009悬架控制系统

驱动轮防滑转控制系统,主讲：舒华教授军事交通学院,第十六章电子控制悬架系统,第一节电子控制悬架系统的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,第一节电子控制悬架系统的功用与类型,电子控制悬架系统或电子调节悬架系统EMS：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、电子控制悬架系统EMS的控制方式,电子控制悬架系统的控制方式有：（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、电子控制悬架系统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,图151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个（或3个传感器）电控单元空气压缩机、空压机驱动电机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,（一）光电偶合式车身高度传感器,图152福特公司Courtesy汽车用车身高度传感器1橡胶防尘罩；2线夹；3球状钮销；4磁性滑杆；5滑杆外壳与电子开关；6线束；7车身连接器；8后悬架车身高度传感器；9悬架控制臂连接器,（二）光电偶合式车身高度传感器结构,组成：橡胶防尘罩1磁性滑杆4滑杆外壳与电子开关52个磁感应开关图152福特公司Courtesy汽车用车身高度传感器1橡胶防尘罩；2线夹；3球状钮销；4磁性滑杆；5滑杆外壳与电子开关；6线束；7车身连接器；8后悬架车身高度传感器；9悬架控制臂连接器,（三）光电偶合式传感器原理,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）车身高度不变时悬架系统控制过程,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，空气减振器内空气量不变，车身高度保持在正常位置。,（2）车身高度降低时悬架系统控制过程,当车身高度降低时：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，启动压缩机运转，同时打开空气弹簧电磁阀，压缩空气进入空气弹簧减振器气室，气室充气量增加，使车身高度上升。,（3）车身高度升高时悬架系统控制过程,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，使压缩机停止运转。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,图154福特公司Courtesy汽车变刚度空气弹簧悬架系统高度传感器：3只（前2个、后1个）电控单元刚度调节执行器4只控制开关：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系统通断开关：切断EMS电路，防止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156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,图156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156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156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157丰田汽车变阻尼减振器悬架系统车速传感器、方向盘转角与转动方向传感器、制动灯开关、节气门位置传感器、电控单元、工作模式选择开关（在仪表板上）、空挡启动开关（自动变速器）、阻尼调节执行器,一、变阻尼电子控制悬架系统组成,图157丰田汽车变阻尼减振器悬架系统车速传感器方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工作模式选择开关（在仪表板上）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，控制单元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：方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：车速传感器和空挡启动开关显示,（二）运行模式转换为柔软或中等硬度的条件,在下列条件下，控制单元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）自动变速器从空挡或停车挡位置换入其它挡位达到3s或车速达到15km/h时。,三、光电式方向盘转角传感器,图158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）光电式方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，套装在信号圆盘上并与透光孔（窄缝）配合工作。,（三）光电式方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）。电控单元EMSECU根据两个光电偶合器输出信号导通（ON）与截止（OFF）变换的速度，即可检测出转向轴的转动速度。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，2号偶合器2的输出信号B总是先于1号偶合器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，如图1510所示。所有变阻尼执行元件电路并联连接，由EMSECU控制其工作。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：步进电机带动驱动小齿轮转动，小齿轮带动扇形齿轮转动，扇形齿轮带动减振器阻尼控制杆（回转阀控制杆）转动。回转阀转动时，回转阀上的阻尼孔开闭状态发生改变，从而改变悬架阻尼的大小。,（一）回转阀结构原理,图1511回转阀结构原理三个截面：AA、BB和CC截面三个阻尼孔：AA、BB和CC截面上减振器的阻尼控制杆（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。控制阻尼孔的开闭状态，即可控制减振油液的流动量来控制阻尼大小。,五、变阻尼悬架系统控制过程,图1512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1512（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1513所示。由于AA、BB和CC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1512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1513所示。由于只有BB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1512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1512（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动，从而决定了回转阀控制杆的位置。,（五）阻尼坚硬时回转阀阻尼孔位置,阻尼坚硬时：扇形齿轮带动回转阀控制杆和回转阀旋转（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），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1513所示。由于AA、BB和CC截面上的三个阻尼孔全部关闭，减振油液不能流动，因此减振器伸缩非常缓慢。,（六）回转阀控制过程,图1512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。图1511回转阀结构原理图1513回转阀阻尼孔与减振器活塞杆上油液孔的相对位置,（七）悬架系统指示灯控制,图1515三菱汽车悬架系统指示灯在接通点火开时，阻尼指示灯大约发亮2s后熄灭，以便驾驶员检查指示灯及其线路是否完好。如果控制单元发现系统有故障，将使这些指示灯闪烁，提示驾驶