变阻尼减振器悬架系统。

（4）电控车身高度与悬架刚度调节系统—变高度与变刚度空气弹簧悬架系统

（5）电子控制车身高度、悬架刚度与减振器阻尼调节系统——即变高度、变刚度空气弹簧与变阻尼减振器悬架系统。

分类2.2电控车身高度调节系统电子控制车身高度调节系统——又称为变高度空气弹簧悬架系统（1）功用：汽车载荷量或乘员数变化时，自动调节车身高度，使汽车行驶稳定，提高平顺性。（2）分类：调节方式调节两个后轮悬架高度；调节全部车轮悬架高度。

2.2.1组成：4个高度传感器控制开关EMSECU调节执行器：4个气压缸、2个高度控制电磁阀、空压机、干燥器和空气管路示意图2.2电控车身高度调节系统2.2.1电控车身高度调节系统组成2.2.2车身高度传感器1.功用：将车身高度信号输入EMSECU，以便调节车身高度（10~30mm）。2.结构组成：光电式护盖壳体：信号发生器：光电耦合元件——发光二极管与光敏晶体管信

号

转

子：遮光盘圆周制有弧度不等的透光槽，与传感器轴、连杆制成一体。功用结构组成2.2电控车身高度调节系统2.2.1电控车身高度调节系统组成2.2.2车身高度传感器2.结构组成：安装位置壳体：固定在车架上，光电耦合元件固定在壳体上。∴当车身高度变化时，光电耦合元件仅随车身上下移动，遮光盘则随悬架臂的摆动而绕传感器轴转动。安装位置2.2电控车身高度调节系统3.检测原理：车身升高时，悬架臂右端离地间隙增大，悬架臂通过拉紧螺栓和连杆带动传感器轴沿顺时针方向转动一定角度。车身降低时，悬架臂右端离地间隙减小，车架上的传感器壳体向轮轴靠近，因为拉紧螺栓的长度不变，所以悬架臂将通过拉紧螺栓和连杆带动传感器轴逆时针转动一定角度。2.2电控车身高度调节系统2.2.1电控车身高度调节系统组成2.2.2车身高度传感器3.检测原理：当传感器轴转动时，带动固定在轴上的遮光盘一同转动。遮光盘上的透光槽便在发光二极管

与光敏晶体管之间转过。透光时：晶体管导通，输出“0”(0~0.3V)遮光时：晶体管截止，输出“1”(4.7~5.0V)2.2电控车身高度调节系统2.2.1电控车身高度调节系统组成2.2.2车身高度传感器3.检测原理：透光时：输出“0”遮光时：输出“1”EMSECU根据各组光电耦合元件的输出信号，判定车身高度和车高区间。光电耦合元件输出信号状态车身高度/cm车身高度判定结果备

注№.1（SH1）№.2（SH2）№.3（SH3）№.4（SH4）110115过高由上往下，车身降低110014

010013

010112

011111偏高011010

00109

00118正常00017

00006

10005偏低10014

10113

10102

11101过低11110

2.2电控车身高度调节系统2.2.3车身高度的调节调节原理：当汽车载荷量或乘员数发生变化时，通过增加或减少空气弹簧气压缸内的空气量，使空气弹簧伸长或缩短来自动调高车身高度。1.车身高度不变断开空压机继电器电路；

空压机停转，气压缸内空气量不变。2.车身高度升高接通空压机继电器和高度控制电磁阀电路；

增加空气弹簧气压缸内空气量。

压缩机→干燥器→高度控制电磁阀→空气弹簧气压缸→车身升高。调节原理充气通道2.2电控车身高度调节系统2.2.3车身高度的调节1.车身高度不变2.车身高度升高3.车身高度降低切断空气压缩机继电器电路，接通排气阀和高度控制电磁阀电路。排气路径：空气弹簧气压缸

