毕业设计（论文）汽车电控悬架控制系统设计

1、武汉理工大学华夏学院毕业设计1摘要摘要 随着人类生活水平的提高，人们对汽车的舒适性的要求也越来越高，传统的汽车悬架系统，汽车空调系统等已不能满足人们的要求。人们希望空调的温度能随环境的变化而自动调节；汽车车身的高度，悬架的刚度，减震器的阻尼的大小能随汽车载荷，行驶速度，以及路面状况等行驶条件的变化而变化。为了满足人们对汽车舒适性的要求，20 世纪 90 年代 以来，在汽车电子技术以及高速公路发展的同时，各汽车公司相续开发了电子控制悬架系统等提高舒适型的电子系统。汽车悬架在协调汽车的舒适性和操作稳定性方面起着至关重要的作用。传统的被动悬架由于其自身固有的局限性而无法根据路面及行驶状况的变化做出适

2、当调整从而汽车的整体行驶性能达到最佳。研制和开发新型的悬架势在必行。电控悬架由于能够改善汽车的整体行驶能而备受关注，其中主动悬架由于机构简单，成本低而更具有实用性。 本文介绍了汽车悬架的发展现状、结构组成及工作原理。重点分析了汽车电控悬架尤其主动悬架的控制技术最优控制方法、发展现状及应用的必要性和可能性。关键词：悬架；减振器；武汉理工大学华夏学院毕业设计2taketake totowith the improvement of peoples living standard, people of automobile comfort requirements are increasingly

3、high, the traditional vehicle suspension systems, automotive air conditioning system already cannot satisfy the requirement of people. people hope that the air temperature with changes in the environment and automatic control ; the car body height, suspension stiffness, shock absorber damping with t

4、he car load, speed and road conditions and driving conditions change. in order to meet the requirements of automotive comfort, nineteen ninties since, in automobile electronic technology and highway development at the same time, the company continued development of automobile electronic control susp

5、ension system to improve the comfort of the electronic system. automobile suspension in the coordination of automobile comfort and operation stability plays a crucial role. the traditional passive suspension due to its inherent limitations and not according to the road surface and the running status

6、 changes and make appropriate adjustments to the cars overall travelling performance to achieve the best. research and development of new type suspension is necessary. electronic control suspension due to improve the cars overall driving can have attracted the attention of the active suspension due

7、to simple mechanism, low cost and high practicality.this paper introduces the development of cars suspension status, structure and working principle. focuses on the analysis of automobile electronic control suspension and active suspension control technology optimal control method, the development a

8、nd application of necessity and possibility.key words : suspension; vibration absorber武汉理工大学华夏学院毕业设计3 目目 录录第一章 绪 论.91.1 电控悬架的发展 .101.2 目前国内外汽车悬架发展的状况 .111.3 我国空气悬架的应用发展现状 .12第二章 汽车悬架结构组成.132.1 汽车悬架的功用和组成 .132.1.1 汽车悬架的功用 .142.1.2 汽车悬架的组成 .152.2 汽车悬架的分类及设计时注意事项 .16第三章 电控悬架系统概述.173.1 电子控制悬架系统的功用.183.2

9、 电子控制悬架系统的组成及原理 .193.3 电控悬架的工作过程 .21四、电子控制悬架系统执行器224.1 电控空气悬架系统执行器的功用224.2 电控空气悬架系统执行器的结构和工作原理234.3 电控空气悬架系统执行器的分类23五、电子控制悬架系统故障诊断与检测235.1 驱动循环诊断武汉理工大学华夏学院毕业设计4245.2 维修间诊断255.3 弹簧充气诊断30参考文献31致谢32 第第 1 章章 绪绪 论论1.1 电控悬架的发展电控悬架的发展随着人类生活水平的提高，人们对汽车舒适性的要求也越来越高，传统的汽车悬架系统 ， 汽车空调系统等已不能满足人们的要求。人们希望空调调节的温度能随环

10、境的变化而自动调节；汽车车身的高度，悬架的刚度，减震器的阻尼的大小能随汽车的载荷，行驶速度，以及路面状况等行驶条件的变化而自动调节。为了满足人们对汽车舒适性的要求，20 世纪90 年代以来，在汽车电子技术以及高速公路发展的同时，各汽车公司相续开发了电子控制悬架系统等提高汽车舒适性的电子控制系统。1.21.2 目前国内外汽车悬架发展的状况目前国内外汽车悬架发展的状况 20 世纪 30 年代初，美国凡世通轮胎公司首次把空气弹簧应用于汽车工业。哈维凡世通（harvey firestone）在亨利福特一世（henry ford i）和托马斯阿瓦爱迪生（thomas alva edison）的技术支持下

