汽车电器与电控技术 课件 14 悬架控制系统

《汽车悬架控制系统》主讲：舒华教授军事交通学院第十六章电子控制悬架系统第一节电控悬架系统功用与类型第二节变高度电子控制悬架系统第三节变刚度电子控制悬架系统第四节变阻尼减振器电子控制悬架系统第五节变刚度空气弹簧与变阻尼减振器悬架第一节电控悬架系统功用与类型电子控制悬架系统或电子调节悬架系统EMSEMS：ElectronicModulatedSuspensionSystem。一、电子控制悬架系统EMS的功用汽车悬架：车身与车轮之间的所有传力装置的总称。悬架的功用：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转矩传递到车身上，保证汽车正常行驶。二、电子控制悬架系统EMS的组成电子控制悬架系统组成：各种传感器控制开关电控单元EMSECU执行器传感器和控制开关：向EMSECU输入信号；EMSECU：接收传感器和控制开关输入的电信号，并向

执行元件发出控制指令；执行元件：产生一定的机械动作，从而改变车身高度、

空气弹簧的刚度或减震器的阻尼。三、电子控制EMS的控制方式电子控制悬架系统的控制方式：（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。四、电子控制EMS的类型根据EMS功能不同，主要有以下几种类型：（1）电子控制变高度空气弹簧悬架系统；（2）电子控制变刚度空气弹簧悬架系统；（3）电子控制变阻尼减振器悬架系统；（4）电子控制变刚度空气弹簧与变阻尼减振器悬架系统；（5）电子控制变高度变刚度空气弹簧和变阻尼减振器悬架系统。

第二节变高度电子控制悬架系统一、变高度控制悬架系统的功用当车内乘员或载荷变化时，自动调节车身高度，保持汽车正常行驶高度与行驶姿态稳定，从而提高乘坐舒适性。二、类型：一类是仅对两个后轮悬架进行控制；一类是对全部四个车轮的悬架进行高度控制。

二、变高度空气弹簧悬架系统

福特公司电子控制变高度悬架系统主要组成：高度传感器：1~3只电控单元空气压缩机：电机机驱空气干燥器空气排气电磁阀、空气软管、后轮空气弹簧减振器三、车身高度控制系统控制过程

控制过程：当乘员或载荷增加时，空气弹簧充气，车身高度升高；当乘员或载荷减小时，排气阀打开，空气弹簧放气，车身高度降低。

（1）车身高度不变时EMS控制过程

当车身高度保持在设定高度时：车身高电子开关输出高电平（1）车身低电子开关输出低电平（0）电控单元EMSECU发出指令使空气压缩机停止转动，空气弹簧内空气量不变，车身高度保持在正常位置。（2）车身高度降低时EMS控制过程

车身高度降低时：车身高开关输出（1）；车身低开关输出（1）EMSECU向电磁阀和压缩机继电器发出指令，起动压缩机运转，同时打开空气弹簧电磁阀，压缩空气进入空气弹簧气室，气室充气量增加，使车身高度上升。(3)车身高度升高时EMS控制过程

车身升高时：车身高开关输出（0）车身低开关输出（0）EMSECU向排气阀、电磁阀和空气压缩机继电器发出指令，压缩机继电器触点断开，电动机电路切断，使压缩机停转。排气阀和电磁阀阀门同时打开，空气从减振器气室、经电磁阀、空气软管、干燥器、排气阀排出。空气弹簧减振器气室空气量减少，使车身高度降低。第三节变刚度电子控制悬架系统

高度传感器：3只（前2个、后1个）+EMSECU+执行器控制开关：4只点火开关：发动机是否运转制动灯开关：是否踩踏制动踏板室内灯开关：提示汽车车门是否打开EMS通断开关：切断EMS电路，防车身升高或拖车时产生意外运动。一、刚度调节执行元件

结构：空气弹簧的主、辅气室为一体（不仅节省空间，而且质量减轻）连接：悬架上端与车身相连，下端与车轴相连，随着车身与车轮的相对运动，主气室的容积不断变化。调节原理：调节主气室的空气量（即空气压力），即可调节车身刚度。调节方法：因为主气室与辅气室之间的气体可以相互流动，所以改变主、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，就可改变空气弹簧悬架的刚度。二、刚度调节执行元件结构原理