高度控制电磁阀

干燥器

排气阀排出。

空气弹簧气压缸内空气量减少

车身降低。调节原理：

篮球充气与放气排气通道2.2电控车身高度调节系统4.保护措施（1）干燥器中空气的最低压力保持在55~165kPa，保证系统中有一定量的空气。在汽车载荷量或乘员数减少而使空气弹簧伸长时，气压缸不致凹瘪。（2）在高度传感器输入信号7~13s后，EMSECU才会向执行元件发出控制信号。在这段时间内，如果高度传感器信号没有变化，EMSECU就不会改变车身高度，防止悬架正常运动时，EMSECU使车身升高或降低。（3）EMSECU控制空气压缩机连续运转时间最长不超过2min，排气阀打开最长时间不超过1min。（4）在行李厢中设有高度调节自动切断开关。当车身高度上升至极限值时，该开关将切断系统控制电源，防止车身过高或在拖车时发生意外。课程小结（4）这次课主要介绍了：（1）汽车电控悬架系统的功用、组成与分类。（2）车身高度调节系统控制部件（高度传感器）的结构原理。（3）车身高度调节系统控制原理与控制过程。这一讲是悬架控制系统的基础，希望同学们认真复习，为使用维修打好基础。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第5讲汽车电控悬架刚度调节系统主讲：舒华教授

第2章汽车电控悬架技术

ElectronicModulatedSuspensionTechnology

一、教学内容（1）汽车电控悬架刚度调节系统的功用与组成（2）悬架刚度调节系统控制部件（空气阀）的结构原理——难点（3）悬架刚度的控制原理与控制过程二、教学要求（1）掌握汽车电控悬架刚度调节系统的功用与组成（2）熟悉悬架刚度调节系统控制部件的结构原理（3）了解悬架刚度的控制原理与控制过程2.3悬架刚度调节系统—教学任务2.3电控悬架刚度调节系统1.基本概念悬架刚度：

车轮中心相对于车架和车身向上移动单位距离所需加于悬架上的垂直载荷。——使悬架产生单位垂直压缩变形所需加于悬架上的垂直载荷。当悬架所受垂直载荷一定时，悬架刚度越小，则车身自然振动频率越低，悬架垂直变形就越大；——反之，悬架刚度越大，车身自然振动频率越高，悬架垂直变形就越小。2.变刚度调节系统的功用：

当汽车载荷变化时，自动调节悬架刚度，提高汽车的平顺性（舒适性）。2.3.1悬架刚度调节系统的组成18-前车身高度传感器；12-后车身高度传感器；13-驾驶模式选择开关；14-高度调节开关；16-制动灯开关；6-EMSECU；17-前悬架调节执行器；8-后悬架调节执行器；传感器EMSECU执行器变刚度与变高度系统的组成基本相同，空气弹簧气压缸的内部结构调节机构不同。2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.1悬架刚度调节系统的组成1.变刚度空气弹簧悬架的结构（1）空气弹簧气压缸内部分为两个腔室主气压腔辅气压腔（2）悬架连接：上端连接车身，下端连接车轴，随着车身与车轮的相对运动，主气室的压缩空气量不断变化。（3）主、辅气压腔之间设有空气调节阀（空气阀）空气阀由步进电动机驱动。空气弹簧悬架结构2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.1悬架刚度调节系统的组成1.变刚度空气弹簧悬架的结构2.刚度的调节原理与调节方法调节原理：调节主气室内的空气量（压力）来调节悬架刚度。调节方法：——篮球打气主气室与辅气室之间的气体可以相互流动，改变主、辅气室之间气体通路的大小，使主气室被压缩的空气量发生变化，从而改变空气弹簧悬架的刚度。

步进电动机

驱动空气调节阀

气体通路的大小。2.3.2空气调节阀的结构原理2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.2空气调节阀的结构原理空气调节阀：空气阀1.结构组成A-A截面

图2-8空气阀的结构组成1－阻尼调节杆；2－空气阀控制杆；3－主辅气室通道；4－辅气压腔；5－主气压腔；6－阀体；7－小通道；8－阀芯；9－大通道A-A2.3.2空气调节阀的结构原理2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.2空气调节阀的结构原理2.空气阀的结构特点阀体6：——主气压腔5与辅气压腔4之间，——阀体设有两个空气通道：

（小通道7和大通道9）阀芯8：随空气阀控制杆2一同转动。——空气阀控制杆2由步进电动机驱动，步进电动机由EMSECU控制。2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.2空气调节阀的结构原理3.空气调节阀工作原理控制策略：控制原理：当阀芯8转动一定角度时，就可接通阀体6上空气通道的大通道9或小通道7，使主、辅气压腔之间的空气流量改变，从而改变空气弹簧悬架的刚度。传感器EMSECU步进电动机