11、，在 1934 年研制出了柱式空气弹簧悬架系统武汉理工大学华夏学院毕业设计5airede 空气弹簧。1944 年通用汽车公司与凡世通公司合作，在其客车上进行了首轮试验。试验结果显示了空气悬架系统的内在优越性。通用汽车公司经过大量的产品研制开发工作，1953 年开始试生产装有空气悬架的客车，这是商用汽车采用空气弹簧悬架的开始。20 世纪50 年代中叶，固特异轮胎公司研制出一种滚动凸轮式空气弹簧，凸轮在活塞的型面上滚动，从而控制空气弹簧的负载变化关系曲线。同时，空气控制系统的巨大进步也为空气悬架的应用起了很大的推动作用。随后不久，空气悬架技术在欧洲也得到很快发展，但欧洲的发展道路和北美有些不同。欧

12、洲的汽车生产厂商并未将空气悬架变成单独总成，而是各自开发满足其独特车型需要的空气悬架。这种不同的发展道路使欧洲的空气悬架设计只适用于某种具体车型，并采用一些复杂技术，因而其成本较高。而北美的空气悬架通用性较强，应用较简单，成本较低。美国纽威安柯洛克国际公司在 1951 年成立时即作为一家悬架系统的专业生产厂家，为公路和非公路行驶的重型车辆设计和制造钢板弹簧悬架系统。不久，纽威公司向商用车市场投放了世界上第一种实际应用的空气悬架系统。因其通用性强，结构简单，成本较低，迅速占领了北美市场。随后纽威公司开发了一系列空气悬架产品，应用于世界各地的客车、货车、小轿车及铁道车辆上。目前国外高级大客车几乎全

13、部使用空气悬架，重型载货车使用空气悬架的比例也已达80%以上，空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升。部分轿车也逐渐安装使用空气悬架，如美国的林肯、德国的 benz300se 和 benz600 等。在一些特种车辆（如对防振要求较高的仪表车、救护车、特种军用车及要求高度调节的集装箱运输车等）上，空气悬架的使用几乎为唯一选择。国外汽车空气悬架发展经历了“钢板弹簧气囊复合式悬架被动全空气悬架主动全空气悬架（即 ecas 电控空气悬架系统）”的型式变化。主动全空气悬架应用了电子控制系统，使传统的空气悬架系统的性能得到很大改善，汽车在各种路面、各种工况条件下能实现主动调节、主动控制，并增加了许多辅助

14、功能（如故障诊断功能等）。目前 ecas 系统在欧洲一些国家的大客车上已经大量应用。随着人们生活水平的提高，对汽车舒适性的要求越来越高，可以预见，ecas 这一先进的空气悬架系统越来越普及。武汉理工大学华夏学院毕业设计61.31.3 我国空气悬架的应用发展现状我国空气悬架的应用发展现状目前国内拥有空气悬架项目的公司为数众多，但真正拥有空气悬架系统设计开发、制造的寥寥无几，规模也十分有限。目前国内具有代理性质但无实际设计能力的公司居多，主要以代理美国、德国、韩国、日本产品为主，公司规模一般不大，产品有限。由于代理公司主要是以追求经营利润为导向，对设计匹配等技术环节往往存在先天不足，导致主机厂出现

15、问题时无法及时解决等问题，影响被代理产品的声誉及市场，因此，国外的制造公司也纷纷以不同的方式直接介入中国市场。比如，美国 fireston 公司在允许一定代理的同时，在上海设立了销售办事处，日本 nhk 弹簧公司在重庆合资成立 nhk 重庆公司，韩国大圆钢业会社在天津合资成立大圆天津公司，丹麦丹拂斯公司在天津合资成立丹拂斯天津公司，美国固特异公司在大连、青岛相继建立工厂。另外，整车厂为降低成本，把空气悬架系统细分成气囊、推力杆、直拉杆、稳定杆、高度阀、平衡阀、线束、减振器、导向臂等项目采购，也导致了国内空气悬架产品的部件加工、制造正在往高度离散的方向发展。空气悬架在我国的应用已经落后国外几十年

16、，直到近几年随着高档客车制造技术的引进以及人们对舒适性要求的提高，加上国家对客车等级划分的标准要求，空气悬架才开始逐步应用起来。目前空气悬架主要集中应用在高等级客车上，但是受多方面因素的制约，空气悬架的配置率还很低，基本上还属于“导入”阶段。据掌握的不完全资料，国内部分数量相对较大的应用主要集中在郑州宇通、厦门金龙、苏州金龙、扬州亚星、一汽客车、东风杭汽等规模较大的主要客车及底盘厂家。此外，国内其它一些客车厂家也都是少批量、以选装国外空气悬架产品为主。目前汽车空气悬架在载重货车的应用国内尚处于起步阶段。由于国内已经能够生产优质的空气悬架部件，以此为支撑，汽车主机厂开始自己设计空气弹簧悬架产品。

