《汽车底盘电控系统结构与检修》模块六 电控悬架系统

1、汽车悬架是指连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)的一系列传力装置，一般由弹性元件、减振器和导向元件所组成。随着现代电子技术的快速发展，以微型计算机作为控制核心，对汽车悬架系统参数实行实时控制成为可能。目前，各种形式的电控悬架系统（Electronic Modulated Suspension ,简称EMS）相继在一些高级轿车上采用。使用电控悬架系统不仅提高了汽车的乘坐舒适性，而且改善了汽车的操纵稳定性，在复杂多变的行驶状态下都尽可能使悬架的性能处于最佳状态。模块六 电控悬架系统课题一 电控悬架系统概况课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理课题三 电控悬架系统故障诊断与检修模块六 电控悬架系统

2、汽车底盘电控系统结构与检修课题一 电控悬架系统概况悬架主要影响汽车的垂直振动，传统的汽车悬架是不可调整的，行车中车身高度的变化取决于弹簧的变形。因此当汽车空载和满载的时候，车身的离地间隙是不一样的。尤其是一些轿车采用比较柔软的螺旋弹簧，其满载后弹簧的变形行程会比较大，导致汽车空载和满载的时候离地间隙相差有几十毫米，汽车的通过性受到明显影响。汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。一般行驶时需要柔软一点的悬架以求舒适感，当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性，两者之间有矛盾。另外，汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的。一成不变的悬架无法满足这种矛盾的需求，只能采取折中的方式去解决。

3、在电子技术发展的带动下，工程师设计出一种可以在一定范围内调整的电子控制悬架来满足这种需求，这种悬架称为电控悬架。电控悬架系统通常采用空气弹簧代替金属弹簧，用液压减振器和空气弹簧中的介质进行减振器阻尼系数与悬架刚度的有级调节和车高的自动调节控制。模块六 电控悬架系统一、汽车悬架的发展过程课题一 电控悬架系统概况20世纪70年代末至80年代初，前轮驱动轿车上广泛采用麦弗逊（Macpherson) 撑杆式悬架；近年来轿车越来越多地采用横臂式独立悬架（单横臂式和双横臂式）和纵臂式独立悬架（单纵臂式和双纵臂式）。烛式和麦弗逊式汽车悬架可使车轮沿主销移动，其悬架系统能适应特定的道路和行驶条件，但此类悬架系

4、统只能被动地承受地面对车身的各种作用力，无法根据各种情况主动地调节车身的状况，因此汽车的操纵性与乘坐的舒适性较差。近年来，随着汽车技术的迅猛发展，人们对汽车操纵性与乘坐舒适性提出了更高的要求， 希望汽车在高速公路上行驶时能具有令人舒适的操纵性能，而在急转弯、紧急制动及快加速时汽车又具备刚硬稳固的行驶性能，因为刚硬稳固的行驶性能可降低汽车的横摆、侧倾和俯仰。可见传统的烛式和麦弗逊式汽车悬架结构已经不能适应这一需求。随着计算机技术、传感器技术和各种柔性适时控制技术的发展，用这些技术装备起来的汽车电控悬架系统，使汽车的乘坐舒适性达到了令人满意的程度，又能使汽车的操纵稳定性得到了可靠的保证。模块六 电

5、控悬架系统一、汽车悬架的发展过程课题一 电控悬架系统概况1981年汽车上开始应用车身高度控制技术，同年出现可变换减振器阻尼力控制的新技术，而后又出现了能自动变换减振器阻尼力、弹性元件刚度的电控悬架。1987年，日本本田公司率先推出装有空气弹簧的主动悬架，这是一种通过改变空气弹簧的空气压力来改变弹性元件刚度的主动悬架。1989年，装有油气弹簧的主动悬架开始出现。现在计算机控制的悬架系统巳具备在1012ms内即能对路面和行驶条件作出迅速反应的能力，其极大地改善汽车行驶时的平稳性和操纵性。模块六 电控悬架系统二、汽车悬架的作用课题一 电控悬架系统概况汽车悬架具有以下作用。（1）承受载荷汽车悬架承受地

6、面作用于汽车车轮各个方向的力，包括法向反力、切向反力和侧向反力以及这些反力所产生的各种力矩。（2）传递动力汽车悬架将车轮与路面间产生的驱动力和制动力传递给车身，使汽车向前行驶、减速或停车。（3）缓和冲击汽车悬架缓和，衰减汽车在行驶过程中的各种振动和冲击，以提高乘员在汽车行驶时的舒适性。模块六 电控悬架系统三、汽车悬架的分类课题一 电控悬架系统概况 1、按照结构形式分类 （1）非独立悬架(Dependent Suspension) 非独立悬架是指左右两个车轮通过一根刚性车桥(车轴)连接，不能单独地上下跳动。非独立悬架结构简单、成本低特点，但舒适性差，多用于载重汽车。 （2）独立悬架(Indepe

7、ndent Suspension) 独立悬架是指前后左右4个车轮单独通过独立的悬架装置与车身相连，每个车轮都可以各自独立地上下跳动，具有舒适性好的特点。 现在的乘用车前悬架一般都采用独立悬架，一些低端车型使用的后悬架是非独立悬架，中高档轿车使用的都是独立悬架。模块六 电控悬架系统三、汽车悬架的分类课题一 电控悬架系统概况2、按控制方式分类目前，汽车的悬架系统通常可分为传统被动式(Passave Suspension)、半主动式(Semiactive Suspension)、主动式(Active Suspension)三类。半主动式又分为有级半主动式（阻尼力有级可调）和无级半主动式（阻尼力连续可

