第六章 电控悬架系统

第六章电控悬架系统 第一节概述第二节电控悬架系统的结构与工作原理第三节典型汽车电控悬架系统介绍第四节电控悬架系统的检修 第一节概述 悬架是连接车身和车轮之间一切传力装置的总称 它主要由弹簧 如钢板弹簧 螺旋弹簧 扭杆弹簧等 减振器和导向机构等组成 当汽车在不同的路面上行驶时 由于悬架系统实现了车身和车轮之间的弹性支撑 有效地降低了车身与车轮的振动 从而改变了汽车行驶的平顺性和操纵稳定性 同时 它也引起在汽车起步 制动 转向时车身的俯仰 点头和侧倾等现象 影响汽车的平顺性和操纵稳定性 为解决被动悬架的不足 国外在20世纪60年代就提出了主动悬架的概念 所谓主动悬架 是在悬架系统中采用有源或无源控制元件组成一个闭环控制系统 根据车辆的运动状况和路面状况主动做出反应 以抑制车身的振动和摆动 使悬架始终处于最佳的减振状态 下一页 第一节概述 一 主动悬架的电控系统基本组成 主动悬架的电控系统基本组成见图6 l 传感器将汽车行驶的路面情况 汽车的振动 和车速及启动 加速 转向 制动等工况转变为电信号 输送给电子控制器 控制器将传感器送入的电信号进行综合处理 输出对悬架的刚度和阻尼及车身高度进行调节的控制信号 执行机构按照电子控制器的控制信号 准确地动作 及时地调节悬架的刚度和阻尼系数及车身的高度 下一页 上一页 图6 l悬架电子控制系统的组成 返回 第一节概述 二 分类 电控悬架系统主要有半主动悬架和主动悬架两种 半主动悬架是指悬架元件中的弹簧刚度和减振器阻尼系数之一可以根据需要进行调节 为减少执行元件所需的功率 主要采用调节减振器的阻尼系数法 只需提供调节控制阀 控制器和反馈调节器所消耗的较小功率即可 可以根据路面的激励和车身的响应对悬架的阻尼系数进行自适应调整 使车身的振动被控制在某个范围之内 半主动悬架是无源控制 因此 汽车在转向 启动 制动等工况时不能对刚度和阻尼进行有效的控制 返回 上一页 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 一 半主动悬架系统的结构和工作原理 从行驶平顺性和舒适性出发 弹簧刚度和减振器的阻尼系数应能随汽车运行状态而变化 使悬架系统性能总是处于最优状态附近 但是 弹簧刚度选定后 又很难改变 因此从改变减振器阻尼入手 将阻尼分为两级或三级 由驾驶员选择或根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级 半主动悬架系统通常以车身振动加速度的均方根值作为控制目标参数 以悬架减振器的阻尼为控制对象 半主动悬架的控制模型见图6 2 下一页 图6 2半主动悬架控制模型图 返回 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 图6 4所示为一个由外部电磁铁控制的减振器简图 满足舒适性要求时 可选择较低阻尼级 车辆高速行驶时 可选择较高阻尼级 高阻尼可提高车辆行驶安全性 但舒适性下降 低阻尼可降低系统自振频率 减少对车身的冲击 利于提高舒适性 但安全性下降 悬架阻尼的改变一般是通过控制步进电动机驱动可调阻尼减振器中的有关部件 改变阻尼孔的大小实现的 可调阻尼减振器的原理见图6 5 图6 6所示的悬架阻尼调节装置为三级可调式减振器 三级可调式减振器旁路控制阀调节电动机带动控制杆使回转阀转动 便可通 断油孔和控制油路截面积的变化 使控制阀具有小 中 大3个位置 产生3个阻尼值 以适应不同的行驶条件 下一页 上一页 图6 4外部电磁铁控制 返回 图6 5阻尼力可连续调节 返回 图6 6三级可调式减振器结构 返回 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 图6 7所示为三级可调式减振器阻尼控制执行器的结构与工作状态 执行器装在减振器的上部 执行器可以带动回转阀转动 从而转换阻尼力大小 执行器由直流电动机 限制减速齿轮旋转的挡块 带动挡块的电磁铁 减速齿轮等组成 用直流电动机和电磁铁作为执行器的优点如下 可缩小体积 减轻部件的质量 在不继续通电的情况下 也能保持执行器输出轴的旋转角度 驱动电流小 响应速度快 下一页 上一页 图6 7三级可调式减振器阻尼控制执行器的结构与工作状态 返回 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 二 主动悬架系统的结构和工作原理 一 空气弹簧主动悬架系统 图6 8是一种空气式主动悬架的工作原理图 在这个控制系统中 用到了5个基本行车工况和车身状态传感器 车身位移传感器 节气门开度传感器 转向盘转角传感器 车速传感器 制动灯开关 下一页 上一页 图6 8电子控制空气式悬架原理图 返回 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 主动悬架按其控制功能 可分为车速与路面感应控制 车身姿态控制和车身高度控制 1 