17、其产品符合中国道路状况和车辆实际条件，并选装国内优秀的部件，成本降低。以郑州宇通客车股份有限公司为例，2000 年以前采用北京柯布克公司代理的产品，由于该产品与中国车辆、道路匹配出现了一系列问题，后来部分采用其他公司代理的产品，同样出现了问题，而且存在成本昂贵的因素。所以宇通公司成立了“郑州百特零部件公司”，自己设计匹配，分散采购。2002 年宇通公司本部生产空气悬架客车 235 辆，除“猛狮”系列属德国进口底盘外，国产车空气悬架各部件大多为国内加工制造。由于一些主机厂本身在空气悬架系统方面无研制开发能力，完全依赖于外部市场，从而采取了直接进口国外成熟的空气悬架系统产品，或是依靠国内的有关公司

18、。以安凯、西沃为典型代表。武汉理工大学华夏学院毕业设计7以空气弹簧悬架取代传统的钢板弹簧悬架，既是必然趋势，也是现实的客观要求。目前，摆在国内商用车厂商面前的形势是：谁先掌握了汽车空气悬架的开发技术 ，谁领先开发出配置空气悬架的成熟车型，谁就掌握了今后若干年内商用车市场的先机和主动。因此，对于我国汽车业界而言，空气悬架项目不仅仅是一个难得的商机，更重要的意义在于空气悬架的广泛应用可以较快提升我国商用车的档次、技术水平和市场竞争力，缩短与国外商用车的技术、等级差距，巩固和扩大国产商用车的市场份额。 我国长春汽车研究所早在 1957 年就开始了空气悬架技术的研究，不少高校的相关专家及研究机构多年来

19、也做了大量富有成效的工作，并取得了许多重要研究成果。但是由于种种原因，这些研究成果大多还停留在理论上，产业转化率非常低，导致许多有价值的研究没能继续坚持和深入下去。我国汽车悬架技术的研究和应用与欧美等发达国家相比处于明显的落后地位。目前，我国在汽车悬架系统方面，除了钢板弹簧悬架的设计及应用比较成熟以外，其它悬架技术的应用绝大部分还处于车型引进、仿制或直接购买产品阶段。悬架产品的设计开发滞后，一方面表现在设计手段落后，计算机应力分析、动态仿真在企业中应用还较少；另方面没有建立一套完善的设计评价体系。在美国，由于空气悬架的普遍应用，已经成就了一批专门从事空气悬架设计、制造的悬架专业公司。我国交通行

20、业标准营运客车类型划分及等级评定已经规定，高级大、中型客车要采用空气悬架，但既没有一家整车厂能独立设计出空气悬架并成功地应用于整车，也没有一家悬架专业公司能够设计出并向市场提供成熟的空气悬架产品。虽然我国加入 wto 之后，汽车及零部件产业会全面融入全球经济一体化，汽车行业可以实现全球采购，但是不能拥有悬架设计和制造的关键技术，整车的市场竞争力肯定会削弱。根据这种状况，我国汽车零部件企业应当抓住机遇，加快研发空气悬架产品。首先必须明确划分空气悬架系统设计开发的权限与分工，由研发部门负责研发方向、确定系统特性参数，指定具体的二级开发单位，实现产品的快速研发和升级换代；其次，要从产品的工艺路线入手

21、，制定合理的开发配套模式，集中于一家公司采取“二级开发、总成集配、模块供货”。武汉理工大学华夏学院毕业设计8最后，应摒弃狭隘的自主开发理念，积极开展与国外强势企业的合资合作，加快融入空气悬架领域的国际竞争、合作和发展，最终实现我国商用汽车整体技术水平及竞争实力的提升。第第 2 2 章章 汽车悬架结构组成汽车悬架结构组成2.1 汽车悬架的功用和组成汽车悬架的功用和组成悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。2.1.12.1.1 汽车悬架的功用汽车悬架的功用汽车悬架最主要的功能是传递作用在车

22、轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和武汉理工大学华夏学院毕业设计9汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧 (弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必要的振动，悬架中还必须包括阻尼元件，即减振器。此外，悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对

23、于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。2.1.22.1.2 汽车悬架的组成汽车悬架的组成尽管一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如图 2-1 钢板弹簧非独立悬架兼起弹性元件及导向机构的作用，2-2 麦克弗逊悬架 (mcpherson strut suspension，或称滑柱

