第5章电子控制悬架系统 汽车电子控制技术(第2版)凌永成 电子课件.ppt

汽车电子控制技术，相关教材信息，教材名称：汽车电子控制技术(第2版)教材主编：凌永成教材价格： 40RMB出版社：北京大学出版社出版时间/修订： 2011年7月第2版国际标准书号(ISBN):978-7-301-19225-2教材所属系列： 21世纪全国大学汽车类创新型应用人才培养计划教材、 第五章电控悬架系统、教学提示：汽车悬架的性能直接影响车辆的操纵稳定性和乘坐舒适度。 采用电子控制的主动悬架是汽车悬架系统的发展趋势。 教学要求：本章主要介绍电控悬架系统在汽车中的应用概况、基本结构和控制方法。 希望学生了解电控悬架系统的应用概况和发展趋势，熟悉汽车电控悬架系统的构成和功能。 5.1汽车悬架概要、5.1.1汽车悬架的作用、汽车悬架是连接车架(或承载式车体)和车桥(或车轮)的一系列动力传递装置。 汽车悬架的作用是：承受负荷；传递动力；缓和冲击。 另外，汽车悬架对汽车车轮定位有很大影响，影响汽车行驶性能、操纵性能及乘坐舒适度。 汽车悬架，5.1.2汽车悬架分类，1 .结构形式，1 )非独立悬架，2 )独立悬架，2 .控制方式，控制方式，汽车悬架系统通常为传统的被动悬架，半主动悬架其中，半主动式还分为有级半主动式(衰减力有级调整)和无级半主动式(衰减力连续调整)这两种主动式悬架，根据频带和能量消耗的不同，全主动式(频带宽度为15Hz以上) 和低速有源式(频带宽度为36Hz )，另外，根据驱动机构和介质，分为由电磁阀驱动的油气有源悬架和由步进电机驱动的油气有源悬架。 无级半主动悬架可以根据路面行驶状态和车身响应来控制悬架的阻尼力，在几毫秒内从最小变化到最大，并将车身的振动响应始终控制在某个范围内。 但是，在转向、起动、制动等情况下，不能有效地控制阻尼力。 主动悬架是带动力源的悬架，在悬架系统上附加了能够控制力的装置。 通常，将用于提高平滑性的控制称为路面引导控制，将用于提高稳定性的控制称为车身姿态控制。 另外，车身高度控制是主动悬架系统的重要控制项目之一。 主动悬架可以根据汽车载荷、路面状况、行驶速度、起步、制动、转向等状况的变化，自动调整悬架的刚性、阻尼力及车身高度。 5.2汽车电控悬架，传统汽车悬架主要由弹簧、减震器、稳定杆和弹性轮胎等组成，悬架高度和弹性不可调。 车中车身高度的变化取决于弹簧的变形，结构简单、实用。 但其弹性和衰减不能随外部情况而变化，驾驶和乘坐不舒服。 传统的汽车悬架(麦克弗森式前悬架)、电控悬架系统的优点在于，悬架可以根据不同的道路状况和行驶状况进行调整，以达到满足汽车乘坐舒适度的水平，满足汽车稳定性的要求。 5.2.1电控悬架系统的结构和控制形式，电控汽车悬架系统主要由(车高、转向角、加速度、状况预测)传感器、ECU、悬架控制驱动器等组成。 1、空气调节悬架、空气调节悬架是指利用空气压缩机形成压缩空气，利用压缩空气调节汽车底盘地面间隙的悬架。 一般配备空气式可变悬架的车型在前轮和后轮附近设置地面距离传感器，基于地面距离传感器的输出信号，行驶计算机判断车身高度的变化，控制空气压缩机和排气门，自动压缩或伸长弹簧，发挥减振效果。气动式可调悬架气动弹簧的软硬度可根据需要自动调节。 高速行驶时，空气悬架会自动变硬，提高车身的稳定性，长时间低速行驶在凹凸不平的路面上时，行驶计算机会使悬架变软，提高车辆的舒适性。PorschePanamera气动式可变悬架、2 .液压式可变悬架、液压式可变悬架是指，根据车速和道路状况，通过增减液压油来调整汽车底盘的地板和地板的间隙，实现车身高度的升降变化的悬架、雪铁龙C5液压式可变悬架结构示意图1-纵横梁； 2-球体； 3-上三角叉臂4-支柱5-长臂、内置型电子液压综合模块是液压式可变悬架的核心，根据车速、减震器的伸缩频度和伸缩程度的数据信息，在汽车的重心附近安装纵向、横向加速度和偏航陀螺传感器，进行车身振动、车轮的振动， 收集车身高度和倾斜状态等信号，将这些信号传送到驱动计算机，驱动计算机根据输入信号和预先设定的程序操作前后4个气缸的动作。 通过增减液压油实现车身高度的升降，即根据车速和道路状况自动调整地面间隙，提高汽车的平滑性和操纵稳定性。 采用液压式调节式悬架的代表车型有雪铁龙C5、雪铁龙C6、BMW7系列轿车等。 3 .电磁式可变悬架、电磁式可变悬架是利用电磁反应实现汽车底盘高度升降变化的悬架。 