车速与路面感应控制 车速与路面感应控制主要是根据车速与路面的变化来改变悬架的刚度和阻尼 可以有 软 和 硬 两种选择 由电脑控制或由驾驶员通过手动开关选择 本例空气主动悬架是驾驶员通过模式选择开关来选择 软 或 硬 这两种模式 在这两种模式中 又按刚度和阻尼的大小分为低 软 中 标准 高 硬 三种状态 在 软 模式中 悬架常处在 低 状态 而在 硬 模式中 悬架则经常处于 中 状态 下一页 上一页 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 2 车身姿态控制 车身姿态控制是指在汽车车速突然改变及转向等情况下 控制器对悬架的刚度和阻尼实施控制 以抑制车身的过度摆动 从而确保车辆乘坐舒适性和操纵稳定性 它包括转向车身侧倾控制 制动车身点头控制和起步车身俯仰控制 3 车身高度控制 车身高度控制是控制器在汽车行驶车速和路面变化时 控制器对悬架输出控制信号 调整车身的高度 以确保汽车行驶的稳定性和通过性 车身高度控制也分 标准 模式和 高 模式两种情况 在每种模式中又分 低 中 高 三种状态 控制方式包括高速感应控制和连续坏路面行驶控制 下一页 上一页 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 二 油气弹簧主动悬架系统 油气弹簧以气体作为弹性介质 而用油液作为传力介质 一般由气体弹簧和相当于液压减振器的液压缸组成 通过油液压缩气室中的空气实现刚度特性 通过电磁阀控制油液管路中的小孔节流实现变阻尼特性 图6 11为雪铁龙XM轿车的主动式油气弹簧悬架布置图 系统工作原理如图6 12所示 三 带路况预测传感器的主动悬架系统 图6 13所示为带路况预测传感器的主动悬架系统 该系统包括一个悬架弹簧和一个单向液压执行器 控制阀6通过油管8与单向液压执行器的油压腔相通 下一页 上一页 图6 11雪铁龙XM轿车的主动式油气弹簧悬架系统 返回 图6 12油气主动悬架系统的工作原理 返回 图6 13带路况预测传感器的主动悬架系统 返回 第二节电控悬架系统的结构与工作原理 控制阀的开度可以随控制电流的大小而改变 以控制进入油管的油量 进而控制施加到液压执行器的油压 随着输入控制阀的电流的增加 液压执行器承载能力也增加 路况预测传感器的设置情况如图6 14所示 该传感器通常为超声波传感器 频率为40kHz左右 它安装在车身的前面 以便对其下方的路面状况进行检测 图6 15所示为路况预测传感器的输出信号 输出信号的幅值与路面凸起物的大小成正比 返回 上一页 图6 14路况预测传感器的位置 返回 图6 15路况预测传感器的输出信号 返回 第三节典型汽车电控悬架系统介绍 一 LS400轿车电控空气悬架系统控制功能 该车电控悬架系统为主动式空气弹簧悬架 弹簧刚度和汽车高度控制可根据驾驶条件自动控制 减振器阻尼力的大小由电子控制 以抑制车辆侧倾 制动时前部点头和高速行驶时后部下沉等汽车行驶状态变化 因此能明显改善乘坐舒适性和操纵稳定性 二 系统操作 电控空气悬架系统有3个操作选择开关 平顺性开关 高度控制开关和高度控制ON OFF开关 下一页 第三节典型汽车电控悬架系统介绍 三 系统组成及工作原理 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ECU 悬架刚度调节装置和减振器阻尼力调节装置等组成 1 汽车高度控制 汽车高度控制系统由压缩机 干燥器 排气阀 1号高度控制继电器 2号高度控制继电器 1号高度控制阀 2号高度控制阀 前后左右4个气压缸 4个车身高度传感器及悬架ECU等组成 下一页 上一页 第三节典型汽车电控悬架系统介绍 2 弹簧刚度和减振器阻尼力控制 电控空气悬架系统气压缸的结构如图6 21所示 悬架系统弹簧刚度和减振器阻尼力控制执行器安装在气压缸的上部 悬架控制执行器电路如图6 22所示 ECU将信号送至悬架控制执行器以同时驱动减振器的阻尼调节杆和气压缸的气阀控制杆 从而改变减振器的阻尼力和悬架弹簧刚度 四 系统线路及连接 图6 23为LS400轿车电控空气悬架系统的线路连接图 图6 24为悬架系统ECU连接器 返回 上一页 图6 21气压缸的结构 返回 图6 22悬架控制执行器电路 返回 图6 23LS400轿车电控空气悬架系统的线路连接图 返回 图6 24悬架系统ECU连接器 返回 第四节电控悬架系统的检修 一 丰田凌志LS400汽车电控悬架系统的一般性检查 电控悬架的一般性检查是对悬架的一些功能 状态进行检查和调整 以便及时发现问题 以确保电控悬架系统正常工 一 车身高度调整功能的检查1 车身升高检查 2 车身降低检查 二 溢流阀工作的检查 三 空气管路漏气检查 四 车身高度的检查与调整1 车身高度的检查2 车身高度调整 下一页 第四节电控悬架系统的检修 二 丰田凌志LS400汽车电控悬架系统的故障自诊断 1 指示灯的检查 2 故障代码的读取3 故障代码的清除4 故障代码表