24、摆臂式独立悬架)中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用，有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。武汉理工大学华夏学院毕业设计102-1 钢板弹簧非独立悬架武汉理工大学华夏学院毕业设计11 图 2-2 麦克弗逊悬架武汉理工大学华夏学院毕业论文122.22.2 汽车悬架的分类及设计时注意事项汽车悬架的分类及设计时注意事项根据导向机构的结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。图 2-3 汽车悬架示意图非独立悬架如上图 2-3 汽车悬架示意图(a)所示。其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数

25、变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。非独立悬架 2-3 汽车悬架示意图（b）的鲜明特色是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过

26、凸起时，会直接影响另一侧车轮。图 2-3 汽车悬架中(a)独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥，按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等除上述非独立悬架和独立悬架外，还有一种近似半独立悬架，它与近似半刚性的非断开式后支持桥相匹配。当左右车轮跳动幅度不一致时，后支持桥中呈 v 形断面并与左右纵臂固结在一起的横梁受扭，由于其具有一定的扭转弹性，故此种悬架既不同于非独立悬架，也与独立悬架有别。该弹性横梁还兼起横向稳定杆的作用。按照弹性元件的种类，汽车悬架又可以分为钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架等。武汉理工大学华夏学院

27、毕业论文13按照作用原理，可以分为被动悬架、主动悬架和介于二者之间的图 2-4 的半主动悬架。图 2-4 汽车被动悬架主动悬架有作为直接力发生器的动作器，可以根据输入与输出进行最优的反馈控制，使悬架有最好的减震特性，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。它由弹性元件 c 和一个力发生器fe 组成。 半主动悬架可看作由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统，虽然它不能随外界的输入进行最优的控制和调节，但它可按存储在计算机的各种条件下最优弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。它由弹性元件 c 和一个一个阻尼系数能在较大范围内调节的阻尼器组成。 如前所述，汽车悬架和悬挂质量、非悬挂质

28、量构成了一个振动系统，该振动系统的特性很大程度上决定了汽车的行驶平顺性，并进一步影响到汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性。该振动系统也决定了汽车承载系和行驶系许多零部件的动载，并进而影响到这些零件的使用寿命。此外，悬架对整车操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性的作用。因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求：(1)通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，具有较低的振动频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能，并能避免在悬架的压缩伸张行程极限点发生硬冲击，同时还要保证轮胎具有足够的接地能力；(2)合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递，保

29、证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大，并且能满足汽车具有良好的操纵稳定性要求；武汉理工大学华夏学院毕业论文14(3)导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能引起转向轮摆振；(4)侧倾中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保持车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾(即所谓“点头”和“后仰”)；(5)悬架构件的质量要小尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小；(6)便于布置，在轿车设计中特别要考虑给发动机及行李箱留出足够的空间；(7)所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；(8)制造成本低；(9)便于维修、保养。悬架设计可以大致分为结构型式

30、及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协商确定。武汉理工大学华夏学院毕业论文15第第 3 3 章章 电控悬架电控悬架系统概述系统概述3.13.1 电子控制悬架系统的功用电子控制悬架系统的功用电子控制悬架系统(ecss， electronic controlled suspension system)，又称电子调节悬架系统(electronic modulated suspension system)，简称为 ems。对于传统的悬架系统而言，当其结构确定后，就具有固定的悬架刚度和阻尼系数，在车辆行驶

31、过程中无法进行调节，也就是在汽车行驶过程中不能人为地加以控制，因此悬架减振性能的进一步提高受到了限制。这种车辆在行驶过程中悬架刚度和阻尼系数不能改变的悬架称为被动悬架。显然，被动悬架在汽车行驶过程中平顺性和操纵稳定性不能兼而有之。为了满足汽车悬架系统平顺性和操纵稳定性两项性能要求，克服被动悬架的刚度和阻尼系数不能调节的弱点，便出现了汽车主动悬架的概念。主动悬架能够根据车辆的运动状态和路面状况主动做出反应，抑制车体的运动，使悬架始终处于最优的减振状态。车辆在行驶过程中悬架刚度和阻尼系数可人为地加以控制，并不断变化的悬架称为主动悬架。所以主动悬架的特点就是能够根据外界输入或车辆本身状态的变化进行动

32、态自适应调节。随着电子技术的发展，在汽车悬架系统中采用了电子控制技术，便形成了电子控制悬架系统，简称电控悬架。显然，电子控制悬架系统就是主动悬架系统。3.23.2 电子控制悬架系统的组成及原理电子控制悬架系统的组成及原理武汉理工大学华夏学院毕业论文16图 3-1 丰田凌志 ls400 轿车电控空气悬架结构图各种车型的电控悬架虽有一定的区别，但其基本结构和工作原理都是一样的。主要由如图3-1丰田凌志ls400轿车电控空气悬架结构图 ，前、后车身高度传感器、方向盘转向和转角传感器、节气门位置传感器和车速传感器、控 制开关、电子调节悬架电控单元(ems ecu)和执行器等组成。，车身高度传感器采集前