8、调）两种。无级半主动式悬架可以根据路面的行驶状态和车身的响应对悬架阻尼力进行控制，并在几毫秒内由最小变到最大，使车身上的振动响应始终被控制在某个范围内。但无级半主动式悬架在转向、起步、制动等工况时不能对阻尼力实施有效的控制。主动式悬架根据频带和能量消耗的不同，分为全主动式（频带宽大于15Hz)和慢全主动式（频带宽36Hz)。而根据驱动机构和介质的不同，可分为由电磁阀驱动的油气主动式悬架和由步进电动机驱动的空气主动式悬架。主动式悬架是一种带有动力源的悬架，在悬架系统附加设一个可控制作用力的装置，主动式悬架可根据汽车载荷、路面状况、行驶速度、起动（或是制动、转向等）状况的变化，自动调整悬架的刚度、

9、阻尼力以及车身高度等。我们通常把用于提高平顺性的控制称为路面感应控制，而把用于提高稳定性的控制称为车身姿势控制，此外，车身高度控制也是主动式悬架系统的重要控制项目之一。模块六 电控悬架系统课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理传统的汽车悬架主要由弹簧、减振器、稳定杆和弹性轮胎等组成，悬架的高度和弹性是不可调整的，在行车中车身高度的变化仅取决于弹簧的变形，其优点是结构简单、实用，如图6-1所示。但因其弹性和阻尼不能随外部工况变化，驾驶及乘坐舒适性相对较差。汽车上的普通减振器一般为伸张型减振器，其缸筒为全密封式结构，伸缩杆上有一个活塞，阻尼孔位于活塞上，活塞将缸筒分为上下两腔。当汽车向上振动带动活塞

10、杆伸张时，腔油液通过活塞上阻尼较大的阻尼孔流向下腔；而在活塞杆收缩时，由于油液只能流过相对小的通流截面，其流动阻尼大、流速慢，使汽车振动的能量快速地消耗掉，从而可有效地减轻汽车的振动幅度，以提高汽车的行驶安全性和操纵稳定性。但这种减振器阻尼孔的通流截面在汽车行驶过程中不能随时进行调节，只能满足特定车速和路况条件下的减振，而不能满足汽车在所有行驶车速和行驶条件下的有效减振。因此传统的汽车悬架不能满足现代汽车的舒适性、操动性和安全性的综合要求。在现代的中、高档汽车上已广泛采用电控悬架以提高汽车的综合性能。模块六 电控悬架系统图6-1 常见悬架结构（麦弗逊式前悬架） 图6-2保时捷帕那梅拉空气式可调

11、悬架一、电控悬架的控制形式及功能电子控制悬架系统的优点是能使悬架随着不同的路况和行驶状态做出相应的调整，既令汽车的乘坐舒适性达到令人满意的水平，又能使汽车的稳定性要求得到满足。1、电控悬架的控制形式目前，电控悬架的控制形式主要有3种，空气式可调悬架、液压式可调悬架和电磁式可调悬架。（1）空气式可调悬架空气式可调悬架如图6-2所示，是指利用空气压缩机形成压缩空气，并通过压缩空气来调节汽车底盘离地间隙的一种悬架。模块六 电控悬架系统课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理一、电控悬架的控制形式及功能1、电控悬架的控制形式（1）空气式可调悬架一般装备空气式可调悬架的车型在前轮和后轮附近都设有离地距离传感

12、器，按离地距离传感器的输出信号，电子控制单元（ECU)判断出车身高度的变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而起到减振的效果。空气式可调悬架中的空气弹簧的软硬能根据需要自动调节。当在高速行驶时，空气悬架可以自动变硬来提高车身的稳定性，而长时间在低速不平的路面行驶时，电子控制单元（ECU)则会使悬架变软来提高车辆的舒适性。采用空气式可调悬架的代表车型有奥迪A8、奔驰S350、保时捷卡宴(Porsche Cay-enne)、保时捷帕那梅拉(Porsche Panamera)等。模块六 电控悬架系统课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理一、电控悬架的控制形式及功能1、电控悬架的控制

13、形式（2） 液压式可调悬架液压式可调悬架如图6-3所示，是指根据车速和路况，通过增减液压油的方式调整汽车底盘离地间隙来实现车身高度升降变化的一种悬架。液压式可调悬架的核心是内置式电子液压集成模块，根据车速、减振器伸缩频率和伸缩程度的数据信息，在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被传送给电子控制单元（ECU)，ECU再根据输入信号和预先设定的程序操纵前后4个执行油缸工作。采用液压式可调悬架的代表车型有雪铁龙C5、雪铁龙C6、宝马7系轿车等。模块六 电控悬架系统图6-3 雪铁龙C5液压式可调悬架结构示意图1-纵向横梁

14、；2-球体；3-上三角叉臂；4-支杆;5-长纵臂课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理一、电控悬架的控制形式及功能1、电控悬架的控制形式（3）电磁式可调悬架电磁悬架系统是由电子控制单元（ECU)、车轮位移传感器、电磁液压杆和直筒减振器组成。在每个车轮和车身连接处都有一个车轮位移传感器，传感器与电子控制单元（ECU)相连，ECU又与电磁液压杆和直筒减振器相连。电磁式可调悬架结构如图6-4所示，是利用电磁反应来实现汽车底盘高度升降变化的一种悬架。电磁式可调悬架可以针对路面情况，在1ms时间内做出反应并抑制振动，以保持车身的稳定性。模块六 电控悬架系统图6-4 凯迪拉克SLS赛威的电磁悬架系统结构图课

