《汽车底盘电控系统》-学习任务4.1 汽车电控悬架系统检修

本学习任务的目标【思政目标】培养学生爱岗敬业、任劳任怨的工作精神；引导学生面对不同的岗位时，放松和积极的心态；引导学生紧跟国家政策，提高创新意识，加强技术学习。【任务目标】能正确讲述汽车电控悬架系统的分类和基本功能；能正确描述汽车电控悬架系统的传感器、执行器的结构及工作原理；能正确识读和分析汽车电控悬架系统电路图以及对汽车电控悬架系统进行检测。【学习重点】电控悬架系统传感器、执行器结构及其工作原理；识读和分析电控悬架系统电路图及对电控悬架系统进行检测。知识准备一、电控悬架系统概述二、电控悬架系统的组成和工作原理三、传感器的结构与工作原理四、执行机构的结构与工作原理（一）减振器阻尼力控制机构（二）弹簧刚度控制的执行机构（三）车高控制的执行机构（四）侧倾刚度控制的执行机构五、悬架电控单元ECU一、电控悬架系统概述汽车传统悬架系统的刚度和阻尼参数设计确定后，在汽车行驶过程中就无法进行调节，平顺性和操纵稳定性不能同时满足，这种刚度和阻尼参数均为固定的传统悬架系统又称为被动悬架。理想的悬架应在不同的工况下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼，既能满足平顺性要求，又能满足操纵稳定性要求。电控悬架系统（ElectronicControlSuspensionSystem，ECS）又称为电子调节悬架系统（ElectronicModulatedSuspensionSystem，EMS）。可根据不同的路面条件、不同的装载质量、不同的行驶速度等来调节悬架系统的弹簧刚度和减振器的阻尼力，还可以调整车身高度，从而使悬架的特性与道路状况和行驶状态相适应，保证汽车在行驶过程中获得良好的行驶平顺性和良好的操纵稳定性。课程思政点汽车悬架是连接车架和车桥之间的全部传力装置的总称，不论是传统悬架还是电控悬架，一直处于不显眼的角落，默默无闻、能屈能伸、不知疲倦地工作，为驾驶员和乘坐者提供一定的操控性和舒适性，这是一种“老黄牛精神”。当前社会呼唤、需要这样的精神，它包涵着忠诚执著、吃苦耐劳和忘我付出的良好品格，凝聚了爱岗敬业和无私奉献的伟大精神。其实这种精神，象征的就是辛勤劳作、默默奉献、任劳任怨、忍辱负重、稳重踏实等精神。电控悬架系统的分类按有源和无源分类：半主动悬架：一般采用阻尼可调减振器或刚度可变弹簧。半主动悬架结构简单，成本低，工作时几乎不消耗车辆动力，即系统是无源的。主动悬架：能对悬架系统刚度、减振器的阻尼以及车身的高度和姿势进行调整，调节需要能量，需要采用液压泵或空气压缩机等提供动力，即系统是有源的。按悬架受控介质的不同分类：空气悬架、液压悬架和电磁悬架。按悬架调节的方式不同分类：有级调节式悬架和无级调节式悬架：可将悬架的刚度或阻尼分为2～3级进行调整；无级调节式悬架：可实现连续调整悬架的刚度和阻尼。电控悬架系统的基本功能减振器阻尼力控制。调整控制减振器阻尼系数，防止汽车起步或加速时车辆的后座；防止紧急制动时车辆的点头；防止汽车急转弯时车身的横向摆动；防止汽车换挡时车身纵向摆动等。弹簧刚度控制。调整控制弹簧弹性系数，来改变悬架的刚度，从而改善汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。车身高度控制。在车辆负载变化时，车身的高度可以保持一定，车身能保持水平，从而使汽车的大灯光束方向保持不变；当汽车在坏路面上行驶时，可以使车高升高，防止汽车底盘的刮碰；当汽车高速行驶时，又可以使车高降低，降低车辆重心，以便减少空气阻力，提高操纵稳定性。