33、后车身的高度信号，方向盘转向和转角传感器采集汽车行驶方向信号，节气门位置传感器采集驾驶员加、减速信号，车速传感器采集汽车行驶速度信号。传感器和控制开关向 ems ecu输入车身以及汽车行驶的状态信息，ems ecu 接受传感器和控制开关输入的电信号，并向执行元件发出控制命令，执行元件产生一定的机械动作，从而改变车身高度、弹簧刚度和减振器的阻尼力。3.33.3 电控悬架的工作过程电控悬架的工作过程现代社会典型的电控悬架由电子控制元件（ecu）、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速度传感器、制动传感器、空气弹簧元件等组成。空气弹簧元件是由电控减振器、阀门、双气室所组成。电控减振器顶部有一个小

34、型电动机，可通过它转动一个调整量孔大小的控制杆将阻尼分成多级，从而实现控制阻尼的目的。阀门也充当了一个调节气流的作用，通常双气室是连通的，合起来的总容积起着空气弹簧的作用，比较柔软；但当关闭双气室之间的阀门时，则以一个气室的容量来承担空气弹簧的作用，就会变得硬，因此阀门起到控制“弹簧”变软变硬的作用。图 3-2 电控悬架图示 3-2 ecu、压缩机(5)、阀门(3)(4)、空气弹簧元件(1)(2)。电控悬架工作时，阀武汉理工大学华夏学院毕业论文17门的相互作用控制通向空气弹簧元件的气流量。传感器检测出汽车的行驶状态并反馈至ecu，ecu 综合这些反馈信息计算并输出指令控制空气弹簧元件的电动机和

35、阀门，从而使电控悬架随行驶及路面状态不同而变化：在一般行驶中，空气弹簧变软、阻尼变弱，获得舒适的乘坐感；在急转弯或者制动时，则迅速转换成硬的空气弹簧和较强的阻尼，以提高车身的稳定性。同时，该系统的电控减振器还能调整汽车高度，可以随车速的增加而降低车身高度可以随车速的增加而降低车身高度（减小离地间隙），减少风阻以节省能源；在车速比较慢时车身高度又可恢复正常。武汉理工大学华夏学院毕业论文18第第 4 4 章章电子控制悬架系统执行器电子控制悬架系统执行器4.1 电控空气悬架系统执行器的功用 悬架执行器的作用就是驱动主、副气室的空气阀阀心和减振器阻尼孔的回转阀，使其转动，从而实现对悬架刚度和阻尼参数的

36、控制，如图 4 - 1 所示。4.2 电控空气悬架系统执行器的结构和工作原理 空气悬架系统执行器的结构和工作原理如图 4 - 2所示。当悬架 ecu 控制步进电机动作时，带动小齿轮转动，小齿轮驱动扇形齿轮转动。与扇形齿轮同轴的阻尼调节杆带动回转阀旋转，从而使阻尼孔开闭的数量发生变化，达到调节减振器阻尼的目的。同时阻尼调节杆上通过齿轮带动空气阀控制杆转动，使空气阀阀心转动，随着阀心转动角度的改变，使空气弹簧的刚度也得到调节。 悬架系统执行器上还有一个电磁线圈，当电磁线圈不通电时，由它控制的制动开关松开，制动杆处于扇形齿轮的滑槽内，扇形齿轮可以转动；当电磁线圈通电而吸合制动开关时，制动杆往回拉，各

37、齿轮处于锁止状态，阻尼调节杆和空气阀控制杆都不能转动，此时悬架的刚度参数和阻尼参数都为固定值，悬架系统处于相对稳定的状态。图 4-1 空气悬架的组成1执行器；2副气室；减振器调整杆；4主气门；5减振器活塞杆；6滚动膜；7 减振器武汉理工大学华夏学院毕业论文19图 4 - 2 悬架系统执行器的结构和原理1阻尼调节杆；2小齿轮；3步进电机；4制动杆；5电磁线圈；6扇形齿轮；7空气阀驱动齿轮；8空气阀控制杆4.3 电控空气悬架系统执行器的分类 现在常见的有三种空气悬架系统执行器：4 线执行器、2 线执行器和 3 线执行器。1、4 线执行器 4 线执行器是一个双向直流电机。执行器安装在减振器的顶部，执