根据路面情况，可以在1ms以内反应，抑制振动，使车身稳定，特别是车速较高，突然发生故障时显示其优越性。 电磁式可变悬架的反应速度比以往的悬架快5倍，即使在最摇晃的路面上也能保证车辆的顺畅行驶。 电磁悬架系统由行走计算机、车轮位移传感器、电磁液压杆和直筒减震器构成。 各车轮和车体的连接部分有车轮位移传感器，传感器与行驶计算机连接，行驶计算机与电磁液压杆和直筒减震器连接。 凯迪拉克SLS导轨的电磁悬架，5.2.2电子式悬架系统的功能，1 .在车身高度调整、起伏不平的路面上行驶时，在能够抬起车身使其通过的良好路面上高速行驶时，可以降低车身的阻力，减少空气阻力，提高操纵稳定性。 2 .为了提高阻尼力控制、汽车操纵稳定性，急转弯、急加速、紧急制动时，可以抑制车身姿势的变化。 3 .弹簧刚度控制、弹簧刚度动态变化，悬架满足运动和舒适的要求。 采用主动悬架后，汽车的侧倾、俯仰、偏航摆动和车身控制更快，准确，提高了汽车的高速行驶和转弯稳定性，减少了车身侧倾。 制动时车身前变小，起动和急加速可以减少后倾。 即使路面不好，车体的振动也很小，提高了轮胎对地面的附着力。 5.3丰田LS400轿车电控空气悬架系统，5.3.1丰田汽车电控空气悬架，丰田汽车空气悬架系统整车配置，5.3.2丰田LS400轿车电控空气悬架系统的结构和基本原理， 电控空气悬架系统可根据行驶条件自动调整车辆高度，通过控制阻尼力的强弱来消除车辆行驶中的不平衡，使车辆在摇晃的路面上保持稳定的姿势，自动调整紧急制动时的前倾和急加速时的后倾，保证乘车舒适性。 1 .压缩空气系统的构成，丰田LS400轿车的空气悬架压缩空气系统的示意图，2 .电子控制系统的构成，丰田LS400轿车的空气悬架电子控制系统，3 .电子控制空气悬架系统的基本原理，车高调整。 空气悬架ECU通过空气压缩机形成压缩空气，向弹簧和风门的空气室送入压缩空气，改变车辆的高度。 车高的控制：标准、上升和只有后轮上升三种动作状态。 阻尼力控制。 减震器上设有电动机，电动机由ECU的信号控制。利用电动机可以改变通油孔的大小，可以改变阻尼力的大小。 阻尼器的阻尼力控制分为低、中、高三档。 弹性系数的控制(弹簧刚性控制)。 在悬挂空气弹簧上设置马达，马达可以改变通气孔的大小，改变弹性系数的大小。 空气弹簧的弹性系数分为软、硬的2档。 5.3.3丰田LS400电控悬架压缩空气系统的构成部件，1 .空气压缩机，作用。 构成。 动作原理。 2 .空气干燥器，作用。 结构。 动作原理。 3 .排气电磁阀，作用。 动作原理。 4 .高度控制电磁阀，作用。 构成和结构。 高度控制电磁阀的内部结构图，5 .气管、气管结构和车上的分布，6 .空气阻尼器、空气悬架系统有4个空气阻尼器，各空气阻尼器包括可变阻尼力的阻尼器和可变弹性系数的空气弹簧，空气阻尼器的整体结构如图5-12所示图5-12空气阻尼器的整体结构，1 )空气弹簧、空气弹簧的安装位置。 空气弹簧安装在空气缓冲器的上端，与可变阻尼力缓冲器一起构成悬架支架，上端与车架连接，下端安装在悬架摇臂上。 空气悬架的空气弹簧由气室和气阀两部分组成，气室分为主气室和副气室。 空气弹簧刚度变化的原理。 悬挂空气弹簧刚度的变化可以通过压缩空气通过空气阀从主气室进入副气室的空气量的变化来调节，空气弹簧的弹性系数(刚度)可以分两个阶段调节。 当空气阀旋转到图5-13所示的位置时，主、副气室的气体通路打开，主气室的气体经由空气阀的中间孔与副气室的气体连通，空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚性相当于“柔软”。 另外，图5-13的空气弹簧的刚性为“柔软”，空气阀转到图5-14的位置时，主、副气室的气体通路关闭，主、副气室之间的气体不相互流动。 此时的空气弹簧只有主气室的气体参与工作，空气弹簧的刚性是“硬”。 主气室为可变容积，其下部具有可伸缩的膜片，压缩空气进入主气室后可提高悬架的高度，反之亦可降低悬架。 车辆的高度通过l号和2号高度控制阀和排气阀增减主气室内的压缩空气量来调节。 图5-14空气弹簧的刚性为“硬”，空气弹簧控制车身高度的原理。 空气弹簧还可以控制车身的高度。 在需要抬起车身的情况下，来自空气压缩机的空气经由高度控制电磁阀向空气弹簧的主气室填充空气，在需要使空气弹簧伸长而增加车身高度来降低车身的高度的情况下，空气弹簧的主气室的空气经由排气电磁阀向大气排出，使空气弹簧收缩(a )车身低(b )车身高图5-15车身高度控制，2 )可变阻尼器，可变阻尼器的安装位置。 