图15-6刚度调节原理1－阻尼调节杆；2－空气阀控制杆；3－主辅气室通道；4－辅气室；5－主气室；6－气阀阀体；7－小通道；8－阀芯；9－大通道主气室5、辅气室4之间的气阀阀体上设有大小两个通道。气阀控制杆2由步进电机驱动，控制杆转动时，阀芯随之转动。阀芯转过一定角度时，气体通道的大小就会改变，主、辅气室之间气体的流量就会改变，从而使悬架刚度发生变化。悬架的刚度分为低、中、高三种状态。（一）刚度“高”调节原理

1－阻尼调节杆；2－空气阀控制杆；3－主辅气室通道；4－辅气室；5－主气室；6－气阀阀体；7－小通道；8－阀芯；9－大通道当气阀控制杆带动阀芯旋转到图中所示高位置时，阀芯的开口被封闭，主、辅气室之间的气体通道切断，两气室之间的气体不能流动。因为在悬架振动过程中，是由主气室的气体来承担缓冲任务，所以当主辅气室的气体不流动时，悬架刚度处于“高”状态。（二）刚度“低”调节原理

图15－6刚度调节原理1－阻尼调节杆；2－空气阀控制杆；3－主辅气室通道；4－辅气室；5－主气室；6－气阀阀体；7－小通道；8－阀芯；9－大通道当气阀控制杆带动阀芯在如图所示位置的基础上沿顺时针方向旋转60°，使阀芯开口转到对准图中低位置时，气体大通道构成通路，主气室的气体经阀芯中央的气孔、阀体侧面的气孔通道与辅气室气体相通，两气室之间的气体流量大。由于主气室气体容积减小、压力降低，因此悬架刚度处于低状态。（三）刚度“中等”调节原理

图15－6刚度调节原理1－阻尼调节杆；2－空气阀控制杆；3－主辅气室通道；4－辅气室；5－主气室；6－气阀阀体；7－小通道；8－阀芯；9－大通道当气阀控制杆带动阀芯在图示位置的基础上沿逆时针方向旋转60°，使阀芯开口对准图中低位置时，气体小通道构成通路，主辅气室之间的气体流量小，因此悬架刚度处于“中等”状态。第四节变阻尼减振器电子控制悬架系统

图15－7丰田汽车变阻尼减振器悬架系统组成车速传感器、转向盘转角与转向传感器、制动灯开关、节气门位置传感器、电控单元EMSECU、工作模式选择开关（仪表板上）、空挡启动开关（自动变速器）、阻尼调节执行器二、运行模式选择开关安装位置：组合仪表板上运行模式：NORM（标准）

SPORT（运动）选择NORM模式时：减振器保持柔软状态。当车速超过120km/h时自动变为中等硬度状态工作。当车速降到100km/h时自动变为柔软状态。选择SPORT模式时：减振器处于中等硬度状态工作。（一）运行模式转换为坚硬的条件在以下条件时，EMSECU将自动控制减振器从柔软或中等硬度变为坚硬状态工作：（1）汽车急转弯时：转向盘转角转向传感器显示；（2）车速20km/h以下急加速时：车速、节气门位置传感器显示；（3）车速高于60km/h制动时：车速传感器和制动灯开关显示；（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：车速传感器和空挡起动开关显示。（二）运行模式转换为柔软或中等硬度的条件在下列条件下，EMSECU将自动控制减振器从坚硬状态变换为中等硬度或柔软状态工作：（1）转弯行驶2s或2s以上时间时；（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时间之后时；（4）自动变速器从空挡N或停车挡P换入其它挡位达到3s或车速达到15km/h时。

三、光电式转向盘转角传感器

图15－8光电式方向盘转角传感器（a）安装位置；（b）传感器结构l－转角传感器；2－传感器信号圆盘；3－光电偶合器；4－透光孔（窄缝）；5－转向轴功用：检测转向轴的转动方向和转动速度