控制杆2阀芯转动2.3.3悬架刚度的调节原理2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.2空气调节阀的结构原理2.3.3悬架刚度的调节1.刚度调节原理：主气压腔打气改变空气弹簧主气压腔内压缩空气量的大小，使压缩空气的压力和密度改变来调节空气弹簧悬架的刚度。

同理，如果使主、辅气压腔之间的压缩空气流动，那么改变主、辅气压腔之间压缩空气通道的大小，使主气压腔内压缩空气的压力和密度改变，就可改变空气弹簧悬架的刚度。2.3.4悬架刚度的调节过程2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.2空气调节阀的结构原理2.3.3悬架刚度的调节2.刚度调节过程：刚度：“低”、“中”、“高”三种状态。（1）悬架刚度“高”状态的控制——图2-8所示的“高”位置当步进电动机驱动空气阀控制杆并带动阀芯旋转到图2-8示位置时，阀芯的开口被封闭，主、辅气压腔间的空气通道被切断，两气压腔之间的空气不能流动。同时，EMSECU控制高度控制电磁阀和压缩机继电器电路接通，压缩空气继续充入主气压腔，使空气压力升高、密度增大。

悬架刚度处于“高”状态。2.3.4悬架刚度的调节过程2.刚度调节过程：（2）悬架刚度“低”状态的控制当步进电动机驱动空气阀控制杆并带动阀芯在图2-8所示位置的基础上沿顺时针方向旋转60°，使阀芯开口对准图中“低”位置时：——空气大通道9构成通路，主气压腔内的压缩空气经阀芯中央的气孔和阀体侧面的气孔与辅气压腔构成通路并流入辅气压腔，两气压腔之间的空气流量较大。与此同时，EMSECU控制高度控制电磁阀和排气阀电路接通，辅气压腔内的部分压缩空气从排气阀排出。

主气压腔的压缩空气减少、压力降低、密度减小，悬架刚度处于“低”状态。2.3.4悬架刚度的调节过程2.3.1悬架刚度调节系统的组成2.3.2空气调节阀的结构原理2.3.3悬架刚度的调节2.刚度调节过程：（3）悬架刚度“中”状态的控制当步进电动机驱动空气阀控制杆并带动阀芯在图2-8位置的基础上沿逆时针方向旋转60°，使阀芯开口对准图中“中”位置时：——空气小通道7构成通路，主、辅气压腔之间的空气流量很小。与此同时，EMSECU控制高度控制电磁阀和压缩机继电器电路断电。

主气压腔内压缩空气量变化很小，使悬架刚度处于“中”状态。2.3.4悬架刚度的调节过程3.抑制点头的控制在紧急制动时，制动灯开关接通，EMSECU计算确定汽车减速度大小，抑制点头，方法是：控制前空气弹簧充气升高其刚度，控制后空气弹簧放气降低其刚度。——EMSECU计算减速度确定无须抑制点头时，使前、后悬架刚度处于“中”。配合阻尼控制：——EMSECU使前减振器阻尼变成“坚硬”，后减振器的阻尼变成“柔软”状态。2.3.4悬架刚度的调节过程4.抑制侧倾的控制在汽车急转弯时，由于汽车重心外移和离心力作用，车身会出现侧倾现象。（1）EMSECU判定侧倾的依据：转向盘转向与转角（转动方向与转动角度）传感器信号——方向与弯度侧向加速度（惯性力）传感器信号——侧倾程度（2）侧倾控制：调节空气弹簧的刚度和减振器的阻尼控制转向外侧的空气弹簧充气，使其空气压力升高、密度增大，刚度升高；控制转向内侧的空气弹簧放气，使其空气压力降低、密度减小，刚度降低。课程小结（5）这次课主要介绍了：（1）汽车电控悬架刚度调节系统的功用与组成（2）悬架刚度调节系统控制部件（空气阀）的结构原理（3）悬架刚度的控制原理与控制过程这一讲在悬架高度控制的基础，增加了空气阀来控制主副气压腔的空气通道，希望同学们认真复习，为使用维修打好基础。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第6讲汽车电控减振器阻尼调节系统主讲：舒华教授

