汽车车身底盘电控技术与检修课件：电控悬架系统结构与检修

汽车车身底盘电控技术与检测电控悬架系统结构与检修

任务1认识典型的电控悬架的结构、工作原理及其元件名称【相关知识】一、电控悬架系统概述1.汽车传统悬架的缺点悬架的功能有以下几方面：1)把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向力，以及这些反力所造成的力矩都传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车正常行驶。2)在装载变化、车速及行驶转弯等情况下，必须使车轮与轴线保持正确配合，保证车辆的稳定性。3)保持车辆行驶方向的可操作性，在各种道路条件下保证驾驶员能有效控制转向。4)与轮胎共同作用，缓冲来自车轮的振动，使车辆舒适、平稳行驶。2.电控悬架的功能通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应。其基本功能如下：1）车高调整。2）减振器阻尼力控制。3）弹簧刚度控制。3.电子控制悬架系统的种类1）按传力介质的不同分类：气压式、油压式2）按控制理论的不同分类：1.电控液压调节悬架减振力（阻尼力）电子控制液压悬架能根据悬架的质量和加速度等，利用液压部件控制汽车的振动。图5-1电控液压调节悬架

电控调节减振力（阻尼力）及弹簧刚度的控制过程为：通过电脑(自动)及手动开关可改变悬架弹簧的弹性系数和减振器的缓冲力。电脑根据行车条件自动调整车辆减震力和阻尼力，通过控制缓冲力的强弱来消除车辆行驶中的不平衡，可以使车辆在颠簸路面上保持平稳姿态，并自动调整车辆在紧急制动时的前倾和急加速时的后仰，以保证乘座的舒适性。

2.电控液压调节车高在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车辆高度，再控制进出油孔的开闭，使油气弹簧压缩或伸长，从而控制车辆高度。图5-2电控液压调节车高3.电控空气悬架电子调整空气悬架中贮有起弹簧作用的压缩空气，减振器减振力、弹簧刚度和汽车高度控制可根据驾驶条件自动控制和人为的开关控制。电子调整空气悬架是ECU根据高度位置传感器，检测车身高度，通过控制空气压缩机和高度控制电磁阀的工作状况来完成对空气弹簧的充放气来调节车身的高度。根据加速度传感器、制动灯开关、转向传感器等检测车辆的运行情况，通过控制悬架控制执行器的工作状态来调节空气弹簧和减振器的刚度用减振力（阻尼力）。4、丰田电控悬架系统1）车身高度控制功能控制项目功能自动高度控制

不管乘客和行李重量情况如何使汽车高度保持某一个恒定的高度位置，操作高度控制开关能使汽车的目标高度变为“正常”或“高”的状态。高车速控制

当高度控制开关在“height(高)”位置时，汽车高度会降低到“正常”状态，这就改善高车速行驶时的空气动力学和稳定性。驻车控制

当点火开关关断后因乘客重量和行李重量变化而使汽车高度变为高于目标高度时，能使汽车高度降低到目标高度，这就能改善汽车驻车时的姿势。图5-3车身高度控制2）减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制功能。图5-4减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制

2）减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制功能图5-4减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制

