現(xiàn)代汽車懸架控制技術ppt課件

1、現(xiàn)代汽車懸架控制技術東方天威汽車維修工程師俱樂部專家委員會副主任委員 1;.現(xiàn)代汽車對懸架系統(tǒng)的要求懸架是車架或車身與車橋或車輪之間一切銜接安裝的總稱。在汽車行駛過程中，由于路面的不平整或者汽車本身運動形狀的改動，會使汽車表現(xiàn)出各種運動形狀，包括車身的垂直振動、俯仰運動和側傾運動等。垂直振動 + 前后俯仰 + 左右側傾路面不平 加速、制動 轉彎 汽車行駛時的運動方式23傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)的缺陷傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)主要由緩和車身振動的彈簧、衰減振動的減振器、添加側傾剛度的橫向穩(wěn)定桿和起導向承力作用的連桿等組成。傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)中所采用的那些具有固定剛度和確定阻尼的彈簧、減振器根本無法滿足現(xiàn)代汽車對溫馨性和支配穩(wěn)

2、定性的要求。 4例如：從提高汽車溫馨性的角度出發(fā)，普通希望懸架具有較軟的彈簧，以充分發(fā)揚其緩沖作用；但是這樣勢必導致車身在方式過程中的位移變大，需求呼應地提高車身高度，從而導致叉車輛中心高度的添加，不利于改善車輛的行駛穩(wěn)定性。另一方面，為了提高汽車的支配穩(wěn)定性，普通要求懸架具有較大的彈簧剛度和減振器阻尼，這顯然與改善車輛的溫馨性的要求相矛盾。 5綜合思索上述要素，可以對懸架提出如下要求。1具有足夠的強度2具有適當?shù)膹椈蓜偠龋夷軐d荷的變化而變化。3具有足夠的側傾剛度。4具有良好的吸振才干。5可以保證車輪正確的定位參數(shù)。6隨著現(xiàn)代電子控制技術的飛速開展以電腦作為控制中心，對汽車懸架系統(tǒng)參數(shù)，包

3、括彈簧放度、懸架阻尼、側傾剛度和車身高度等實行適時控制曾經(jīng)成為現(xiàn)實這種懸架被稱為半自動和自動控制懸架。這將成為今后汽車懸架的開展方向。 7分類現(xiàn)代汽車懸架控制系統(tǒng)有多種型式根據(jù)懸架任務介質的不同，可以將懸架分為油氣懸架系統(tǒng)和空氣懸架系統(tǒng)兩類；根據(jù)控制目的不同，將懸架控制系統(tǒng)分為車高控制系統(tǒng)、剛度控制系統(tǒng)、阻尼控制系統(tǒng)、綜合控制系統(tǒng)等型式根據(jù)控制系統(tǒng)有源和無源，懸架控制系統(tǒng)分為半自動懸架和和自動懸架等。 8懸架控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容當前，對汽車懸架的控制主要有以下幾種：1以改善壞路行駛才干和高速支配穩(wěn)定性為目的的車高控制；2以改善溫馨性和支配穩(wěn)定性為目的的減振器阻尼控制；3以改善溫馨性和支配穩(wěn)定性為

4、目的的彈簧剛度控制。4以改善支配穩(wěn)定性為目的的側傾剛度控制。5綜合以上各種思索的綜合性懸架。 9懸架控制系統(tǒng)的根本組成 現(xiàn)代汽車懸架控制系統(tǒng)：是指利用有源或無源控制元件構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)對汽車懸架實行自動控制的安裝，它能根據(jù)車輛的運轉情況和路面情況自動作出反響，抑制車身的各種振動，使懸架一直處于最正確減振形狀。目前，懸架控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對車高、懸架彈簧剛度和減振器阻尼、側傾剛度等方面的自動調理。與其他控制系一致樣，懸架控制系統(tǒng)普通也包含傳感器、電腦和執(zhí)行機構三個組成部分。 10懸架控制系統(tǒng)的傳感器有多種型式，他們在系統(tǒng)總承當著將汽車行駛路況汽車的振動和車速及啟動、加速、轉向、制動等工況轉變?yōu)殡娦?/p>