15、题二 汽车电控悬架的结构与工作原理一、电控悬架的控制形式及功能1、电控悬架的控制形式一般地，电磁式可调悬架的反应速度比传统的悬架快5倍，因此在车速很高又突遇障碍时最能显出它的优势，即使是在最颠簸的路面，也能保证车辆平稳行驶。电磁式直筒减振器有别于传统的液压减振器，其没有细小的阀门结构，并不是通过液体的流动阻力来达到减振的目的，电磁式直筒减振器中也有减振液，但它是一种被称为电磁液的特殊液体，是由合成碳氢化合物和微小的铁粒组成的。 平时磁性金属粒子杂乱无章地分布在液体里，不起什么作用；但如果有磁场作用，它们就排列成一定结构，此时减振液就会变成近似塑料的状态。减振液的密度可通过控制电流流量来精确地控

16、制，并且可实时连续的动态控制。模块六 电控悬架系统课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理一、电控悬架的控制形式及功能1、电控悬架的控制形式电磁式可调悬架的工作过程是：当路面不平引起车轮跳动时，传感器迅速将信号传至电子控制单元（ECU)，ECU发出指令，将输电信号发送到各个减振器的电磁线圈，电流的运动便产生磁场，在磁场的作用下减振器中的电磁液的密度将迅速发生变化(变化频率高达1000Hz)，进而控制悬架的刚度和阻尼力，达到减振的目的。电磁式可调悬架可以快速有效地弥补轮胎的跳动，并扩大悬架的活动范围，降低噪声，提高车辆的操控准确性和乘坐舒适性。采用电磁式可调悬架的代表车型有凯迪拉克SLS赛威(Sev

17、ille Luxury Sedan，赛威豪华轿车)、凯迪拉克CTS、奥迪TT等。模块六 电控悬架系统课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理一、电控悬架的控制形式及功能2、电控悬架系统的功能采用电控悬架系统，汽车对车身的侧倾、俯仰、横摆跳动等方面控制都能更加迅速、精确；同时车辆制动时车身前俯小，起动和急加速时又可减少后仰；即使在坏路面上行驶，车身的跳动也较小，轮胎对地面的附着力大大提高。因此电控悬架系统大大提高了汽车的行驶稳定性和操纵安全性。电子控制汽车悬架系统的控制功能通常有以下3个。 （1）车身高度调节当汽车在起伏不平的路面上行驶时，电子控制汽车悬架系统可根据瞬时路面状况使车身拾高，以提高车辆

18、的通过性。在良好路面高速行驶时，电子控制汽车悬架系统还可以根据需要降低车身，以减少空气阻力或提高车辆的操纵稳定性。 （2）阻尼力控制当汽车在急转弯、急加速或紧急制度等情况下，电子控制汽车悬架系统可以用来控制车身行驶姿态的变化。 （3）弹黄刚度控制电子控制汽车悬架系统动态可动态改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适性的要求。模块六 电控悬架系统课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理1、电控悬架的结构组成汽车电控悬架系统由传感器、电子控制单元（ECU)、执行器等三部分组成。如图6-5所示。传感器部分用来测量汽车的运行状态，包括车身高度传感器、方向盘转角传感器、车速传感器、节气

19、门位置传感器等；电子控制单元（ECU)是电控悬架系统的中央处理单元，主要包括微机和信号放大电路；执行器用来执行电控悬架系统控制的动作，包括高度控制阀、排气阀、悬架控制执行器等。凌志LS400电控悬架系统各组成元件在车上的位置如图6-6所示。模块六 电控悬架系统图6-5 电控悬架系统的组成示意图课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统图6-6 凌志LS400电控悬架系统元件在车上位置课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器传感器用于采集有关汽车行驶状态和路面情

20、况等方面的信息，其形成电信号后输入给电子控制单元（ECU），ECU处理后驱动执行器完成减振器阻尼力和横向刚度的调节。电控悬架系统的传感器有车速传感器、节气门位置传感器、方向盘转角传感器、车身高度传感器等。1）车速传感器车速是汽车悬架系统常用的控制信号，通过对车速信号的处理，来调节电控悬架的阻尼力，从而改善汽车行驶的安全性。常用的车速传感器的类型有舌簧开关式车速传感器、磁阻元件式车速传感器、磁脉冲式车速传感器和光电式车速传感器。一般情况下，舌簧开关式和光电式车速传感器安装在汽车仪表板上，与车速表装在一起，并用软轴与变速器的输出轴相连；而磁阻元件式和磁脉冲式车速传感器装在变速器上，通过蜗杆蜗轮机构

21、与变速器的输出轴连接传动。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器2）方向盘转角传感器方向盘转角传感器用于检测方向盘是否处于中间位置、方向盘的转动方向、转动角度和转动角速度。在电子控制悬架中，电子控制单元（ECU）可根据车速传感器信号和方向盘转角传感器信号，判断转向的方向和汽车转向时侧向力的大小，从而适时调控横向刚度以提高汽车抗侧倾能力。最常见的方向盘转角传感器为光电式转角传感器。图6-7所示为光电式转角传感器的安装位置和结构图。在方向盘的转向轴上装有一个带窄缝的圆盘，传感器的光电元件（发光二极管）和