5、LS400电控悬架系统的构成LS400电控悬架系统主要是由压缩空气系统和电子控制系统两部分组成。主要部件有：车辆高度控制阀，悬架高度传感器，汽车转向角传感器，压缩空气排气阀，悬架控制电脑、执行器、各种手动控制开关和汽车仪表板上的各种显示仪表、指示灯等。图5-5LS400电控空气悬架元件位置图5-6LS400空气悬架电子控制系统示意图悬架控制开关。由LRC开关和高度控制开关组成。LRC开关有“SPORT(运动)”和“NORM(标准)”两种模式。高度控制开关用于选择控制车身高度，有“High(高)”和“NORM(标准)”两种模式。高度控制ON/OFF开关。安装在汽车尾部后备箱的左边。处于ON位置时，系统可进行车身高度自动控制；当处于OFF位置时，系统不执行车身高度控制。如当车辆被举升或停在不平的路面时不能对车身高度进行调节。车身高度指示灯。指示灯位于组合仪表上，用于指示所选择的车身高度。LRC指示灯此灯也位于组合仪表上，用于指示当前减振器和空气弹簧的工作模式(“NORMALAUTO”或“SPORTAUTO”)。选择“SPORTAUTO”模式时灯亮，否则灯熄灭。高度控制插座。连接该插座上的相应端子，能不通过ECU而直接控制空气压缩机电动机、高度控制电磁阀及排气电磁阀，从而使检修方便。此插座上还提供了用于清除存储器中故障代码的端子。转向盘转角传感器。光电式高度传感器。光电式l号和2号高度控制阀。分别装在前、后悬架上，1号高度控制阀用于前悬架，此阀中有两个电磁阀，分别控制左右空气弹簧。2号高度控制阀用于后悬架，它也是由两个电磁阀组成，它与1号高度控制阀不同的是，它们不是单独控制，而是同时动作。在2号高度控制阀中还装有一个安全阀，用于防止管路中压力过高。悬架电控单元ECU。用于控制减振器的阻尼力、悬架的刚度及车身高度。悬架控制执行器。悬架控制执行器（直流电动机式）装在各空气弹簧和减振器的上方，用于同时驱动减振器的转阀和空气弹簧的连通阀，以改变减振器的阻尼力和空气弹簧的刚度。空气弹簧。空气弹簧安装于可调减振器的上端，与可调减振器一起构成悬架支柱。空气弹簧由一个主气室和一个副气室组成。悬架的刚度可以在低、中、高三种状态之间变化。车身高度的调节通过1号和2号高度控制阀，通过控制充入或释放主气室内压缩空气的排气阀实现。可调减振器。减振器阻尼系数的变化是靠改变活塞阻尼孔的开度来实现的，阻尼孔的开度则由控制杆驱动的旋转阀控制。6、LS400电控悬架工作原理1）车身（底盘）高度工作原理车辆使用中，悬架ECU通过悬架高度位置传感器检测车身（底盘）的高度，如高出规定，则ECU使空气压缩机工作，同时打开高度电磁阀，压缩空气经过干燥器干燥后，经高度电磁阀，进入气压缸，使车身（底盘）升高。如检测车身底盘，高度低于规定，则打开高度电磁阀和排气阀，在车身重力的作用下，使气体排出气压缸，从而降低车身（底盘）高度。其中，压缩机只在升高的过程中工作其余时间，均不工作。

图5-7LS400电控悬架系统电路图5-8LS400悬架结构2）悬架减振力（阻尼力）、弹簧刚度工作原理

图5-9LS400悬架结构3）空气弹簧的变刚度工作原理当空气阀转到如图的位置时，主、副气室的气体通道被打开，主气室的气体经空气阀的中间孔与副气室的气体相通，相当于空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚度为“软”。

图5-10气室结构4）变减振力（变阻尼力）工作原理图5-11变减振力（变阻尼力）工作原理4）变减振力（变阻尼力）工作原理一般变阻尼减振器的结构是：外壳为一个长圆柱缸筒，带有活塞的活塞杆插入缸筒内，缸筒内充满液压油，活塞上有节流孔。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，所以此时阻尼为最大，减振器被调节到“硬”状态。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。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。5）变阻尼减振器的阻尼力调节特性