5、號，并保送到電腦。車身加速度傳感器：檢測車身振動，見解地也可反映行駛的路面情況和車身橫向運動情況。車身位移傳感器：檢測車身與車橋的相對位移，反映車身的平順性和車身高度。車速傳感器：檢測車輪轉速，反映車速和計算車身的側傾量。 1112懸架控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構可以是電磁閥、步進電動機或泵氣電動機等他們根據(jù)電腦的控制信號，準確、快速和及時地作出動作反響，實現(xiàn)對彈簧剛度、減振器阻尼或車身高度的調理。 13懸架系統(tǒng)的控制方式 車高控制 141、停車程度控制 停車后，當車上載荷減少而車身上抬時，控制系統(tǒng)能自動地降低車身高度，以減少懸架系統(tǒng)的負荷，改善汽車外觀籠統(tǒng)。 2、特殊行駛工況高度控制 汽車高速行駛時，

6、自動降低車身高度，以改善行車的支配穩(wěn)定性和氣動特性。當汽車行駛于起伏不平度較大的路面時，自動升高車身，防止與地面或懸架的磕碰。 153、自動程度控制 車身高度不受載荷影響，堅持根本恒定，姿態(tài)程度，使乘坐更加平穩(wěn)，前大燈光束方向堅持不變，提高行車平安性。 現(xiàn)代汽車車高控制系統(tǒng)有油壓式和氣壓式之分 前者用于油氣彈簧懸架，后者用于空氣彈簧懸架。 16常見的控制方式 ：方式1空氣緊縮機電動機空氣緊縮機繼電器高度傳感器排氣電磁閥空氣枯燥器空氣彈簧在該控制系統(tǒng)中，高度傳感器的信號用于控制空氣緊縮機向空氣彈簧保送緊縮空氣，抬高車身。 同時該信號也被用來控制空氣彈簧上的排氣電磁閥，釋放空氣彈簧中已有的氣體，從

7、而到達維持彈簧內(nèi)的壓力和降低車身高度的目的。 枯燥器內(nèi)的枯燥劑吸收進氣過程中緊縮空氣的水分，這些水分可以經(jīng)過竟枯燥器排出的氣體帶走，以使枯燥劑能得以反復運用。 17常見的控制方式 ：方式2空氣緊縮機電動機空氣緊縮機繼電器高度傳感器排氣電磁閥空氣枯燥器空氣彈簧電腦壓力開關儲液筒在空氣緊縮機與空氣彈簧之間設置了高壓的儲氣筒，空氣緊縮機輸出的高壓氣體儲存在該儲氣筒中，壓力開關感受儲氣筒內(nèi)的壓力，最終經(jīng)過電腦控制空氣緊縮機的運轉。 18在控制系統(tǒng)中，高度傳感器是檢測部分，裝在車身與懸架之間用來檢測某一車輪或車軸上方車身高度的變化，向電腦提供車身高度信息 19高度傳感器有簧片式、霍爾式和光電式等多種型式

8、。其中光電式最為常見，其構造如以下圖。 遮光板 光電藕合器遮光板 光電藕合器擺臂傳感器軸在傳感器內(nèi)部有一根由連桿帶動的傳感器軸， 軸上固定一個開有許多窄槽的圓盤 它兩端的發(fā)光二極管和光敏三極管一道構成遮光器 圓盤的轉動可在遮光器輸出電路中出現(xiàn)開關電量轉換 這種不斷轉換的電量作為電信號輸入電腦，用來識別懸架高度的變化，采用數(shù)個這樣一來的遮光器，傳感器就可以將車身高度劃分為假設干個區(qū)域，假設采用4個光電藕合器，那么可以根據(jù)其通斷形狀，組合成16個車高區(qū)域。 20可調空氣彈簧減振器總成是系統(tǒng)的執(zhí)行機構，它是一個帶有充氣室的液壓減振器 假想象抬高車身，空氣緊縮時機經(jīng)過空氣枯燥器想空氣彈簧內(nèi)充氣，使得空