22、光敏接收元件（光敏三极管）相对地装在遮光盘两侧形成遮光器。由于圆盘上的窄缝呈等间距均匀分布，当方向盘的转轴带动圆盘偏转时，带窄缝的圆盘将扫过遮光器件中间的空隙，从而在遮光器的输出端，即可进行ON、OFF转换，形成矩形波形的脉冲信号。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器2）方向盘转角传感器图6-7 光电式转角传感器安装与结构1-转角传感器；2-传感器；3-光学元件；4-遮光盘；5-轴；6-圆盘；7-传感器圆盘课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控

23、悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器2）方向盘转角传感器光电式传感器的工作原理如图6-8所示。图6-8 光电式转角传感器的工作原理课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器2）方向盘转角传感器当转动方向盘时，带窄缝的圆盘随之转动，使遮光器的光束产生通/断变化，遮光器的这种反复开/关状态的转变，即产生与转向轴转角成一定比例的一系列数字脉冲信号。控制装置可根据该信号的变化来判断方向盘的转动角度和转速。同时，传感器在结构上采用两组光电藕合器，可根据检测到的脉冲信号的相位差来判断方向盘的偏转方向。这是因为

24、两个遮光器在安装上使它们的ON、OFF变换的相位错开90，通过判断哪个遮光器首先转变为ON状态，即可检测出转向轴的偏转方向。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器3）车身高度传感器车身高度传感器的作用是把车身高度即汽车悬架装置的位移量转化成电信号，输送给控制单元。常用的车身高度传感器有光电式高度传感器、霍尔式高度传感器、片簧开关式高度传感器等。光电式车身高度传感器光电式车身高度传感器固定在车架上，传感器轴的外端装有导杆，导杆的另一端通过连杆与独立悬架的下摆臂连接，如图6-9所示。在传感器内部，有一个

25、靠连杆带动旋转的轴，在轴上装有一个开有很多槽的遮光盘，遮光盘的两侧装有4组光电耦合元件，如图6-10所示。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器3）车身高度传感器 图6-9 光电式车身高度传感器安装位置 图6-10 光电式高度传感器结构1-导杆；2-传感器；3-下摆臂课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器3）车身高度传感器光电式车身高度传感器的工作原理如图6-11所示，当车身高度发生变化时，连杆将随悬架摆

26、臂的上下移动而摆动，通过传感器轴带动遮光盘转动，使光电耦合元件上的光敏晶体管光线产生通（ON）、断（OFF）的转换。光敏晶体管把接收到的光线ON/OFF信号转换成电信号，并通过控制电路传送给悬架的电控单元ECU。ECU根据这四组光电耦合元件导通与截止的组合，来判断遮光盘转过的角度，从而计算出悬架高度的变化情况，光电式车身高度传感器的电路如图6-12所示。 图6-11 光电式车身高度传感器工作原理课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器3）车身高度传感器霍尔式车身高度传感器霍尔式车身高度传感器的结构和工

27、作原理如同6-13所示。这种车身高度传感器分别由两个霍尔集成电路、磁体等组成。当车身高度发生变化时，两个磁体会随着产生相对位移，从而在两个霍尔集成电路产生不同的霍尔电效应，形成相应的电信号，悬架的电控装置根据这些电信号判断车身高度偏离标准高度的距离，从而驱动执行机构作出相关的调整。由于安装两个霍尔集成电路和两个磁体时，将它们的位置进行了不同的组合，所以可以将车身高度状态分为三个区域进行检测。 图6-12 光电式车身高度传感器电路课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器3）车身高度传感器霍尔式车身高度传

28、感器霍尔式车身高度传感器的结构和工作原理如同6-13所示。这种车身高度传感器分别由两个霍尔集成电路、磁体等组成。当车身高度发生变化时，两个磁体会随着产生相对位移，从而在两个霍尔集成电路产生不同的霍尔电效应，形成相应的电信号，悬架的电控装置根据这些电信号判断车身高度偏离标准高度的距离，从而驱动执行机构作出相关的调整。由于安装两个霍尔集成电路和两个磁体时，将它们的位置进行了不同的组合，所以可以将车身高度状态分为三个区域进行检测。 图6-13 霍尔式车身高度传感器1-传感器体；2-霍尔集成电路；3-弹簧夹；4-滑轴；5-窗孔课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控

29、悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（1）传感器3）车身高度传感器片簧开关式车身高度传感器片簧开关式车身高度传感器的结构和原理如图6-14所示，片簧开关式高度传感器有四组触点式开关，它们分别与两个三级管相连，构成四个检测回路。用两个端子作为输出信号与悬架ECU连接，两个三极管均受ECU“输出”端子的控制。该传感器将车身高度状态组合为四个检测区域，分别是低、正常、高、超高。 (a)结构 (b)工作原理图6-14 片簧开关式高度传感器的结构和工作原理课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（2）执行器1）悬

30、架控制执行器悬架控制执行器的功用是调节减振器的阻尼力和弹簧的刚度。电控半主动悬架常用的步进电机转阀式减振器的结构和工作原理如图6-15所示。该执行器主要由步进电机、小齿轮、扇形齿轮、电磁线圈、挡块、控制杆等组成。每个执行器安装于悬架系统减振器的顶部，并通过控制杆与减振器的回转阀相连接，步进电机和电磁线圈受电子控制单元(ECU)的控制。 图6-15 步进电机式执行器的结构及工作原理课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（2）执行器1）悬架控制执行器其中步进电机结构如图6-16所示,步进电动机主要由转子、定子、电磁