38、行器驱动减振器内的一根轴来改变减振器阀门。这类执行器由悬架ecu 通过一对称为硬/软继电器的继电器来控制，4 线执行器可以从减振总成上取下单独更换，4线执行器内带位置传感器。4 线执行器的原理图如图 4 - 3 所示。2、2 线执行器 2 线执行器是一个 on/off（接通断开）电磁阀。如果电磁阀处于“off” （断开）位置，减振器处于硬阻尼状态；如果电磁阀处于“on”（接通）位置，减振器处于软阻尼状态。2 线执行器与减振器为一体式，不可单独维护。其原理图如图 4-43、3 线执行器 3 线执行器是一个直流电机，位于减振器顶部，只能单向旋转。电机转动时，通过减速齿轮总成带动减振器的活塞杆改变减

39、振阻尼。3 线执行器与减振器也是一体化的，无法单独维护。 3 线执行器也带有位置传感器。其原理图如图 45 所示。图 4-3 4 线执行器的原理图武汉理工大学华夏学院毕业论文20图 4-4 2 线执行器的原理图第第 5 5 章电子控制悬架系统故障诊断与检测章电子控制悬架系统故障诊断与检测当电控空气悬架系统运行有故障时，悬架 ecu 就会检测到，并点亮故障指示灯。电控空气悬架系统的诊断与维修过程因不同的车辆而不同，在维修时应参照相应汽车制造商的维修手册或相关资料中提供的步骤进行。 警告警告 维修过程中若断开蓄电池，将会丢失悬架 ecu 中存储的信息。 在吊起、支起或拖动汽车之前，应该将悬架控制开

40、关置于“off”位置或断开电瓶负极。 当点火开关在接通状态下，不要拆卸或安装悬架 ecu 及其电子插头。 如果汽车生产厂商的维修手册没有指明，就不要将系统的任何电路或元件加电压或接地。 如果汽车安装有安全气囊系统，在维修电控空气悬架前，应先将安全气囊系统断开，否则可能造成人身伤害或财产损失。 在控制系统的检测中，必须用生产厂商在维修手册中提到的检测工具，否则可能损坏控制系统的零部件。 下面以福特汽车电控空气悬架系统为例，介绍电控空气悬架的故障诊断，其它空气悬架系统的故障诊断可以参考相关车型和悬架类型的维修手册进行操作。福特汽车电控空气悬架系统的故障诊断分为两个专项内容：直观检查和依步骤诊断。1

41、、福特汽车电控空气悬架的直观检查 在连接任何测试设备之前，先检查空气压缩机、空气管路和系统高度传感器杆系是否有损坏，包括有无泄漏、裂纹和安装是否正确以及线束连接是否正确，芯脚有无弯曲、折断，引线有无锈蚀、松动，线路布置是否适当等等。如果检查控制系统和高度传感器有机械损伤迹象，则先做必要的修理后再往下进行。图 4-5 3 线执行器的原理图武汉理工大学华夏学院毕业论文21 警告警告 开始诊断之前，先执行起动和运行汽车测试所需的所有安全步骤，执行完测试的驱动循环部分后，一定要拉上手刹，将挡位挂在“p”位置，垫住驱动轮。同时，关掉收音机、灯、风机、空调和其它电气附件。 在直观检查完毕后就要进入依步骤诊

42、断。下面介绍福特汽车电控空气悬架系统的诊断步骤。2福特汽车电控空气悬架系统的诊断步骤 包括以下内容，诊断时应按此顺序进行。驱动循环诊断：检查汽车被驱动时是否出现故障；维修间诊断：检查整个系统在汽车静止时是否有故障；弹簧充气诊断：检查四个空气弹簧的充气、排气功能。 上述三个诊断程序均需使用 rotunda star 测试仪（007 - 00004）或 rotunda super star2 测试仪（007-00041） ，见图 5-1 警告警告 悬架 ecu 内存中最多可以存放 32 个故障码，在点火开关转到“off”位置后，故障码最多可以保留 1h。在此期间，点火开关必须处于“off”位置，行

43、李舱内的空气悬架开关必须处于“on”位置，否则故障码就会被清除。5.1 驱动循环诊断 驱动循环诊断显示汽车上次驱动后发生的故障码。该测试主要用于测试车速输入和检测间歇性故障，这些问题在维修间诊断时可能无法实现。 一个故障可能会引起几个故障码，诊断中显示的每个故障码都有相应的定点测试。这些测试都标有诊断优先级，第一级最高，第七级最低，要从最高诊断优先级开始执行定点测试。定点测试的具体内容可参见相应的汽车维修手册的详细介绍。 进行循环诊断的步骤如下： 1）以 24 km/h 以上车速驱动汽车至少 4 min，然后将点火开关转到“off”位置。 2）打开行李舱盖，确认空气悬架“on/off开关在“o

