电控悬架系统.ppt

第二章电控悬架系统,第一节概述汽车减震三个环节：轮胎悬架：起主要作用座椅,1、悬架位置和组成,（1）悬架：车架与车桥（或承载式车身与车轮）之间所有传力连接装置的总称。（2）组成：弹性元件减振器导向机构横向稳定器（辅助弹性元件）（轿车、客车）,2、悬架系统的作用,传力、缓冲、减振、导向。,（1）各部件的作用,弹性元件：承受和传递垂直载荷，缓和及抑制道路不平引起的冲击和振动（缓冲）减振器：吸收弹性元件起落时车辆的振动能量。使车辆迅速恢复平稳状态，借以改善汽车行驶平稳性。衰减道路不平引起的振动（减振）导向机构：传递纵向力、侧向力及其力矩，保证车轮相对于车架和车身有一定的运动规律。（导向）横向稳定器：防止车身在不平路面行驶或转弯时发生较大的横向倾斜。,传力,（2）悬架系统的作用,（1）传力：连接车桥和车架，传递各种作用力和力矩。（2）缓冲、减振：抑制和减小由于地面不平而引起的振动。,（3）导向：保持车轮和车身之间正确的运动关系，以使汽车在行驶中保持良好的平顺性和操纵稳定性。,即：把路面作用于车轮上的各种反力及这些反力所造成的力矩都传到车架上，以保证汽车的正常行驶。同时吸收汽车在高低不平路面上行驶所产生的颠簸力。,3、车身的自然振动频率,系统振动的固有频率n：由悬架刚度C和簧载质量M决定f-悬架垂直变形n应接近人习惯的垂直振动频率：即步行时身体上下振动的频率，11.6HZC一定时，M越大，f越大n越低（空车高、满载低）当承载和路面变化时，要保持车身自振频率不变，则悬架刚度应可变。,4、汽车对悬架的两项相反要求,使车辆具有软弹簧般的舒适性。（通过车体或车身某部位的加速度响应来评价）保证车辆操纵的稳定性。（借助车轮的动载来度量）而：弹簧软车体加速度减小，舒适性增加；但导致车体位移增加，由此产生车体重心的变动，将引起轮胎负荷变化的增加，平稳性变差；弹簧硬操纵稳定性提高，但硬的弹簧导致汽车对路面不平度很敏感，舒适性变差。,5、传统悬架系统的弹簧刚度和阻尼系数,固定不变。悬架的设计就是要确定弹簧和减震器的参数，使系统在舒适性和稳定性之间寻求一个折衷方案，这种折衷只可能在特定工况下是最优的。它不能随路况、车速等条件调节悬架参数。传统悬架又称被动悬架.赛车：以操纵稳定性为主（硬）高级轿车：以平顺性为主。（软）,被动悬架的缺点,车载质量变化导致车架静态工作点变化较大。空载高位，满载低位悬架阻尼系数和n随载荷变化。-车辆行驶在波动频率接近n时，车体振动加剧，振幅最大,理想的悬架,能在车辆载荷变化的情况下，实现车高调整。使车高适应路面状况和行驶车速的变化，从而提高汽车的操纵稳定性和通过性。在转弯、加速、减速等车辆受力不平衡的情况下，实现车辆的姿态调整。在不平路面行驶情况下，调节系统刚度及阻尼特性，在一定程度上隔绝路面不平度对车的扰动。,6、悬架系统控制的目的,（1）尽可能减轻由路面不平引起的，并由车轮传递到车身的冲击和振动力，以改善汽车乘坐的舒适性。（2）减少车体高度及车身姿态的变化，以提高汽车行驶的稳定性。,7、悬架的分类,（1）被动悬架：弹簧和减振器参数固定。（2）半被动悬架（3）半主动悬架（4）全主动悬架,半被动悬架,悬架的一些参数可由司机根据路面载荷等条件在一定范围内调节，使悬架性能总是处于最优状态附近。因弹簧刚度在选定后很难改变，一般将阻尼分为几个等级，由司机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,通常指悬架元件中弹簧刚度和减震器阻尼系数之一根据需要进行调节控制的悬架。阻尼系数能随行驶状态的动力学要求做无级调节，并在几毫秒内由最小变到最大。