31、线圈组成。在机电一体化系统中，步进电动机一般用于精确的角度和位置的控制，通常对于步进电动机的要求为响应速度快、响应特性好、步距角精度高、阻尼特性好，但响应特性和阻尼特性之间又是相互矛盾的，因此应根据实际使用场合而有所侧重。 图6-16 步进电机的结构1、6-转子；2、3、4、9-线圈；4、6、8-定子课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（2）执行器1）悬架控制执行器步进电动机的基本工作原理是利用转子和定子间齿形磁极的相互吸引或排斥，以实现转子的转动与停止。一般情况下，每一次脉冲使转子所转过的角度取决于转子或定

32、子上均匀分布的齿形磁极的数量。假设转子上齿形磁极的数量是N，电动机转子可在360范围内旋转，那么定子线圈每接受一个脉冲信号时，转子所转过的圆心角是 ，则有 或 / N (rad 步进电动机的转子旋转方向取决于脉冲信号输入的方式，如果输入正脉冲信号使转子正转，那么负脉冲将使步进电动机转子反转。步进电动机的工作方式是：有脉冲信号输入时转子转动，而且一个脉冲波只能使转子转动一步（即一个圆心角的大小，又称齿距），没有脉冲波输入，转子则处于暂停状态，所以转子的转速只取决于脉冲频率。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（

33、2）执行器1）悬架控制执行器近年来步进电动机发展很快，品种规格与结构型式多种多样，但常用的类型多为3相、4 相、5相和6相等。一般励磁相数越多，产生的转矩越大，动作稳定性越好，步距角越小。另外，励磁方式不同也会导致步距角的大小差别较大。步进电动机常用开环控制系统，受数字脉冲信号的控制，输出角位与输入的脉冲数成正比，其转速与输入脉冲频率成正比，具有自锁能力，不需要角度传感器和制动机构，控制相对简单。对于低速、小转角的控制中采用步进电动机较为有利。 课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（2）执行器1）悬架控制执行

34、器执行器的基本工作原理如下：电子控制单元（ECU)输出控制信号使电磁线圈通电来控制挡块的动作（如将挡块与扇形齿轮的凹槽分离），另外步进电机根据输入的电流方向来改变旋转方向，从而驱动扇形齿轮向某一方向产生偏转，使控制杆改变减振器的回转阀与活塞杆油孔的连通情况，减振器的阻尼力即根据需要改变大小和方向。当阻尼力调整完成后，电动机和电磁线圈断电，挡块进入扇形齿轮的凹槽中，阻尼力大小得到保持。步进电机和电磁线圈在工作时的通电情况如表6-1所列。 减振器的阻尼状态电动机电磁线圈调整前调整后正极负极软-+断开中等+-断开软硬+-接通中等硬-+接通表6-1 执行器的通电方式课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理

35、二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（2）执行器1）悬架控制执行器当电子控制单元发出软阻尼力信号时，步进电机转动促使扇形齿轮作逆时针方向转动，直到扇形齿轮上凹槽的一边靠在挡块上；当电子控制单元（ECU)发出中等硬度阻尼力信号时，步进电机反向通电，使扇形齿轮顺时针方向转动，直到扇形齿轮上凹槽的另一边靠在挡块上；当电子控制单元（ECU)发出硬阻尼力信号时，步进电机带动扇形齿轮离开软阻尼力位置或中等阻尼力位置，同时电磁线圈将挡块拉紧，使档块进人扇形齿轮中间的一个凹槽内。2）高度控制阀和排气阀高度控制阀和排气阀的结构完全相同，都是由电磁线圈、柱塞、活动

36、铁芯等组成，其结构如图6-17所示。高度控制阀和排气阀的功用都是用来调节车身高度和空气弹簧的刚度，区别在于安装位置不同。高度控制阀有4个，安装在空气管和空气弹簧气室之间，以控制压缩空气的通断；而排气阀只有1个，安装在空气管与大气之间，控制压缩空气与大气的通断。 课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统 图6-17 高度控制阀结构简图课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统 图6-18 横向稳定杆执行器工作原理1-驱动杆；2-从动杆；3-变速传动杆；4-蜗杆；5-行星轮；6-齿圈；7-太阳轮；8-行星架；9-

37、限位开关(SW2)；1O-限位开关(SW1)；11-直流电动机；12-涡轮；13-弹簧2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（2）执行器3）横向稳定杆执行器汽车的转向特性与汽车侧倾刚度相关，为改变汽车的侧倾刚度，可以改变横向稳定杆的扭转状况而实现刚度的改变，通过控制横向稳定杆液压缸内的油压，可达到调节扭转刚度的目的。横向稳定杆执行器工作原理如图6-18所示，其由直流电动机、涡轮、蜗杆、行星齿轮机构和限位开关等组成。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬架系统 图6-18 横向稳定杆执行器工作原理1-驱动杆；2-从动杆；3-变速传动杆；4-蜗杆；5-行星轮

38、；6-齿圈；7-太阳轮；8-行星架；9-限位开关(SW2)；1O-限位开关(SW1)；11-直流电动机；12-涡轮；13-弹簧2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（2）执行器3）横向稳定杆执行器汽车的转向特性与汽车侧倾刚度相关，为改变汽车的侧倾刚度，可以改变横向稳定杆的扭转状况而实现刚度的改变，通过控制横向稳定杆液压缸内的油压，可达到调节扭转刚度的目的。横向稳定杆执行器工作原理如图6-18所示，其由直流电动机、涡轮、蜗杆、行星齿轮机构和限位开关等组成。液压缸位于横向稳定杆与悬架下控制臂之间，通过改变缸内油压来调整横向稳定杆的扭转刚度。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工