大多数车型具有以上三个功能中一个或两个，而有些车型同时具有以上三个功能。课程思政点车身高度能够根据路面的不同情况作出相应的调整，同样我们在以后的工作和生活中，也会面对不同的岗位，我们要以积极的心态去迎接新的工作挑战，积极主动地面对出现的问题，想办法解决问题，就一定能够很快适应新环境。因此，放松和积极的心态，是成就职业理想、实现自我价值的必备素质。二、电控悬架系统的组成和工作原理组成：感知汽车运行状况的各种传感器和开关电控单元执行机构电控悬架系统的一般工作原理利用传感器和开关采集汽车行驶时路面的状况和车身的状态参数信号（车身高度、车速、转向角度及速率、制动等），电控单元对采集的信号进行处理，并通过驱动电路控制悬架系统的执行机构，使悬架系统的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数得以改变，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性和操纵稳定性

三、传感器的结构与工作原理1．转向盘转角传感器2．车身高度传感器3．垂直加速度传感器4．高度控制开关1．转向盘转角传感器作用：检测转向盘转动的角度信号，用于计算转向时侧向力的大小和方向，以控制车身的侧倾。类型：多采用光电式丰田车系光电式转向盘转角传感器：转向盘转角传感器根据信号的变化来检测转弯的方向和转弯的角度。同时，根据脉冲信号的相位差来判断转向盘的偏转方向2．车身高度传感器别称：车高传感器、高度传感器作用：将车身与车桥之间的相对高度变化（悬架位移量的变化）转化成电信号输送给控制单元数量：3～4个类型：光电式、电位计式、霍尔式安装位置车身高度传感器车身高度传感器其实是一个角度传感器，借助一个连杆机构将车身高度变化转换成角度的变化车身高度传感器的结构由于车身高度的变化使与转板和传感器轴一体的电刷在电阻器上滑动时，A和B之间的电阻值就发生变化，电阻值的变化与转板的转动角度成正比，也即与车身高度的变化成正比车身高度传感器的电路丰田LEXUSLS400四个车身高度传感器电路3．垂直加速度传感器作用：测量车身的垂直加速度数量：多个。例如丰田LEXUSLS400加速度传感器共有三个，两个前加速度传感器分别装在前左、前右高度传感器内；一个后加速度传感器装在行李箱右侧的下面。这三个加速度传感器分别检测车身的前左、前右和后右位置的垂直加速度。车身后左位置的垂直加速度则由悬架ECU从这三个加速度传感器所获得的数据推导出来。垂直加速度传感器压电式垂直加速度传感器：由压电陶瓷盘和膜片组成原理：当加速度作用在整个传感器时，压电陶瓷盘在其自身重量作用下弯曲变形。根据压电陶瓷的特性，它们将产生与其弯曲率成正比例变化的电荷。垂直加速度传感器电路4．高度控制开关作用：

用于选择所希望的车身高度（NORMAL或HIGH）“NORM（标准）”位置：系统对车身高度进行“常规值自动控制”状态；“HIGH（高）”位置：系统对车身高度进行“高值自动控制”，同时组合仪表内的高度控制指示灯也点亮。