图5-12阻尼力调节（1）阻尼力较弱时图5-13较弱时

（2）阻尼力中等时

图5-14中等时（3）阻尼力较强时图5-15较强时6）减振阻尼力和弹簧刚度控制（1）防侧倾控制图5-16防侧倾控制该控制可在转弯中或在S形弯路上抑制车辆的侧倾。根据车速和转弯的角度，悬架ECU使电流从FS+和RS+流出，从而将悬架执行器设置在硬的位置，从而保证车身的稳定性。（2）防“点”头控制图5-17防“点”头控制（2）防“点”头控制这一控制用于防止汽车在制动时过量的点头。当车速、制动灯开关和汽车高度发生变化时，悬架ECU让电流从其FS+和RS+端子流出，通过悬架执行器把减震阻尼力和弹簧刚度设置到“硬”状态。松开制动踏板1S后，这个控制被取消，电流从悬架ECU的FS-和RS-端子或FCH和RCH端子流出，悬架执行器恢复至原来的减震阻尼力和弹簧刚度。（3）防下坐控制图5-18防下坐控制这一控制可在起动或突然加速时抑制汽车后部的下坐。当悬架ECU从车速传感器和节气门位置传感器测知汽车在起动或突然加速时，会让电流从FS+和RS+端子流出，通过悬架执行器把减震阻尼力和弹簧刚度设置到“硬”状态。这一控制约在2S后或是车速达到预定值时取消，电流从悬架ECU的FS-和RS-端子或FCH和RCH端子流出，悬架执行器恢复至原来的减震阻尼力和弹簧刚度。（4）高车速控制图5-19高车速控制这一控制可在汽车高速时改善行驶稳定性和可控制性。当车速较高时（约≥140km/h）悬架ECU使电流从FCH和RCH端子流出，将减震阻尼力和弹簧刚度分别设置到“中”和“硬”位置，以提高汽车稳定性。当车速降至某一值（约120km/h）以下时，电流从悬架ECU的FS-和RS-端子流出，使悬架执行器回到原来设置。（5）坏路控制图5-20坏路控制这一控制可抑制汽车在坎坷不平的道路上行驶时发生的碰底、俯仰和跳动，以改善乘坐的舒适性。这一控制可根据汽车前、后高度的变化分别对前轮和后轮单独进行。但当车速低于10km/h时，不再进行这一控制。当左前或者右边前高度传感器检测到路面不平时，悬架ECU使电流从FCH端子流出，将减震阻尼力设置为“中”，弹簧刚度设为“硬”；若检测到路面很不平整时，悬架ECU将减震阻尼力和弹簧刚度设置为“硬”。后悬架设置和前悬架一样，只是由左后或右后高度传感器来检测路面的平整程度。7、丰田电控悬架系统主要部件1)空气压缩机空气压缩机由活塞和曲柄连杆机构组成，直流永磁电动机驱动，具有大扭矩和快速起动等特点。悬架ECU通过测量RM+和RM-端子的电压来判断电机的运行状况，并在检测到异常情况时中止高度控制图5-21空气压缩机2)空气干燥器空气干燥器用于去除系统内由于空气压缩而产生的水分。为使结构紧凑，排气电磁阀、空气干燥器装在一起。空气干燥器安装在高度控制阀和排气阀之间，内部充满了硅胶。图5-22空气干燥器3)排气电磁阀高度控制排气电磁阀安装于空气干燥器和干燥器的末端，当接收到悬挂控制电脑发出降低悬挂高度的指令时，即将系统中的压缩空气排出。图5-23排气电磁阀4)高度控制电磁阀高度控制电磁阀安装于空气干燥器和气动减振器之间，为一电磁阀。用于控制汽车悬挂的高度调节。高度控制电磁阀由电磁阀、阀体等组成。在汽车悬挂高度需要上升时：高度控制电磁阀接通，排气电磁阀关闭，向气动减振器充入压缩空气，使汽车悬挂升高。在汽车悬挂高度需要下降时：高度控制电磁阀接通，排气电磁阀打开，压缩空气通过空气干燥器排入大气中。图5-24高度控制电磁阀5)空气管空气悬架系统一般采用钢管和尼龙软管作为空气管。钢管用于固定在车身上的前、后高度控制阀之间的固定管道；尼龙软管用于诸如空气弹簧与高度控制阀之间的有相对运动的管道。尼龙软管采用单触式接头，以方便维修和具有良好的密封性。

图5-25空气管6）气动减振器空气悬架系统有4个气动减振器，每个气动减振器都包括一个可变化阻尼力的减振器和可变化弹性系数的空气弹簧。图5-26气动减振器

7)电磁式悬架调节执行器电磁式悬架调节执行器由步进电机驱动。步进电机装在悬架调节执行器内，由定子和线圈以及永磁转子组成。定子有两个12极的铁芯，相互错开半齿而对置，两个线圈绕在两个铁芯上，但绕线方向相反。转子则是一个具有12极的永久磁铁。图5-27电磁式悬架调节执行器8)线性式高度传感器。线性式高度传感器的安装位置如图线性式高度传感器利用因悬架位移量的变化而造成电阻器阻值的变化，得到线性式的输出，这种传感器具有检测精度高的特点。图5-28安装位置线性式高度传感器结构和原理

图5-29结构和工作原理其工作原理是：当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。当悬架ECU把一个恒定电压加到整个电阻器上时，A和B之间产生的电压变化取决于转板的转动角度。这一电压信送到悬架ECU，悬架ECU即可从电压的变化中检测出车身高度的变化。9)加速度传感器加速度传感器用于测量车身的垂直加速度。加速度传感器共有3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3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3个加速度传感器所获得的数据推导出来。在车轮打滑时，无法以转向角和汽车车速正确判断车身侧向力的大小，此时利用加速度传感器可以直接准确地测量出汽车的纵向加速度以及汽车转向时因离心力而产生的横向加速度，并将信号输送给ECU，使ECU能够调节悬架系统的阻尼力大小及空气弹簧的压力大小，以维持车身的最佳姿势。常用的加速度传感器有差动变压器式、球位移式等。图5-30加速度传感器位置（1）差动变压器式加速度传感器1、2二次绕组3、6一次绕组4电源1弹簧2封入硅油3检测线5芯杆圈4励磁线圈5芯杆图5-31（a）差动变压器式加速度图5-31（b）差动变压器式加速度传感器工作原理传感器结构