44、n”位置。 3）松开“star”测试按钮使它处于“hold”位置。 4）将“star”测试仪连接到空气悬架诊断插座上，然后将“star”测试仪转到“on”位置。至少等待 5 s 后，按下“star”测试按钮，使它处于压下的“test”位置。在 20 s 内， “star”测试仪应该持续显示下列代码之一： 15：驱动循环诊断完成，无故障。断开“star”测试仪，退出驱动循环诊断。 40 到 71：驱动循环诊断完成，而且系统内发生故障。记录系统所有的故障，然后运行维修间诊断。 所有其他代码：根据维修手册或中车在线（）数据库中的相关内容进行相应的定点测试。 驱动汽车进行检测，直到悬架控制指示灯点亮或

45、技师觉得无故障出现。完成驱动循环诊断后，要执行维修间诊断。武汉理工大学华夏学院毕业论文22图 5-1 测试仪 star25.2 维修间诊断 维修间诊断有三部分内容：一是自动/手动测试；二是故障码显示；三是功能测试。 自动/手动测试：该测试让空气悬架 ecu 进行自检以及检查各部件的操作。执行完这些测试后“star”测试仪会显示“12/ok 开始手动测试”或“13/有故障，开始手动测试” 。此时应执行手动输入检查 故障码显示：可以用“star”测试仪显示故障码。每个检测到的故障码将显示 15 s。故障码将一直显示到不再需要时为止。此时应记下故障码。 功能测试：驱动循环诊断期间记录的故障码应与维修

46、间诊断期间记录的故障码进行比较。两个测试中都出现的故障码是硬故障。只在驱动循环诊断中出现的故障码是间歇性故障。 1）维修间诊断的步骤 维修间诊断的测试步骤见表 5-1表 5-1 维修间诊断的步骤测试步骤结果措施武汉理工大学华夏学院毕业论文23 为了进入/起动维修间诊断，需执行下列步骤： 将蓄电池充电器与汽车连接起来，并在测试过程中保持连接 如需要，松开“star”测试按钮，使它处于弹起的“hold”位置 打开行李舱盖，将“star”测试仪连接到空气悬架诊断插座上，并且将“star”测试仪转到“on”位置 把空气悬架“on/off” （锁止）开关转到“off”位置后再拨回“on”位置 检查客厢和

47、行李舱中的载荷，卸掉所有负荷；汽车必须处于整备重量 确认点火开关位于“off”位置并等待 10 s 不踩制动踏板，把点火开关打到“on/run”位置， （没必要起动发动机） 确认大灯、加热风扇、风窗刮水器断电 等待最少 5 s 后，按下“star”测试按钮，使它处于压下的“test”位置 在 20 s 内“star”测试仪持续显示下列代码之一： “10 “21”到“28” “80 执行维修间诊断自动测试 根据维修手册或中车在线数据库中的有关内容进行相应故障码诊断 2）修间诊断自动测试 维修间诊断自动模式测试步骤见表 5-2 3）维修间诊断手动测试 维修间诊断的手动测试步骤见表 5-3。表 5-

48、2 维修间诊断自动模式测试步骤结果措施 “star”试仪正在显示代码“10” 。空气悬架已经完成自检，正执行自动诊断。在进行自动检测期间（“star”显示代码“10”时） ，禁止触摸或倚靠车辆。如果没有空气调平故障，测试大约需要 3-4 min。如果有空气调平故障，测试可能需要 14 min。测试结束时， “star”测试仪将 “star”测试仪显示代码： “12” “13” 自动测试未测到系统故障，转入下一步手动测试自动测试测到系统故武汉理工大学华夏学院毕业论文24显示代码“12”或“13”障，转入下一步的手动操作表 5-3 维修间诊断的手动测试步骤测试步骤结果措施 空气悬架 ecu 已经完

49、成自动检测，正等待技师执行下列手动操作： 打开司机侧车门，开着司机车门坐到车上 完全踩下加速踏板，然后松开 用力踩下制动踏板，然后松开 方向盘左右转动至少 1/4 圈 下车，关闭司机侧车门，然后逐个打开、关闭其它三个车门 上述步骤完成好，松开“star”测试按钮到“hold”位置 5 s 后，再接下“star”测试按钮以便保持在压下的“test”位置 “star”测试仪正显示以下代码之一： “1l” “40”至“79” 完成维修间诊断，未发现故障 完成维修间诊断，发现故障。只计入至少显示 2 次的故障，进行相应的故障码诊断 4）维修间诊断检测到的系统故障 如果驱动循环诊断故障列表中包括代码“5