,被动悬架阻尼仅在一条线上变动半被动悬架可在几条线上变动半主动悬架可在平面内一定范围内连续可变,全主动悬架（电控悬架）,能根据车辆的运动状态和路面情况适时调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最优减震状态。不仅阻尼特性连续可控，而且可调节悬架刚度。有：电磁阀驱动的油气式悬架步进电机驱动的空气悬架是汽车悬架发展的方向。,8、电控悬架的主要功能,（1）车高调节。（载荷，车速，路况）（2）抑制车辆姿态的变化，提高车辆的操纵稳定性。（仰头、点头、侧倾）（3）刚度变化。（变硬，变软）,按控制功能，电控悬架系统有：,载敏调高控制行驶平顺性控制速敏控制路敏控制,二、电控悬架系统,（一）电控悬架系统的控制功能：悬架控制单元根据各种传感器信号控制悬架系统的刚度和阻尼。,按弹性元件的结构，电控悬架包括：,空气悬架控制系统液压悬架控制系统,空气弹簧式主动悬架,液压悬架控制系统,（二）电控悬架系统的组成,主要由三大部分组成：传感器：车高传感器、车速传感器、转向传感器、加速度传感器等控制单元执行机构：电磁阀（空气弹簧）电机或继电器（减振器）,电控悬架的主要组成,1、传感器,（1）转向传感器位置：安装在转向柱上。结构：发光二极管光敏二极管带槽的转盘工作原理,（2）车身高度传感器,1）位置前轮高度传感器：下摆臂与车架横梁之间。后轮高度传感器：悬架摆臂和车架之间。,（2）车身高度传感器,2）种类A.磁性滑阀式：高度传感器上端有一个磁性滑阀，当汽车高度发生变化时，滑阀在传感器下壳内上下运动。传感器下壳内有两个电控开关（超高开关，欠高开关），通过线束与控制模块连接。B.霍尔式为电控可旋转式高度传感器，主要包括：一个永磁转子一个霍尔元件,（2）车身高度传感器,C.光电式组成：轴（靠连杆带动旋转）遮光盘（装在轴上，上面刻有窄缝将转角数码化）四组光电耦合元件原理,（2）车身高度传感器,3）工作原理：A、磁性滑阀式当高度正常时两电控开关都断开。车高增加时，磁性滑阀上移超高开关闭合控制模块打开相应的空气弹簧阀和排气阀空气弹簧排气改正超高离地高度。车高降低时，磁性滑阀下移超高开关断开欠高开关闭合控制模块使压缩机继电器通电并打开相应的空气弹簧阀空气弹簧充气改正欠高的离地高度。,（2）车身高度传感器,B、霍尔式为电控可旋转式高度传感器，主要利用永磁转子的转动和霍尔元件的霍尔效应产生车高电压信号。悬架的运动使永磁转子旋转使霍尔元件上的电压信号变化电压信号与标准车高、超高和欠高成比例。,霍尔效应原理：,UHRHIB/d式中：RH为霍尔系数；d为基片厚度；I为电流；B为磁场强度。,（2）车身高度传感器,C、光电式车高传感器装于车身上并通过传动轴、连杆与悬架臂相连接，而连杆随着汽车高度的变化而上下摆动。由两组光电传感器和一个开口圆盘组成不同车高时，由于开口圆盘位置的变化，而使光电传感器发出的光线通或断，检测车高信息。,（3）车速传感器,与发动机共享。一般安装在变速器输出轴上，或车速表软轴的输出端内。,（4）制动开关,安装在制动阀总成的常开式开关当制动压力达到2758KPa时，制动传感器开关闭合。,(5)重力加速度传感器,位置安装在汽车的四角，后重力加速度传感器安装在车架后部靠近后悬架支架处。前重力加速度传感器安装在减振器支架上。作用将车身垂直方向的加速度信息变成相应的电压信号传给控制单元。,2、执行机构,空气弹簧组件：空气弹簧空气弹簧阀空气压缩机压缩机继电器可调阻尼减震器执行装置,（1）空气弹簧,位置：安装在前后悬架的减震器上，在下摆臂和车架横梁之间。不同之处：前悬架弹簧下端用卡子连在下摆臂上。后悬架弹簧下端用螺栓固定在下摆臂上每个空气弹簧都有一个进、排气电磁阀。