（一）光电式转向盘转角传感器结构结构：信号圆盘：压装在转向轴上透光孔(窄缝)：圆盘的圆周上等距离均匀排列光电偶合器：发光二极管和光敏三极管组成，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。（三）光电式转向盘转角传感器工作原理当透光孔转到发光二极管与光电三极管之间时，光电三极管导通（ON），偶合器输出端输出低电平（0）；当透光孔离开发光二极管与光电三极管时，光电三极管截止（OFF），偶合器输出高电平（1）。EMSECU根据两个光电偶合器输出信号导通ON与截止OFF的频率，即可检测出转向轴的转动速度（角度）。由于两个光电偶合器ON、OFF变换的相位（相差）90°，如图（c）所示，因此通过判断哪个偶合器首先转变为ON状态，即可检测出转向轴的转动方向。例如：当转向轴向左转动时，偶合器№2的输出信号B总是先于偶合器№1的输出信号A处于导通ON状态；反之，当转向轴向右转动时，1号偶合器№1总是先于2号偶合器№2的处于导通ON状态。四、变阻尼执行元件结构安装位置：在减振器支柱顶部。所有变阻尼执行元件电路并联连接，受EMSECU控制。结构组成：步进电机驱动小齿轮扇形齿轮减振器控制杆挡块电磁线圈传动关系：步进电机→驱动小齿轮→扇形齿轮转动→减振器阻尼控制杆（回转阀控制杆）。回转阀转动时，回转阀上的阻尼孔开闭状态改变，从而改变悬架阻尼的大小。（一）回转阀结构原理图15－11回转阀结构原理三个截面：A－A、B－B和C－C截面三个阻尼孔：A－A、B－B和C－C截面上阻尼控制杆（回转阀控制杆）与回转阀连接，在回转阀的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。控制阻尼孔开闭状态，可控制减振油液的流量来控制阻尼大小。五、变阻尼悬架系统控制过程图15－12扇形齿轮旋转方向与位置（a）阻尼“柔软”；（b）阻尼“坚硬；（c）阻尼“中等”（一）阻尼“柔软”的控制过程当EMSECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“柔软”状态时，步进电机沿顺时针方向旋转，因此小齿轮驱动扇形齿轮沿逆时针方向转动，直到扇形齿轮凹槽的一边靠在挡块上为止，如图15－12（a）所示。（一）阻尼“柔软”时回转阀阻尼孔位置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15－13所示。由于A－A、B－B和C－C截面上的三个阻尼孔全部打开，减振油液流速很快，活塞杆能快速伸缩，因此，减振器处于柔软状态。（二）阻尼“中等”时扇形齿轮控制过程

图15－12扇形齿轮旋转方向与位置（a）阻尼“柔软”；（b）阻尼“坚硬；（c）阻尼“中等”当EMSECU确定阻尼为“中等”状态时，EMSECU发出指令使步进电机沿逆时针方向旋转，因此小齿轮便驱动扇形齿轮沿顺时针方向转动，直到扇形齿轮凹槽的另一边靠在挡块上为止（从“柔软”位置开始计算，其转角约为120°），如图（c）所示。（三）阻尼“中等”时回转阀阻尼孔位置阻尼中等时：扇形齿轮带动回转阀控制杆和回转阀顺时针旋转（从“柔软”位置开始计算，其转角约为120°），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15－13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，阻尼中等。（四）阻尼坚硬时扇形齿轮旋位置

图15－12扇形齿轮旋转方向与位置（a）阻尼“柔软”；（b）阻尼“坚硬；（c）阻尼“中等”当EMSECU确定阻尼为“坚硬”状态时，将同时向步进电机和电磁线圈发出控制指令，使步进电机和扇形齿轮从阻尼“柔软”或“中等”的极限位置旋转约60°（从“柔软”的极限位置顺时针旋转60°，从“中等”的极限位置逆时针旋转60°）时，接通电磁线圈电流，其电磁吸力将挡块吸出，使挡块进入扇形齿轮凹槽中间部位的一个凹坑内，如图15－12（b）所示。挡块位于扇形齿轮的凹槽中，其功用是决定扇形齿轮在什么位置停止运