四、执行机构的结构与工作原理（一）减振器阻尼力控制机构1．电动机控制方式可调阻尼力减振器2．占空比控制方式可调阻尼力减振器3．电磁减振器（二）弹簧刚度控制的执行机构1．空气弹簧悬架刚度控制2．油气弹簧悬架刚度控制（三）车高控制的执行机构1．空气弹簧对车身高度的调整2．油气弹簧对车身高度的调整（四）侧倾刚度控制的执行机构（一）减振器阻尼力控制机构对悬架减振器阻尼力的控制方式：电动机控制方式、占空比控制方式和电磁减振器等。电动机控制方式占空比控制方式电磁减振器1．电动机控制方式可调阻尼力减振器三级可调结构减振器的活塞杆是空心的，内有回转阀，回转阀上端与阻尼调节杆相连，阻尼调节杆的上端与执行器（电动机）相连。电动机控制方式可调阻尼力减振器－可调阻尼力减振器有主阻尼孔有三排阻尼孔简化图回转阀控制杆主阻尼孔活塞杆回转阀A截面B截面C截面电动机控制方式可调阻尼力减振器－可调阻尼力减振器当回转阀上的A、B、C三个截面的阻尼孔全部被回转阀封住，这时只有减振器下面的主阻尼孔在工作，此时阻尼最大，减振器被调节到“硬”状态。电动机控制方式可调阻尼力减振器－可调阻尼力减振器当回转阀从“硬”状态位置顺时针转动60°时，B截面的阻尼孔打开，A、C两截面的阻尼孔仍关闭。因为多了一个阻尼孔参加工作，减振器处于“运动”状态，也称为中间状态。电动机控制方式可调阻尼力减振器－可调阻尼力减振器当回转阀从“硬”状态位置逆时针转动60°时，A、B、C三个截面的阻尼孔全部打开，此时减振器的阻尼最小，减振器处于“软”状态。电动机控制方式可调阻尼力减振器－阻尼调节执行器（电动机）位置：装在可调阻尼力减振器的上方，用于驱动减振器的回转阀。类型：直流电动机式、步进电机式等步进电机式阻尼调节执行器2．占空比控制方式可调阻尼力减振器减振器根部有一个凸起的执行器，执行器内部安装有一个电磁阀电控单元控制电磁阀，控制电流在0～1.6A之间以毫秒为单位进行变化，上下两腔的油液通孔截面也随之发生变化，从而实现减振器的阻尼调节。占空比控制方式可调阻尼力减振器当需要减振器阻尼变大时，悬架电控单元增大减振器电磁阀控制信号的占空比，减振器上下两腔间的通孔截面减小，减振器活塞在上行或下行过程中，油液在两腔间的流动受到较大节流，流速变慢，此时减振器的阻尼较大，呈现较硬状态。当需要减振器阻尼变小时，悬架电控单元减小减振器电磁阀控制信号的占空比，减振器活塞在上行或下行的过程中，油液在两腔间流动受到较小节流，流速较快，此时减振器的阻尼较小，呈现较软状态。3．电磁减振器电磁液：由合成碳氢化合物以及3～10μm大小的磁性颗粒组成。电磁线圈不通电，周围没有磁场，电磁液不会磁化，微小磁性颗粒的排列呈无规则状。电磁线圈通电，电磁线圈周围形成一个磁场，微小磁性颗粒马上会按垂直于压力的方向排列，于是电磁液变稠，阻碍活塞的运动，从而提高阻尼系数。电磁减振器如果要使减振器阻尼变大，悬架电控单元增大减振器电磁阀控制信号的占空比，电磁线圈产生强大的磁场，电磁液变稠使活塞运动速度变慢，减振器呈“硬”状态。如果要使减振器阻尼变小，悬架电控单元减小减振器电磁阀控制信号的占空比，电磁液变稀，活塞运动速度加快，减振器呈“软”状态。电磁减振器可以针对路面情况，在1ms时间内作出反应，抑制振动，保持车身稳定。特别是在车速很高又突遇障碍时，更能显出它的优势。课程思政点这种只有微米大小磁性颗粒组成的电磁液，可以在1ms内作出反应，从而无级调整悬架的阻尼力，这体现的是科技的进步，制造业的先进。与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显。“中国制造2025”提出，立足国情，立足现实，力争通过“三步走”实现制造强国的战略目标。作为当代大学生，应努力提高创新意识，加强技术学习，紧跟国家政策，不断充实自己，为自己充电，只有不断学习，不断进取，才不会为时代所抛弃。（二）弹簧刚度控制的执行机构弹簧刚度可变的电控悬架采用的弹性元件有空气弹簧和油气弹簧两种，其刚度的控制方法也不尽相同。1．空气弹簧悬架刚度控制空气悬架气动缸的基本结构气动缸：由封入低压气体的弹性元件和阻尼力可调的减振器以及悬架执行元件等组成。