由于轿车前悬架空气弹簧比后悬架空气弹簧承受更多的质量所以前悬架空气弹簧较大。空气弹簧约比传统螺旋弹簧软1/3，汽车行驶舒适。,1）结构特点,由一个保持正常气压的加强橡胶袋组成。气袋底部连接到一个反向的活塞状的座上，颠簸期间用来减少气袋内部容积。当被压缩时，能够增加弹簧内的空气压力，使其刚性逐渐变大。这种非线性弹簧变化率有助于吸收冲击，对车身在悬架上下垂直颠簸起保护作用。,弹簧刚度可有级控制的空气弹簧,2）组成,主气室副气室刚度控制阀：主、副气室之间的电磁阀变阻尼减振器,3）弹簧刚度的改变,通过刚度控制阀改变主、副气室之间的流通面积以调节空气弹簧刚度。可实现弹簧刚度“软/中/硬”三级转换控制。软城镇公路或高级公路中高速（110km/h）或弯曲道路硬加速、转弯等弹簧刚度越小，振动就越小，平顺性越好。弹簧刚度增大，则操纵稳定性提高。,刚度控制阀,该阀：最大开度弹簧刚度为软全关闭弹簧刚度为硬开口较小弹簧刚度为中,一般减小弹簧刚度会导致汽车增大前倾或俯仰的角度。所以，弹簧刚度的控制多数情况下是和汽车高度控制或减振器阻尼力的控制相结合使用，以便从总体上改善平顺性。,弹簧刚度控制执行机构,执行机构：直流电机和齿轮机构。装在减振器的顶部，与减振器阻尼控制执行机构设计在一起。电机接收ECU的控制信号，电机通过齿轮传动带动刚度控制杆转动，调节刚度控制阀处于不同的位置，从而改变主、副气室之间的流通面积。,由于空气粘性阻力的作用，空气弹簧的频率特性如下图中等刚度条件下，悬架振动处于低频率区时，刚度接近于软的设置；而悬架振动在高频率区时，刚度接近于硬的设置。为了在较低的频率时获得中等的弹簧刚度，较小的流通面积的直径一般为2mm。,4）车身高度的调节,A、车高控制执行机构有：空气弹簧阀空气压缩机主气室,车高调节原理,ECU根据车高传感器判断汽车的高度状况，进行车身高度调节。若车高低，则控制空气压缩机和空气弹簧阀，向空气弹簧主气室内充气使车高增加。若车高高，则打开空气弹簧阀向外排气使车高降低。,（2）空气弹簧阀,安装在空气弹簧顶部。是两位两通电磁滑阀，通常关闭。线圈通电时，阀芯移动将空气弹簧的通道打开空气弹簧进气或排气。,（3）空气压缩机,为单活塞的曲轴和连杆机构直流电动机作为动力源驱动压缩机工作。通过活塞在汽缸内上下运动实现高压空气源的形成。气缸顶端装有进、排气阀。排气阀通常关闭，用来给系统排气。当需要给空气弹簧排气时，空气弹簧阀和排气阀必须同时通电，且压缩机关闭。,（4）压缩机继电器,作用：控制压缩机电动机工作电源通断。12V电,减振器阻尼控制,减振器阻尼控制有：主动阻尼控制：连续变化阻尼控制半主动阻尼控制：开/关阻尼转换控制,主动阻尼控制,要实现连续阻尼控制，减振器中需要有一个可以在最大和最小节流孔流通面积之间连续变化的阻尼控制阀。,半主动阻尼控制,即“开/关”型阻尼控制，在减振器结构中采用较为简单的控制阀，仅需在“最大、中等、或最小”的流通面积之间进行有级调节。控制阀的结构和控制方法大为简化，同时也降低了控制系统的复杂性。通常根据不同的路面条件和不同的行驶要求，有：“软、硬”两种阻尼工况或“软、中、硬”三种。是主动减振器和普通减振器之间的折衷。,实现“软、中、硬”三种阻尼转换的减振器,阻尼调节原理,通过驱动设置在减振器顶部的电机，来控制旋转阀1或2到不同位置，以得到不同的阻尼。软：节流口A和C打开中：节流口B打开硬：节流口A、B、C全不关闭，只用减振器中所设置的单向阀来产生阻尼。,阻尼调节执行机构,位置：在减振器的顶部。组成：直流电机扇形齿轮控制杆电磁铁限制器,减振器阻尼转换装置,工作原理,直流电机驱动扇形齿轮左右转动，通过控制杆带动旋转阀旋转，有级地改变减振器阀门节流的流通面积，从而改变