39、作原理模块六 电控悬架系统 图6-19 电子控制单元（ECU）的控制电路原理图2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理（3）电子控制单元（ECU）电子控制单元（ECU）可根据汽车行驶时的各种传感器信号，如制动灯开关信号、车速传感器信号、模式选择开关信号及节气门位置信号等，经过处理后确认汽车当前的行驶状态和路面情况（如汽车是低速行驶还是高速行驶；是直线行驶还是处于转弯状态；是在制动还是在加速；自动变速器是否处在空档位置等），并驱动执行器对各悬架减振器阻尼力的大小进行调节。电子控制单元（ECU）的系统原理如图6-19所示。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理二、电控悬架的结构及工作原理模块六 电控悬

40、架系统 2、电控悬架各组成元件的结构及工作原理电子控制单元（ECU）的基本上作原理如下：各传感器和控制开关产生电信号，经输入接口电路整形放大后，送入计算机CPU中，经过CPU处理和判断后输出各控制信号，分别驱动相关的执行器和显示器进行工作。控制信号包括促使执行器改变悬架减振器阻尼力的阻尼控制信号，促使发光二极管显示悬架系统当前阻尼力状态的显示控制信号等。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 目前汽车常用的电控悬架系统有电控半主动悬架和车身高度控制悬架系统。电控半主动悬架的执行器是转阀式减振器。电控半主动悬架系统能够根据汽车的负载情况、行驶状态和路面

41、等情况，控制减振器阻尼的大小、以调节汽车的即时行驶姿势。车身高度控制系统的执行器是空气弹簧。车身高度控制系统能够根据汽车的负载情况、行驶状态和路面等情况，控制空气弹簧刚度的大小、以调节汽车车身的高度和汽车的行驶姿势。使汽车的相关性能处于最佳状态。下面分别以某型丰田汽车和某型三菱汽车所采用电控悬架系统为例，分别说明电控半主动悬架系统和车身高度控制系统的工作过程。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的电控半主动悬架（TEMS)（1）基本组成丰田汽车的电控半主动悬架主要由模式选择开关、电控单元ECU、可调阻尼减振器、转向传感器、节气门位置传

42、感器、制动灯开关、空档起动开关、执行器和TEMS指示灯等组成，其部件布置如图6-20所示。图6-20 丰田汽车的电控半主动悬架部件布置简图课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的电控半主动悬架（TEMS)（1）基本组成模式选择开关根据不同的组合方式可使悬架系统具有四种工作状态，即自动-标准（Auto-Normal)；自动-运动 (Auto-Sport)；手动-标准（Manu-Normal)及手动-运动（Manu-Sport)。在自动模式下，悬架电控系统可根据汽车的行驶状态和车速等参数自动地调节减振器的阻尼力（包括软、中等、硬三种状态），

43、以保证汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。在手动模式下，悬架系统的阻尼力只有标准（中等）和运动（硬）两种状态能够转换。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的电控半主动悬架（TEMS)（2）减振器的阻尼力调节减振器阻尼力大小对汽车乘坐的舒适性和安全性有较大的影响，因此目前减振器均以调节其阻尼力的大小为控制目标。减振器的功能如下。1）正常行驶时实现较好的减振控制减振器的减振控制取决于模式选择开关，当驾驶员选择模式为自动-标准（Auto-Normal) 模式时，刚度和阻尼力处于“软”的状态；当驾驶员选择模式为自动-运动（Auto-Sport) 模

44、式时， 刚度和阻尼力处于“中等”状态。2）车尾下蹲控制汽车在急速起步或加速时，在惯性力和驱动力的作用下，汽车尾部会出现下蹲现象，为保持车身的稳定性应控制下蹲量到最小程度，当车速低于20km/h且加速度较大时，ECU通过执行器将后部减振器阻尼力转换至“硬”的状态，3s后或当车速大于30km/h时ECU通过执行器将减振器阻尼力转换为正常。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的电控半主动悬架（TEMS)（2）减振器的阻尼力调节3）汽车点头控制汽车在高速行驶状态紧急制动时，由于惯性力和车轮与地面之间附着力的作用，车头会产生下沉。为保持车身的稳

45、定性则要求将点头距离减小至最小程度，当车速高于60km/h时紧急制动，ECU通过执行器将前轮减振器阻尼力转换至“硬”的状态，2s后ECU通过执行器将减振器阻尼力转换为正常。4）汽车侧倾控制汽车在转弯时，由于离心力的作用，汽车与车身的外侧会下沉，而在转弯结束时又会产生车身外侧的恢复，这就造成汽车横向摆动的现象。为提高车辆行驶的稳定性应将这种现象控制在最小程度，装在转向轴上的转角传感器检测方向盘操作，且为急转弯或“S弯”时，ECU通过执行器将减振器的阻尼力调至“硬”的状态，2s后使阻尼力恢复至正常值。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的