弹性元件（空气弹簧）分为主、副气室两部分主气室的容积是可变的，副气室的容积是不变的悬架刚度调节原理主气室与副气室之间有一个通道，气体可以相互流通。主、副气室间的气阀体上有大小两个通道。悬架控制执行器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，就可以改变气体流量，使悬架的刚度发生变化。悬架刚度调节原理高的悬架刚度。两气室之间的气体通道全部被封闭，两气室之间的气体相互不能流动。压缩空气只能进入主气室，只有主气室的气体单独承担缓冲工作，悬架刚度处于高状态。中间的悬架刚度。气体通道的大口被关闭、小口被打开。两气室之间的流量小，悬架刚度处于中间状态。低的悬架刚度。气体通道的大口被打开。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，两气室之间的空气流量越大，相当于参与工作的气体容积增大，悬架刚度处于低状态。2．油气弹簧悬架刚度控制油气弹簧以惰性气体（通常为氮气）作为弹性介质，而油液作为传力介质，一般由气体弹簧和相当于液压减振器的液压缸组成。通过油液压缩气室中的气体实现变刚度弹性。油气弹簧油气弹簧系统工作原理当汽车处于高速、转向、起动和制动工况时，前、后电磁阀断电，使中间氮气弹簧与系统隔绝，关闭刚度调节器，禁止各悬架支柱之间的油液流动，气室总容积减小，悬架刚度增大，悬架处于“硬”状态。当汽车在好路面上低速正常行驶时，前、后电磁阀通电，将中间弹簧引入前、后轴液压回路，中间弹簧的油室与左右两侧悬架的主油室相通，气室总容积增加了50％，从而使悬架刚度减小，系统处于“软”状态。（三）车高控制的执行机构1．空气弹簧对车身高度的调整车高控制系统主要由空气压缩机、排气电磁阀、干燥器、高度控制电磁阀、压缩空气管路等组成。车身高度控制原理当车身需要升高时，电磁阀动作，压缩空气进入空气悬架的主气室，主气室的充气量增加，车身上升。如果电磁阀不通电，则悬架主气室的气量保持不变，车身维持在一定的高度。当车身需要下降时，空气压缩机停止工作，电磁阀通电打开，同时排气阀也通电打开，悬架主气室的气体通过电磁阀、空气管路、干燥器、排气电磁阀而排出，车身下降。压缩机干燥器组件压缩机的作用：用来产生供车身高度调节所需的压缩空气。空气压缩机采用单缸活塞连杆式结构，由直流电动机驱动。干燥器的作用是去除压缩空气中的水分。高度控制电磁阀高度控制电磁阀的作用：根据悬架ECU的控制信号控制空气悬架的充气和排气。有两个高度控制电磁阀，一个用于前面，另一个用于后面。前高度控制电磁阀用于前悬架，它由两个电磁阀组成，分别控制左右空气弹簧。后高度控制电磁阀用于后悬架，也是由两个电磁阀组成，高度控制电磁阀工作原理2．油气弹簧对车身高度的调整空气弹簧悬架车身高度的调整是通过向空气弹簧室内充气、放气实现的，而油气弹簧悬架是通过向液压缸内充油、放油实现的。车身高度改变后，其悬架的刚度也会改变。相比之下，油气弹簧实现车身高度调节时，对悬架的刚度影响小。

（四）侧倾刚度控制的执行机构汽车的侧倾刚度与汽车的转向特性密切相关。要改变汽车的侧倾刚度，可以通过改变横向稳定杆的扭转刚度来实现。侧倾刚度控制系统的结构：液压缸安装在横向稳定杆与悬架下控制臂之间，通过改变液压缸内的油压来改变横向稳定杆的扭转刚度。侧倾刚度控制的执行机构液压缸内的油压较低时，液压缸具有能伸缩的弹性作用，此时横向稳定杆具有较小的扭转刚度；液压缸内的油压较高时，横向稳定杆具有较大的扭转刚度。因此，改变液压缸内的油压即可改变侧倾刚度。