50、5” ，把它加到刚刚作出的“维修间诊断”故障列表中。 驱动循环诊断检测出的故障在维修间诊断中没有重复出现的故障码将按间歇性故障处理。 为了节省修复系统故障的时间和人力，对故障码进行了分组。由于某些系统故障能够而且确实会产生其他系统故障，因此按照故障优先级顺序进行处理是十分重要的。 在驱动循环诊断或维修间诊断过程中，是否检查到系统故障时的处理办法： 如果检测到系统故障：则参照维修手册中的优先级列表，确定要采取的纠正措施。 如果没有检测到系统故障：则点火开关转到“off”位置，退出维修间诊断。 警告警告 检测到系统故障码将以数码顺序逐个显示。最好一个系统故障码显示完毕后，故障码列表会重复显示。只要

51、 star 测试按钮处于“test”位置，故障码列表会一直滚动显示。武汉理工大学华夏学院毕业论文255.3 弹簧充气诊断 有时定点测试需维修人员进行弹簧充气诊断。弹簧充气诊断允许对各弹簧分别充气、排气和进行个别检查。 1）弹簧充气诊断步骤 弹簧充气检测的步骤见表 5-4表 5-4 弹簧充气检测的步骤测试步骤结果措施 为了进行弹簧充气诊断，需执行下列步骤： 将蓄电池充电器与汽车蓄电池连接起来，并在测试过程中保持连接 如需要，松开“star”测试按钮，使它处于弹起的“hold”位置 把空气悬架“on/off” （锁止）开关转到“off”位置后再拨回到“on”位置 检查行李舱中的物品，搬走所有的物品

52、 确认点火开关位于“off”位置并等待 10 s，再转到“on/run”位置（没必要起动发动机） ，5 s 后松开制动踏板 关闭大灯、加热风扇、风窗刮水器等 等待至少 5 s 后，按下“star”测试按钮 在 20 s 内“star”测试仪持续显示下列代码之一： “21”到“28” 其他 进行弹簧充气诊断 根据维修手册或中车在线数据库中的有关内容进行相应故障码诊断 2）进入弹簧充气诊断程序 进入弹簧充气诊断程序的步骤见表 5-5。武汉理工大学华夏学院毕业论文26表 5-5 进入弹簧充气诊断程序的步骤测试步骤结果措施已进入弹簧充气诊断。为了选择/起动所需的弹簧充气测试，在所需的故障码显示至少 5

53、 s 后，松开“star”测试按钮，使它处于弹起的“hold”位置。只要“star”测试按钮处于“hold”位置，所选的功能便持续作用。当充气量或排气量达到要求时，按下“star”测试按钮，使它处于压下的“test”位置，这将停止测试并再次开始滚动显示测试码 “star”测试仪显示下列代码： “21 - 右前空气弹簧排气” “22 - 左前空气弹簧排气” “23 - 右后空气弹簧排气” “24 - 右前空气弹簧充气” “25 - 左前空气弹簧充气” “26 - 右后空气弹簧充气” “27 - 左后空气弹簧排气” “28 - 左后空气弹簧充气” 要退出弹簧充气点火开关转到“off”位置 警告警告

54、 汽车任何一角的空气弹簧排气和充气的每个代码，将按大小顺序逐个显示。最大的代码显示之后，代码列表将重复显示。只要“star”测试按钮处于压下的“test”位置，这种滚动显示方式，就会持续下去。 武汉理工大学华夏学院毕业论文27参参 考考 文文 献献 1.付百学编著. 汽车电子控制技术.机械工业出版社，20002.陈家瑞主编. 汽车构造.交通出版社，2003 3.卢晓春. 汽车机械基础.机械工业出版社, 20024.王望予. 汽车设计.机械工业出版社, 20055.乐玉汉. 轿车车身设计.高等教育出版社, 20006.周云山. 汽车电控系统理论与设计.北京理工大学出版社, 19997.周云山. 汽车电子控制技术，北京：机械工业出版社，20058.余志生. 汽车理论，北京机械工业出版社，20059.刘惟信主编. 汽车设计.北京：清华大学出版社, 200110李春明主编. 汽车底盘电控技术.北京：北京理工大学出版社, 200911王宪成汽车典型电控系统的结构与维修m北京：高等教育出版杜，200412. 李春明汽车底盘电控技术m北京：机械工业出版社，2007，(7)13陈家瑞，张建文汽车构造m北京：机械工业出版社，吉林大学，200714.吴涛汽车电器设备与维修西安：西安电子科技大学出版社，200628致谢致谢汽车电控悬架在汽车上得到广泛