46、电控半主动悬架（TEMS)（2）减振器的阻尼力调节5）汽车纵向摇动控制汽车在换档过程中，驱动车轮上的驱动力变化较大时汽车会纵向摇动，同时路面的影响也会造成车身纵向摇动，为提高车辆行驶稳定性应控制车身的纵向摇动，当车速小于10km/h 、换档操纵手柄在“P”或“N”时，ECU通过执行器将减振器阻尼力转换至“硬”的状态；当换档操纵手柄从“P”或“N”移 到“S”或车速大于15km/h时，ECU通过执行器将减振器阻尼力转换至正常值。当车速在40100km/h时ECU会将阻尼力调至中等。6）高速感应为提高汽车高速行驶时的方向稳定性，当车速大于110km/h且加速度较大时，ECU通过执行器将减振器阻尼力

47、调至中等，此时即使选择自动-标准（Auto-Normal)模式，系统也会将阻尼力调至中等，只有当车速小于100km/h时方按动-标准（Auto-Normal) 模式将刚度和阻尼力调至“软”状态。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的电控半主动悬架（TEMS)（3）悬架系统弹性元件刚度的调节汽车悬架弹性元件的刚度也是影响汽车乘坐舒适性和行驶安全性的一个重要因素，其会直接影响车身的振动强度及汽车对路况、车速的感应程度。目前， 中高档汽车一般倾向于利用可调刚度的空气弹簧或油气弹簧，以通过调节这些元件空气压力的办法来调整弹性元件的刚度。气动缸

48、由减振器（封入低压惰性气体且阻尼力可调）、旋转式膜片、主气室、副气室和悬架执行元件组成。主气室是可变容积的，在它的下部有一个可伸缩的隔膜，压缩空气进入主气室可令悬架的高度升高，反之则使悬架高度下降。随着车身与车轮的相对运动，主气室的容积在不断变化，主气室与副气室之间通过一个通道使气体可相互流通。改变主、副气室间的气体通道的大小就可以改变空气悬架的刚度。减振器的活塞通过中心杆（阻尼调整杆）和齿轮系与直流步进电动机相连接。因此步进电动机转动可改变活塞阻尼孔的大小，从而改变减振器的阻尼系数。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的电控半主动悬

49、架（TEMS)（3）悬架系统弹性元件刚度的调节悬架刚度的自动调节原理如图6-21所示。图6-21 悬架刚度自动调整原理1-阻尼调整杆；2-空气阀控制杆；3-主、副气室通道；4-副气室；5-主气室；6-气阀体；7-气体小通道；8-阀芯；9-气体大通道课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 1、丰田汽车的电控半主动悬架（TEMS)（3）悬架系统弹性元件刚度的调节主、副气室间的气阀体上有大小两个通道。步进电动机带动空气阀控制杆转动，使空气阀阀芯转过一个角度，改变气体通道的大小，就可以改变主、副气室之间的气体流量，使悬架的刚度发生变化。悬架刚度有低、中、高三

50、种状态。当阀芯的开口转到对准图示的“低”位置时，气体通道的大孔被打开，主气室的气体经过阀芯的中间孔、阀体侧面通道与副气室的气体相通，两气室之间空气流量较大，悬架刚度处于低状态。当阀芯的开口转到对准图示的“中”位置时，气体通道的小孔被打开，两气室之间的流量较小，悬架刚度处于中间状态。当阀芯开口转到对准图示的“高”位置时，两气室之间的气体通道全部被封住，两气室之间的气体相互不能流动。此时压缩空气只能进入主空气室，悬架在振动过程中，悬架刚度处于高状态。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 2、三菱汽车的车身高度控制系统（1）基本组成三菱汽车的车身高度控制

51、系统结构如图6-22所示主要由空气弹簧、传感器、节气门位置传感器、普通螺旋弹簧、电子控制单元、车速传感器、G传感器、高度传感器、阻尼力转换执行器、电磁阀、空气压缩机、储气筒、空气管路和继电器等组成。车身高度控制悬架系统采用空气弹簧来调节车身的高度。车身高度控制悬架系统的所有空气弹簧为并联独立式布置，每个空气弹簧单独进行充、排气操作，各控制电磁阀均由ECU进行控制。空气弹簧的高度有“低”、“正常”和“高”三种工作状态：车速超过 120km/h时，车身高度为“低”；在100krm/h以下的一般行驶状态时，车身高度为“正常”；在坏路上行驶，车身高度为“高”，其他情况时的车身高度由汽车的行驶状态来决定

52、。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 图6-22 三菱主动电子控制悬架系统1-前储气筒；2-液压油泵继电器；3-空气压缩机继电器；4-电磁阀；5-ECS电源继电器；6-加速度计开关；7-节气门位置传感器；8-制动灯开关；9-车速传感器；10-转角传感器；11-右后门开关；12-后电磁阀总成；13-电子控制单元；14-阻尼力转换执行器；15-左后门开关；16-后储气筒；17-后高度传感器；18-左前门开关；19-ECS开关；20-阻尼力转换执行器；21-加速度计位置；22-空气压缩机总成；23-G传感器；24-前高度传感器；25-系统禁止开关；26

53、-空气干燥器；27-流量控制电磁阀总成课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 2、三菱汽车的车身高度控制系统（1）基本组成按照控制车轮的数量可分为四轮控制和两轮控制（后轮控制）；按照空气的封闭情况可分为两类。一类是外排气式，即当需要降低车身高度时，将空气弹簧中的空气压力降低的方式为系统将空气弹簧中的空气经干燥罐排入大气，排气过程中可同时将干燥罐中的水气带走，这就保持了系统中空气的干燥性，丰田公司的LEXUS LX400轿车即采用此类系统。另一类是内排气式，当需要降低车身高度，即需将空气弹簧中的空气压力降低时，系统将空气弹簧中的空气排向储气筒的低压腔，