9、氣彈簧伸張，車身高度變大； 反之，那么可將空氣彈簧上的排氣閥翻開，空氣彈簧內(nèi)的緊縮空氣經(jīng)過排氣閥和空氣枯燥器被排向大氣，空氣彈簧縮短，車身高度隨之降低。 21在汽車行駛時，為了最大限制地降低車身振動對判別車身高度帶來的影響，讀數(shù)時間間隔會適當延伸。假設在該段時間內(nèi)所測得車高信號處于“過高區(qū)比例達75%80%以上，那么電腦將根據(jù)高度傳感器的輸入信號，想排氣電磁閥發(fā)出控制信號，翻開排氣電磁閥，空氣彈簧氣室中的空氣經(jīng)過空氣枯燥器排向大氣，從而到達降低車身高度的目的。以后，經(jīng)過檢測當發(fā)現(xiàn)車高信號處于“過低區(qū)或“低車身區(qū)所占比例到達10%以上時，終止放氣，完成一次車高調理。 22與此相反當電腦根據(jù)傳感器

10、信號斷定車身高度低于規(guī)定的規(guī)范值時即刻向空氣緊縮機繼電器發(fā)出控制信號，接通該繼電器啟動空氣緊縮機產(chǎn)生的緊縮空氣經(jīng)空氣枯燥器想空氣彈簧氣室充氣，使車身高度添加。一旦車身高度到達規(guī)范值后，電腦經(jīng)過空氣緊縮機繼電器讓空氣緊縮機停頓任務，以維持車身高度。 23蓄電池電腦提供12V電壓，經(jīng)過一個20s延時封鎖繼電器，電腦在點火開關封鎖后執(zhí)行一個封鎖程序。發(fā)動機轉速經(jīng)過位于交流發(fā)電機上的相位開關測得。當發(fā)動機轉速低于500r/min時，電腦不允許空氣緊縮機任務。車速信號經(jīng)過緩沖電路由儀表上獲得，當車速超越某一規(guī)定值后如80km/h，電腦制動降低車身高度如20mm，以降低空氣阻力，改善行駛穩(wěn)定性。24制動踏

11、板上的開關信號提供汽車的制動信號，當汽車以高于8km/h的速度行駛時，電腦景致汽車進展高度調理。經(jīng)過門控燈開關信號電腦判別車門能否翻開，依此選擇控制方式。經(jīng)過方式選擇開關信號，電腦以不同方式調理車身高度?？諝鈮毫﹂_關和高度傳感器信號那么是電腦控制空氣緊縮機和車身高度的根據(jù)。25從汽車行駛平順性和支配平安性思索，懸架彈簧剛度和減振器阻尼應能隨汽車行駛情況的改動而變化即可以在車輛行駛過程中，根據(jù)路面形狀和車身的呼應，對懸架參數(shù)進展控制，使車身的振動呼應一直被限制在期望的范圍內(nèi)。這種系統(tǒng)通常以車身運動的位移、加速度等參數(shù)作為控制根據(jù)，由電腦控制電磁閥、步進電動機等執(zhí)行機構，實現(xiàn)對彈簧剛度和減振器阻尼