可变减振器安装在空气弹簧的下端，与空气弹簧一起构成悬架支撑件，上端与车架连接，下端安装在悬架摆臂上。 可变阻尼减振器的结构。 可变减震器主要由缸筒、活塞以及减震器杆、回转阀等构成，其结构如图5-16所示。 图5-16可变阻尼减振器的结构，可变阻尼减振器的工作原理。 执行机构通过调节杆使回转阀相对于活塞杆转动，使回转阀与活塞杆的节流孔连通或阻断，增加或减少油液的流通面积，改变油液的流动阻力，改变悬架的阻尼力，达到了调节阻尼器阻尼力的目的。 另外，图5-16的可变阻尼器的结构在回转阀的a、b、c三个截面的阻尼孔全部被回转阀堵塞的情况下，仅阻尼器下方的主阻尼孔动作，此时阻尼最大，阻尼器被调节为“硬”状态。此外，图5-16的可变阻尼器的结构在回转阀从“硬”状态位置顺时针旋转60圈时，b截面的阻尼孔打开，a、c两截面的阻尼孔保持关闭，阻尼器为“运动”状态，也称为中间状态。 另外，图5-16的可变阻尼器的结构为，当将回转阀从“硬”状态位置逆时针旋转60圈时，a、b、c三个截面的阻尼孔全部打开，此时阻尼器的阻尼最小，阻尼器成为“软”状态。 图5-16可变减振器结构、5.3.4电控系统结构、空气悬架电控系统示意图、丰田LS400轿车空气悬架电控系统电路图、5.3.5电控悬架系统输入信号、1 .悬架控制开关信号、 悬架控制开关由水平调节控制(levelregulationcontroller，LRC )开关和高度控制开关构成。 LRC开关用于选择风门和空气弹簧的工作模式(NORM或SPORT )。高度控制开关用于选择所需的车身高度(NORM或HIGH )。 LRC开关设置在SPORT位置时，组合仪表内的LRC指示灯亮灯。将高度控制开关设置在HIGH位置时，组合仪表内的高度控制指示灯亮灯。 2 .高度控制开关信号、高度控制开关位于行李箱的工具储藏室内。 将开关置于OFF位置后，悬架控制系统中止车辆的高度控制。 在车辆被抬起、停在凹凸不平的路面上、车辆被拖曳时，压缩空气不会从空气弹簧排出，可以防止车身高度的下降。 3 .停车灯开关信号、停车灯开关位于制动踏板托架上，踩下制动踏板后开关打开。 悬架ECU利用该信号判断汽车是否处于制动状态。 4 .门灯的开关信号，4个门上分别有门灯的开关，这些开关都在门柱上。 悬架ECU据此判断门是打开还是关闭。 5 .高度传感器的信号、高度传感器的作用是检测车身高度和路面起伏引起的每个悬架的位移量，转换成电信号输入悬架ECU。 (a )前高度传感器、(b )后高度传感器、图5-21的光电式高度传感器的安装位置、图5-22的光电式高度传感器的结构、这些开关信号被发送到悬架ECU，悬架ECU检测车身高度的变化，LS400轿厢使用4个遮光罩， 根据各遮光开关信号的组合，可将车身高度从低到高分为16级，可正确控制车身高度。 6 .加速度传感器信号，加速度传感器测量车体的垂直加速度。 加速度传感器有三个，两个前加速度传感器安装在前左右高度传感器上，一个后加速度传感器安装在行李箱右侧的下方。 此外，图5-23加速度传感器的安装位置，这3个加速度传感器分别检测车身的前后左右位置的垂直加速度。 根据悬架ECU从这三个加速度传感器获得的数据导出车身后左位置的垂直加速度。 此外，图5-24加速度传感器的结构和工作原理，两个压电陶瓷盘固定在膜片的两侧，并支撑在传感器的中心。 加速度作用于传感器整体时，压电陶瓷盘因自重而弯曲变形。 根据压电陶瓷的特性，会产生与其弯曲率成比例变化的电荷。 这些电荷由传感器内的电子电路变换成与加速度成比例变化的电压，发送给悬挂ECU。 图5-29表示车速传感器信号、图5-26车速传感器电路、8 .节气门位置传感器信号、9 .旋转角传感器信号、节气门位置传感器结构、(a )安装位置、(b )结构图、图5-28旋转角传感器的外形结构、图5-29旋转角传感器的动作原理图、旋转角传感器的动作原理图。 汽车一转弯，方向盘就转动，可以把盘藏起来。 ECU-IG保险丝供给的电流使两个发光二极管发光。 当遮光盘通过两个发光二极管和光电晶体管之间时，来自发光二极管的光交替地被遮挡，光电晶体管也被该光遮挡。 于是，晶体管VT1和VT2 (未图示)根据来自光电晶体管的信号输出截止信号。10 .发电机IC调节