第2章汽车电控悬架技术

ElectronicModulatedSuspensionTechnology

一、教学内容（1）汽车电控减振器阻尼调节系统的组成与控制方式（2）电控减振器阻尼调节系统的运行模式及其转换条件（3）电控减振器阻尼调节系统（传感器）的结构原理——难点之一二、教学要求（1）掌握汽车电控减振器阻尼调节系统的组成与控制方式（2）熟悉减振器阻尼调节系统的传感器的结构原理（转向判定）（3）了解减振器阻尼调节系统的运行模式及其转换条件2.4减振器阻尼调节系统—教学任务2.4电控减振器阻尼调节系统1.基本概念

当振动物体或振荡电路的能量逐渐减少时，振幅相应减小的现象。2.电控变阻尼调节系统功用：

当汽车载荷变化时，自动调节减振器阻尼，提高汽车的平顺性（舒适性）。3.电控变阻尼调节系统的优点：空气弹簧悬架系统：增加附件——空气压缩机和干燥器等装置减振器阻尼调节系统：增加电子控制元件和变阻尼执行元件。

突出优点：质量小！阻尼2.4.1减振器阻尼调节系统的组成车速传感器节气门位置传感器转向与转角传感器工作模式选择开关（仪表盘上）制动灯开关空挡起动开关（自动变速汽车）EMSECU减振器阻尼调节元件（执行器）传感器EMSECU执行器2.4.1减振器阻尼调节系统的组成2.4.1电控减振器阻尼调节系统1.控制方式：

（1）根据汽车行驶状况进行控制。

（2）根据驾驶人选择的运行模式进行控制。

（3）根据汽车行驶状况和驾驶人选择的运行模式进行控制。2.电控减振器工作模式选择开关——运行模式选择开关：“NORM（标准）”“SPORT（运动）”3.电控减振器阻尼的状态：“柔软”状态；“中等硬度”状态；“坚硬”状态。工作模式阻尼状态控制方式显示位置：组合仪表板上运行模式：“NORM（标准）”+“SPORT（运动）”4.运行模式选择开关的选用选择“NORM”

模式时：——减振器保持“柔软”状态。当车速超过120km/h时，EMSECU自动变为“中等硬度”

状态。当车速降到100km/h时，EMSECU自动变为“柔软”

状态。选择“SPORT”

模式时：——减振器处于“中等硬度”

状态工作。2.4.1减振器阻尼调节系统的组成5.减振器工作状态自动转换的条件

在下列情况之一时，EMSECU将控制减振器从“柔软”或“中等硬度”自动转换为“坚硬”状态工作：（1）汽车急转弯时，外侧减振器坚硬。依据转向盘转向转角传感器信号；（2）车速20km/h以下急加速时。依据车速、节气门位置传感器信号；（3）车速高于60km/h制动时。依据车速传感器和制动灯开关信号；（4）车速低于10km/h，自动变速器从空挡N或停车挡P换入其它挡位时。依据车速传感器和空挡起动开关信号。2.4.1减振器阻尼调节系统的组成“柔软”或“中等硬度”“坚硬”5.减振器工作状态自动转换的条件

在下列情况之一的条件时，EMSECU将控制减振器从“坚硬”自动转换为“柔软”或“中等硬度”状态工作：（1）转弯行驶2s或2s以上时；（2）加速时间达到3s或汽车速度达到50km/h时；（3）制动灯开关断开2s之后时；（4）变速器从空挡N或停车挡P换入其它挡位达到3s或车速达到15km/h时。2.4.1减振器阻尼调节系统的组成“坚硬”“柔软”或“中等硬度”2.4.2阻尼调节系统部件结构原理1.转向与转角传感器（1）功用：检测转向盘的转动方向与角度。（2）安装：转向轴上（3）结构组成：光电式光电耦合元件3图2-10光电式转向与转角传感器信号圆盘2（a）安装位置；（b）传感器结构传感器壳1l—传感器壳体；2—信号圆盘；

3—光电耦合元件；4—透光孔；5—转向轴2.4.2阻尼调节系统部件结构原理信号圆盘：压装在转向轴上透光孔(窄缝)：圆盘的圆周上距离相等、均匀排列光电偶合元件：发光二极管和光敏晶体管组成，共2组偶合器，套装在信号圆盘两侧，并与透光孔（窄缝）配合工作。2.4.2阻尼调节系统部件结构原理1.转向与转角传感器（4）工作原理：当信号圆盘随转向轴转动时，透光孔便在两组光电耦合元件间转过，传感器输出高低电平。透光时：光敏晶体管导通（ON），传感器输出为“0”(0~0.3V)；遮光时：光敏晶体管截止（OFF），传感器输出“1”(4.7~5.0V)。2.4.2阻尼调节系统部件结构原理1.转向与转角传感器（4）工作原理：（5）转角转速判定：EMSECU根据