12、的調理。 二減振器阻尼調理26在汽車行駛過程中，由于車輪遭到地面沖擊，懸架彈簧以其吸收和釋放能量的方式將這種沖擊轉變成車輪車身的往復運動，在此過程中，減振器經(jīng)過吸收振動能量來大幅度衰減振動。 27從構造上看汽車減振器是一個密閉的、充溢油液的缸筒內(nèi)置的活塞將缸筒分為兩個任務腔體活塞上開有的軸向節(jié)流孔成為溝通兩任務腔的通道。車身的上下振動帶動活塞在缸筒中往復運動，迫使筒內(nèi)的油液在兩任務腔之間往復流動節(jié)流孔對油液的摩擦阻力構成了減振器阻尼，汽車振動的能量在此間轉化為油液中生成的熱能散失在大氣中。 2829控制系統(tǒng)的傳感器包括車速傳感器節(jié)氣門位置傳感器轉向盤轉角傳感器車身和懸架加速度傳感器制動燈開關等

13、他們分別想電腦提供車速、加速情況、轉向盤轉角和轉速、車身運動形狀和汽車制動等信號，電腦經(jīng)過步進電動機或電磁閥歸可調理阻尼式減振器改動阻尼力，以順應行駛需求。 30轉向盤轉角傳感器用于檢測汽車轉向輪偏轉角度和方向，電腦根據(jù)其發(fā)出的信號，判別出汽車轉向時產(chǎn)生側向力的大小，控制車身的側傾。 光電式轉向盤轉角傳感器是最常見的一種構外型式。 轉向盤轉角傳感器 轉向盤轉角傳感器 遮光圓盤 光電藕合器 窄縫 轉向軸 31可調阻尼式減振器有執(zhí)行機構和減振器兩部分組成。執(zhí)行機構設在減振器支柱的頂部，由直流電動機、小齒輪、扇形齒輪、控制桿以及電磁線圈等組成 電腦根據(jù)汽車行駛情況給直流電動機和電磁線圈施加不同強度的

14、電流，電動機依托下部的小齒輪帶動扇形齒輪轉動，受電磁線圈控制的擋塊下斷伸入扇形齒輪的凹槽中，用以限制扇形齒輪的極限轉角，從而確定與扇形齒輪相連的控制桿的位置，控制桿驅動的減振器轉閥可在減振器上獲得不同的阻尼。 32活塞桿 控制桿 回轉閥 油孔 活塞 活塞桿為中空構造，控制桿置于其中， 桿的上端和下端分別與執(zhí)行機構和轉閥相連 執(zhí)行機構可經(jīng)過控制桿帶動轉閥旋轉，使轉閥上的小孔與活塞桿上的小孔接通或切斷，從而添加或減少減振器上下油室之間的過流面積，到達調理減振器阻尼的目的，這種減振器可提供軟、中等和硬三種阻尼力。 當轉閥上的A、C油孔導通時，減振器為小阻尼； 當轉閥B油孔導通時，減振器為中等阻尼 而

15、當轉閥上3個油孔全部封鎖時，僅有止回閥產(chǎn)生節(jié)流作用，此時，減振器為大阻尼形狀 33當電動機經(jīng)過小齒輪帶動扇形齒輪逆時針旋轉，直到扇形齒輪的凹槽一端靠在擋塊上時，減振器轉閥處產(chǎn)生較大的節(jié)流孔過流面積，減振器處于小阻尼形狀；當電動機反向通電，扇形齒輪順時針轉動，其凹槽的另一端靠在擋塊上時，減振器轉閥處以節(jié)流孔適中的過流面積產(chǎn)生中等強度的阻尼；當電腦同時向電動機和電磁線圈通電時，電動機將扇形齒輪轉離小阻尼或中等阻尼位置，同時電磁線圈將擋塊吸攏，使擋塊進入扇形齒輪凹槽中間的凹坑內(nèi)，此時減振器轉閥將節(jié)流閥過流面積收至最小，產(chǎn)生大阻尼。 34從控制原理上講,對懸架彈簧剛度的控制方式與對減振器阻尼的控制及功