54、该系统又称为封闭式悬架系统，三菱GALANT轿车采用的即为此种系统，如图6-23所示。该系统由空气 压缩机、空气干燥器、储气筒、流量控制电磁阀、前后悬架控制电磁阀、空气弹簧和它们之间的连接管路等组成。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 图6-23 三菱轿车车身高度控制悬架系统空气压回路图1-流量控制电磁阀；2-前悬架控制电磁阀；3-右前减振器空气弹簧；4-后悬架控制电磁阀；5-右后减振器空气弹簧；6-左后减振器空气弹簧；7-左前减振器空气弹簧；8-空气压缩机；9-空气干燥器；10-储气筒课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系

55、统模块六 电控悬架系统 图6-23 三菱轿车车身高度控制悬架系统空气压回路图1-流量控制电磁阀；2-前悬架控制电磁阀；3-右前减振器空气弹簧；4-后悬架控制电磁阀；5-右后减振器空气弹簧；6-左后减振器空气弹簧；7-左前减振器空气弹簧；8-空气压缩机；9-空气干燥器；10-储气筒课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 2、三菱汽车的车身高度控制系统（2）车身高度和姿势的调节车身高度控制悬架系统通过调节弹性元件的刚度和减振器的阻尼力，可使汽车四个车轮的悬架参数具有不同的组合，以此来达到控制车身高度和对车身姿势的调节。例如使用空气弹簧的悬架，当乘员人数和

56、载物较重而造成车身下沉时，悬架系统可通过加大空气弹簧气压的办法，使车身恢复到正常高度；当汽车高速行驶时，为提高汽车行驶的安全性并减少空气的阻力，悬架系统适当地减少空气弹簧的气压，同时减少减振器的阻尼力而令汽车车身高度实现降低。以下情况时，车身高度调节系统需根据需要对车身高度进行调节。1）汽车停车状态下，为增强汽车外观的观赏性将自动使车身高度降低。2）汽车发动机起动后，为保证汽车行驶的安全性和通过性而将使车身高度自动地升高。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 2、三菱汽车的车身高度控制系统（2）车身高度和姿势的调节以下情况时，车身高度调节系统需根据

57、需要对车身高度进行调节。3）当汽车乘员数量和载货质量改变时对局部车身高度进行调整，以防止车身发生倾斜并保证车身高度的协调性。例如由于装载质量增加使车身高度下降时，系统将受影响一侧的车身高度升高，使其恢复到装载前的高度。4）汽车在高速行驶状态下，自动降低车身高度以减少迎风阻力系数，并提高汽车的抓地能力以增加汽车行驶的安全性。5）汽车行驶在坑洼的路面上时，使车身高度增加以提高汽车的通过性，防止车身与地面产生刮擦。6）汽车转向或制动时，控制车身自动保待水平状态。课题二 汽车电控悬架的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 2、三菱汽车的车身高度控制系统（3）车身高度控制悬架系统

58、的工作原理1) 建立控制气压发动机起动后，如果蓄电池处于放电状态，空气压缩机将不工作，以防蓄电池过放电；当蓄电池开始充电后，直流电动机将带动空气压缩机开始工作。空气经空气滤清器过滤后进入压缩机气缸，经压缩后经排气阀进入空气干燥器再进入储气筒。储气筒上有空气压力调节装置，当气压超过规定值时，空气压缩机将进气阀打开，使空气压缩机空转以减少发动机的功率消耗。储气筒的气压一般保持在7501000kpa左右。2）控制车身高度降低当ECU发出降低车身高度的信号时，流量控制电磁阀和前、后悬架控制电磁阀的排气阀打开，空气弹簧中的空气流向储气筒的低压腔，当车身降低到预定高度时，各电磁阀关闭。课题二 汽车电控悬架

59、的结构与工作原理三、两种典型的电控悬架系统模块六 电控悬架系统 2、三菱汽车的车身高度控制系统（3）车身高度控制悬架系统的工作原理3）控制车身高度升高当EGU发出升高车身高度的信号时，流量控制电磁阀和前、后悬架控制电磁阀的进气阀打开，储气筒的空气进入空气弹簧使其气压提高，当车身高度上升至规定高度时，各电磁阀关闭。由于车身高度控制悬架系统是一个封闭系统，从空气弹簧排出的空气并不排向大气而是排入储气筒的低压腔。因此当储气筒中需要补充气压时，低压腔中空气又经空气压缩机进气阀进入气缸，经压缩和干燥后进入储气筒的高压腔。这内部循环方式可减少能量的消耗，同时降低了水分及杂质进入系统的可能。课题二 汽车电控

60、悬架的结构与工作原理课题三 电控悬架系统故障诊断与检修模块六 电控悬架系统 检查、分析、判断与检测是电子控制系统故障排除的主要内容。汽车电子控制系统的元器件大部分是密封设计，损坏后一般不易修复，即便可以修复其可靠性也会大打折扣。因此找到故障后一般的作法是更换损坏的元器件来排除故障。电子控制悬架系统故障诊断分析应按照看、听、摸、检查、检测、故障分析和排除程序进行。故障诊断与检修时应注意以下事项。（1）维修过程中，当点火开关在打开状态下，不要随意断开蓄电池，否则会丢失控制模块中存储的信息，也不要拆卸或安装控制模块及其电子插头。（2）吊起、支起或拖动汽车之前，应该将悬架控制开关置于“OFF”位置或断