其工作原理是：传感器的励磁线圈（一次绕组）上通有交流电，当汽车转弯（或加、减速）行驶时，铁芯在汽车横向力（或纵向力）的作用下产生位移，随着铁芯位置的变化，检测线圈（二次绕组）的输出电压发生变化，线圈的输出电压随着汽车加速度大小的变化而变化，该电压信号输入给ECU后，ECU根据此输入信号即可正确判断汽车横向力（或纵向力）的大小，对车身姿势进行控制。（2）球位移式加速度传感器图5-32球位移式加速度传感器其工作原理是：当汽车转弯（或加、减速）行驶时，钢球在汽车横向力（或纵向力）的作用下产生位移，随着钢球位置的变化，线圈内部的磁场强度也发生变化，线圈的输出电压即发生变化。ECU根据电压信号的变化情况即可正确判断汽车横向力（或纵向力）的大小，进而对车身姿势进行控制。(3)压电式加速度传感器图5-33压电式加速度传感器结构及工作原理

其工作原理是：两个压电陶瓷盘固定在膜片两侧，并支承在传感器中心，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的的电荷。这些电荷由传感器内的电子电路传换成与加速率成正比例的电压，输送到悬架ECU。10)转角传感器转角传感器外形结构如图，该传感器位于转向盘下面，装在组合开关总成内，用于检测汽车转弯的方向和转弯的角度。转向传感器由一个信号盘(有缝圆盘)和两个遮光器组成。每个遮光器有一个发光二极管和光敏晶体管，两者相互对置，并固定在转向柱管上。信号盘沿圆周开有20条光缝，它被固定在方向盘主轴上，随主轴转动而转动。

图5-34转角传感器转角传感器原理图5-35转角传感器工作原理其工作原理是：当转向盘转动时，转轴带动信号盘旋转，光电耦合器中的发光二极管和光敏二极管之间的光束将产生通/断交替的变化，光敏二极管进而进行ON/OFF转换，形成与转向轴的转角相对应的数字脉冲信号，ECU根据此信号的变化来判断转向盘的转角与转速。同时，传感器上采用了两组光电耦合器，可根据它们检测到的脉冲信号的相位差（判断哪个光电耦合器首先转变为“ON”状态）来判断转向盘的偏转方向。因为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变为“ON”状态，即可检测出转向轴的偏转方向。例如，转向盘向左转时，左侧光电耦合器总是先于右侧光电耦合器达到“ON”状态，向右转时，右侧光电耦合器总是先于左侧光电耦合器达到“ON”状态。

任务2电控悬架系统检修【相关知识】一、项目实施环境1）安全、整洁的汽车维修车间或模拟汽车维修车间2）消防用具及个人防护用具齐备。3）丰田LS400轿车。4）汽车维修举升机、汽车电脑诊断仪及各种常用工具。1.认识丰田汽车电控悬架系统（TEMS）1)在车上找到TEMS主要部件，并熟悉名称；2)参阅资料认识典型的TEMS结构、工作原理及其元件名称。2.电控悬架系统检修1）基本检查对电控悬架系统进行检修时，应先进行基本检查，以确认电控悬架的故障性质，避免将故障复杂化。基本检查的内容有：车身高度调整功能检查、减压阀检查、漏气检查和车身高度初始调整。车身高度调整功能检查①检查轮胎气压是否正确。②检查汽车高度。③起动发动机，将高度控制开关从“NORM”位置切换到“HIGH”位置。检查电控悬架完成高度调整所需的时间和汽车车身高度的变化量。正常时，在升高过程中，按下高度控制开关到压缩机启动时间约为2S，从压缩机启动到完成高度调整约需20～40S，车高的调整为10～30mm。在降低过程中，按下高度控制开关到排气电磁阀打开时间约为2S，从压缩机启动到完成高度调整约需20～40S，车高的调整为10～30mm。2）排气阀的检查。打开点火开关，短接悬挂系统高度控制接插头中端子3和6，如图所示，开启压缩机，等待一段时间后，检查减压阀应有空气逸出（注意：连接时间不能超过15S）。然后将点火开关关闭。清除故障代码（因迫使压缩机运行时，悬架ECU会记录下故障代码）。图5-38高度控制连接器3）漏气检查检查各管路有无压缩空气泄漏。步骤如下：①将肥皂水涂在所有空气管路接头上。②在压缩机连接器端子之间加12V电压，使压缩机运转，在空气管路中建立空气压力。③检查空气管路接头处是否有气泡出现。④如果有气泡出现，则表明有漏气现象，此时，应进行必要的修理。4）车身高度初始调