16、能幾乎一樣.電腦經(jīng)過對車速傳感器、轉向傳感器、加速度傳感器、制動傳感器、車身高度傳感器等信號進展分析和計算，確定當前彈簧應具有的剛度，并經(jīng)過執(zhí)行機構改動彈簧的剛度。在具有空氣彈簧的懸架系統(tǒng)中，彈簧氣囊中空氣的緊縮構成了彈簧剛度，改動彈簧剛度可依托增大氣囊容積，即添加氣體的有效緊縮容量來實現(xiàn)三彈簧剛度調理35假設將彈簧氣室分為主、副氣室，以電腦控制溝通主、副氣室的開關閥，實現(xiàn)彈簧氣室容積的改動，即可改動彈簧的剛度。36懸架彈簧剛度調理系統(tǒng)的組成空氣管路車門開關車門開關制動開關高度傳感器空氣緊縮機電腦行李箱開關后減振器空氣彈簧到高度傳感器和電磁閥的前懸架總成37四懸架綜合控制系統(tǒng)38懸架綜合控制系

17、統(tǒng)的功能車速路面感應控制： 高速感應車速大于110km/h 前后車輪關聯(lián)感應車速在30km/h 80km/h，且車高在0.03s內(nèi)忽然變化 壞路感應車速在40km/h 100km/h，且車高在0.5s內(nèi)大副變化；車速大于100km/h，且車高在0.5s內(nèi)大副變化；39車身姿態(tài)控制： 側傾控制急轉彎 點頭控制車速大于60km/h的制動 后座抑制車速小于20km/h的急加速；車身高度控制： 高速感應車速大于90km/h 延續(xù)壞路控制車速在40km/h90之間，且車高繼續(xù)0.5s以上大副變化；車速大于90km/h，且車高繼續(xù)0.5s以上大副變化40懸架綜合控制系統(tǒng)主要有兩種構造類型：一種是有步進電動

18、機驅動的空氣懸架系統(tǒng)另一種是有電磁閥驅動的油氣彈簧懸架系統(tǒng)41電控空氣懸架系統(tǒng)在車上的布置1-空氣枯燥器和排氣電磁閥2-空氣緊縮機3、16-前、后高度控制閥4、15-前、后高度傳感器5-前懸架執(zhí)行器6-節(jié)氣門位置傳感器7-門控燈開關8-轉角傳感器9-高度控制開關10-后懸架執(zhí)行器11-電腦12、18-后、前高度控制繼電器13-高度控制銜接器14-高度控制開關17-制動燈開關19-IC調理器高度民主控制開關位于行李箱中，假設將其置于封鎖OFF位置，那么汽車被舉升或停在不平路面上時，不能對車身高度進展調理。42直流電動機帶動的空氣緊縮機將緊縮空氣經(jīng)枯燥過濾器送到高度民主控制電磁閥，由高度控制電磁閥

19、來控制懸架空氣彈簧的充氣量，空氣室的壓力有調壓閥根據(jù)汽車載荷實行控制。43電控油氣彈簧系統(tǒng)1-油氣彈簧2-中間氣體彈簧3-懸架剛度調理器4-電磁閥5-控制開關6-轉角傳感器7-指示燈8-制動與加速踏板位置傳感器9-制動壓力傳感器10-車速傳感器11-油泵12-車身位移傳感器44系統(tǒng)以油為介質緊縮氣室中的氮氣，實現(xiàn)剛度調理，以管路中的小孔節(jié)流構成阻尼特性。當汽車正常行駛時，電腦翻開前、后電磁閥，將中間氣體彈簧接入前、后軸液壓回路，于是可將彈簧中可緊縮氣體的容積添加50%，剛度下降；與此同時，由于各電磁閥還翻開了一個節(jié)流孔，使油液在各軸上一切三個氮氣彈簧之間流動，降低了懸架阻尼。當電腦封鎖前、后電