五、悬架电控单元ECU悬架电控单元ECU是悬架控制系统的中枢。悬架ECU具有故障自诊断功能和保护功能。在汽车行驶过程中，ECU通过故障检测电路不停地检测传感器、执行器、线路等的故障，一旦发生故障时，将会在悬架ECU中以代码的形式记录故障发生的位置，以便在修理时容易确定故障所在位置。ECU电控悬架系统电路图电控悬架系统电路图任务实施一、车身高度控制系统功能的检查二、电控悬架系统的基本检查1．车身高度调整功能检查 2．减压阀检查3．漏气检查 4．车身高度初始调整三、电控悬架系统零部件的检测1．转向盘转角传感器的检测 2．高度传感器的检测3．垂直加速度传感器的检测 4．悬架控制执行器的检测5．高度控制电磁阀、排气电磁阀的检测一、车身高度控制系统功能的检查电控悬架系统中设置了一个高度控制连接器，此连接器安装在手套箱下。通过连接该连接器上的不同端子，可以不必通过悬架ECU而直接操纵压缩机电动机、高度控制电磁阀和排气阀，从而控制车身高度。高度控制连接器功能二、电控悬架系统的基本检查基本检查的内容有：车身高度调整功能检查减压阀检查漏气检查车身高度初始调整。EMSECU悬架控制执行器高度控制阀压缩机和干燥器组成带减震器的气动缸1．车身高度调整功能检查通过操作高度控制开关来检查汽车车身高度的变化。轮胎气压应正确。从NORM位置切换到HIGH位置。检查完成高度调整所需的时间和汽车车身高度的变化量从操作高度控制开关至压缩机启动≈2s从压缩机起动至高度调整完成20～40s车身高度的改变量10～30mm车身高度调整功能检查从HIGH位置切换至NORM位置。检查完成高度调整所需的时间和汽车车身高度的变化量从操作高度控制开关至排气电磁阀打开≈2s从排气电磁阀打开至高度调整完成20～40s车身高度改变量10～30mm2．减压阀检查强制压缩机工作以检查减压阀的动作，方法如下：将点火开关转到ON位置，连接高度控制连接器的端子3和6，使压缩机工作。注意连接时间不能超过15s。压缩机工作一段时间后，检查减压阀应有空气逸出。将点火开关转至OFF位置。清除故障代码。注意：当强制压缩机运行时，悬架ECU会记录下故障代码。检查完成后，要清除故障代码。3．漏气检查检查空气悬架系统的软管、硬管及其连接处是否漏气。将高度控制开关切换至HIGH位置，升高车身。发动机熄灭。在软、硬管连接处涂抹肥皂水检查是否有漏气。4．车身高度初始调整调整目的：使车身初始高度处于标准范围内。要求：调整时，高度控制开关必须在NORM位置，汽车要停在平坦的路面上。步骤：检查车身高度。测量高度传感器控制杆的长度，标准值为59.3mm（前）或35.0mm（后），若测量值不符，则按下述方法进行调整。车身高度初始调整步骤：拧松高度传感器控制杆上的2个锁紧螺母。转动高度传感器控制杆螺栓以调节长度，螺栓每转一圈，车身高度改变约5mm。检查如图c）所示的长度，应小于10mm（前）或14mm（后）。车身高度初始调整步骤：暂时拧紧2个锁紧螺母，再次检查车身高度。

拧紧锁紧螺母。注意：在拧紧锁紧螺母时应确保球节与托架平行。检查车轮定位。三、电控悬架系统零部件的检测1．转向盘转角传感器的检测电源电压检测：拆下转向盘，断开转向盘转角传感器连接器，打开点火开关，测量端子l、2之间的电压，应为9～14V。信号电压检测：连接传感器连接器，打开点火开关，慢慢转动转向盘，测量端子SS1和SS2与搭铁之间的电压，应在0～5V之间变化。电控悬架系统零部件的检测2．高度传感器的检测电源电压检测：断开传感器连接器，打开点火开关，测量端子SBR、SBL与搭铁之间的电压，标准值约5V。电控悬架系统零部件的检测2．高度传感器的检测