№1和№2信号ON与OFF变换的频率，计算转动速度和角度。（6）转动方向判定：∵№1和№2两组元件ON、OFF变换的相位（相差）为90°，EMSECU根据哪一组首先转变为ON状态，即可判定出转向盘的转动方向。∴当№2元件输入EMSECU的ON（90°）信号领先于№1光电耦合元件的ON信号时，EMSECU判定为转向盘向左转动。反之右转。课程小结（6）这次课主要介绍了：（1）汽车电控减振器阻尼调节系统的组成与控制方式（2）电控减振器阻尼调节系统的运行模式及其转换条件（3）电控减振器阻尼调节系统（光电式传感器）的结构原理

这一讲是悬架阻尼控制的基础，希望同学们认真复习，为使用维修打好基础。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第7讲悬架阻尼执行元件与控制过程主讲：舒华教授

第2章汽车电控悬架技术

ElectronicModulatedSuspensionTechnology

一、教学内容（1）电控减振器阻尼调节系统执行元件的结构原理——难点（2）减振器阻尼的控制原理与控制过程二、教学要求（1）掌握汽车电控减振器阻尼调节回转阀的结构原理（2）熟悉减振器阻尼调节系统的控制原理与控制过程2.4减振器阻尼调节系统—教学任务2.4.2阻尼调节系统部件结构原理2.减振器变阻尼执行元件（1）安装位置：各减振器支柱顶部、并联关系（2）结构组成：步进电动机4：动力源驱动小齿轮3、扇

形

齿

轮2：传动机构挡块1、电磁线圈5：决定扇形齿轮停止运动的位置阻尼控制杆6：回转阀控制杆（3）动力路径：步进电动机→驱动小齿轮→扇形齿轮→阻尼控制杆→回转阀2.4.2阻尼调节系统部件结构原理（4）回转阀的结构：管状结构、连接控制杆回转阀不同截面上设有阻尼孔，分别与减振器活塞杆上的减振油液孔处于同一个截面上。

控制阻尼孔的开闭，控制减振器油液的流量，从而调节阻尼的大小。阻尼“坚硬”：阻尼孔与油液孔互不相同；阻尼“中等”：B-B阻尼孔与油液孔接通；阻尼“柔软”：阻尼孔与油液孔全都接通。原理2.4.3减振器阻尼的调节原理1.动力传动关系：步进电动机→驱动小齿轮→扇形齿轮→阻尼控制杆→回转阀→改变阻尼孔的开闭状态2.4.3减振器阻尼的调节原理2.阻尼状态：

柔软、中等硬度、坚硬。3.调节原理：水枪刺水调节减振油液的流量来调节阻尼的大小。4.减振器阻尼的调节过程（1）阻尼“柔软”传感器EMSECU阻尼“柔软”状态：EMSECU指令：步进电动机沿顺时针方向旋转，轴端小齿轮驱动扇形齿轮沿逆时针方向转动，图a示，直到扇形齿轮凹槽（左侧）靠在挡块上为止。2.4.4减振器阻尼的调节过程（1）阻尼“柔软”当扇齿转动时，带动回转阀控制杆和回转阀转动。回转阀上阻尼孔与活塞杆上减振油液孔相对位置如图2-15所示，三个阻尼孔全部接通，

允许减振油液快速流过活塞，因此，减振器能很快伸缩，

使阻尼处于“柔软”状态。2.4.4减振器阻尼的调节过程（2）阻尼“中等硬度”EMSECU指令：步进电动机沿逆时针旋转，图2-14c所示。小齿轮驱动扇齿沿顺时针转，直到扇齿凹槽（右侧）靠在挡块上。(从“柔软”位起转角约为120°)阻尼孔与减振油液孔的相对位置如图2-15所示。只有B-B截面阻尼孔接通，减振油液流过活塞的流速适中，减振器能缓慢伸缩，使阻尼“中等硬度”。2.4.4减振器阻尼的调节过程（3）阻尼“坚硬”EMSECU指令：———步进电动机：———电磁线圈：回转阀从“柔软”的极限位置顺时针旋转60°，回转阀从“中等”的