20、磁閥，使中間氣體彈簧與系統(tǒng)隔絕，制止左右彈簧之間的油液流動，懸架剛度和阻尼均得以添加45油室氮氣室膜片中間氣體彈簧節(jié)流孔液壓缸控制柱塞閥電磁閥不通電時，電磁閥因回位彈簧的作用而堅持在封鎖位置，使中間氣體彈簧與前、后軸上的其他兩個彈簧隔絕，懸架處于“硬形狀；該系統(tǒng)的執(zhí)行器實踐上是一個電磁閥，它置于前、后軸的中間氣體彈簧上當電腦向電磁閥通電，緊縮回位彈簧，接通電磁閥后，中間氣體彈簧參與左右彈簧的任務，懸架變軟。當電腦檢測到電磁閥線圈電阻值有誤解時，停頓對電磁閥加電，懸架系統(tǒng)自動恢復到“硬的形狀46以上懸架控制系統(tǒng)概括起來有如下特征：1它以閉環(huán)的方式且經(jīng)過邏輯的控制方式調理控制懸架參數(shù)剛度、阻尼，且

21、有“自動性；2由于系統(tǒng)不能提供能量，而僅耗費能量，所以它只能在耗費能量的過程中表達自動懸架的特征，而且在補充能量時表現(xiàn)出被動懸架的特征。3該控制系統(tǒng)僅有電控安裝和驅動機構需求耗費能量，因此能耗少，系統(tǒng)構造簡單。4可以減少車身的各種振動，但是無法像自動懸架那樣將他們消除，且系統(tǒng)控制在反響時間上有細微的延遲。47自動懸架是指能提供油壓、氣壓能量，并根據(jù)檢測的行車環(huán)境和車況，根據(jù)某種控制實際如天棚阻尼控制、最優(yōu)控制和預見控制等，自動控制調理任務特性的懸架系統(tǒng)。通常，自動控制懸架系統(tǒng)主要以高壓液體為能量，其控制方式可以分為兩種：即流量控制型和壓力控制型。前者由三位四通流量控制閥和雙作用油缸等構成。48

22、49系統(tǒng)采用5個傳感器檢測汽車的行駛工況，即：轉角傳感器來檢測汽車的轉向情況；節(jié)氣門位置傳感器檢測汽車的加速情況高度傳感器檢測行駛中汽車的高度和懸架的姿態(tài)加速度傳感器檢測轉向時汽車的橫向加速度；壓力傳感器檢測空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力。電腦根據(jù)上述傳感器的信息，經(jīng)過9個電磁閥控制彈簧的氣壓制油壓，使汽車自愛各種行駛形狀下均能堅持程度姿態(tài)，并維持適當?shù)男旭偢叨取?0右電磁閥左電磁閥排氣電磁閥排氣電磁閥空氣緊縮機回流泵高低壓儲能器當汽車轉向時，車身在離心力作用下發(fā)生側傾虛線。電腦根據(jù)傳感器的信息，計算出汽車轉向教速度和車身橫向加速度等參數(shù)，經(jīng)過分析判別，想前后輪電磁閥總成發(fā)出控制指令，讓外側車輛空氣彈簧充氣，內(nèi)側車輪空氣彈簧放氣，以平衡車身的側傾運動實線。側傾控制過程：51電腦可提供的控制功能及控制特點控制功能控制特點模式選擇模式選擇開關可選擇自動(AUTO)和運動（SPORT）檔位； 高度開關可選擇自動（AUTO）、高（HIGH）、特高（EXTRA HIGH）側傾控制 根據(jù)轉向盤轉角速速和車身橫向加速度，控制內(nèi)外側懸架彈簧的氣壓（油壓），外側彈簧壓力增加，內(nèi)側彈簧壓力減小，自動模式下車身側傾剛度大于運動模式下的車身側傾剛度點頭控制 當制動踏板開關開啟，且車身縱向加速度大于0.2g時，控制前懸架彈簧充氣（油），后懸架彈簧放氣（油）