電子控制懸架系統(tǒng)1

第四節(jié)，電子控制懸架系統(tǒng)1，汽車懸架的作用汽車懸架是指銜接車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)的一系列傳力安裝。一，概述〔1〕承載即接受汽車各方向的載荷，這些載荷包括垂直方向、縱向和側(cè)向的各種力?！?〕傳送動力即將車輪與路面間產(chǎn)生的驅(qū)動力和制動力傳送給車身，使汽車向前行駛、減速或停車?！?〕緩沖即緩和汽車和路面情況等引起的各種振動和沖擊，以提高乘員乘坐的溫馨性。2.汽車懸架的分類目前，汽車的懸架系統(tǒng)通常分為傳統(tǒng)被動式、半自動式、自動式三類。自動式懸架是一種帶有動力源的懸架，在懸架系統(tǒng)中附加一個可控制造用力的安裝。自動式懸架可根據(jù)汽車載荷、路面情況、行駛速度、啟動、制動、轉(zhuǎn)向等情況的變化，自動調(diào)整懸架的剛度、阻尼力及車身高度等。二，電控懸架的構(gòu)造及任務(wù)原理汽車上裝用的普通減振器的伸張型減振器，缸筒為全密封式構(gòu)造，伸縮桿上有一個活塞，阻尼孔位于活塞上，活塞將缸筒分為上下兩腔?？擅璁嫗椤耙煌捕U三閥四室〞。任務(wù)特性機(jī)械。汽車行駛過程中不可調(diào)理，由于汽車減震器的主要特性參數(shù)是阻尼理力，而阻尼力只受流通截面積影響。

而對于在復(fù)雜的路況條件下行駛的汽車，就不能夠滿足汽車在一切行駛車速和行駛條件下的有效減振，也就很難滿足現(xiàn)代汽車的溫馨性和支配穩(wěn)定性、平安性的要求。在現(xiàn)代中、高檔汽車上很少采用普通的減振器，轉(zhuǎn)而采用電控半自動懸架或電控自動懸架，以提高汽車的綜合性能。1.電控半自動懸架的構(gòu)造和任務(wù)原理大部分半自動懸架采用了手動控制方式，由駕駛員根據(jù)路面情況和汽車的行駛條件，手動控制相關(guān)的動作，對減振器的阻尼力進(jìn)展變換。假設(shè)當(dāng)減振器的阻尼力被調(diào)整為“硬〞時，還可加強(qiáng)汽車在轉(zhuǎn)彎或在不平道路上行駛時抗側(cè)傾的才干，提高汽車支配的穩(wěn)定性。

1.電控半自動懸架的構(gòu)造和任務(wù)原理假設(shè)當(dāng)減振器的阻尼力被調(diào)整為“軟〞時，使汽車行駛時的上下顛簸幅度減少，提高汽車乘坐的溫馨性。

這種懸架系統(tǒng)，可以經(jīng)過駕駛員根據(jù)汽車行駛的路面情況，借助擋位轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制懸架的特性參數(shù)變化。懸架系統(tǒng)性能控制的特性參數(shù)包括：減振器的阻尼力、橫向穩(wěn)定桿的剛度。其控制方式有機(jī)械式和電子控制式兩種。

電控半自動懸架的普通任務(wù)原理是：利用傳感器把汽車行駛時路面的情況和車身的形狀進(jìn)展檢測，檢測到的信號經(jīng)輸入接口電路處置后，傳輸給計算機(jī)進(jìn)展處置，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器動作，完成懸架特性參數(shù)的調(diào)整。其任務(wù)原理如圖5.1所示。

圖5.1半自動懸架系統(tǒng)的任務(wù)原理1.阻尼力的調(diào)理所謂阻尼力的調(diào)理就是根據(jù)汽車負(fù)荷、行駛路面的條件和汽車行駛形狀(加速、減速、制動或轉(zhuǎn)彎等)來控制減振器的阻尼力，使汽車在整個行駛形狀下，減振阻尼力在二段(軟、硬)或三段(軟、中等、硬)之間變換。圖5.2所示為豐田汽車所裝用的電子控制半自動懸架系統(tǒng)(TEMS)。它主要由方式選擇開關(guān)、電子控制單元(ECU)、可調(diào)理阻尼力的減振器、轉(zhuǎn)換阻尼力的執(zhí)行器、車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、制動燈開關(guān)、空擋啟動開關(guān)等部件組成。圖5.2豐田汽車裝用的電子控制半自動懸架系統(tǒng)1—執(zhí)行部件；2—動力轉(zhuǎn)向傳感器；3—停車燈開關(guān)；4—TEMS指示燈；5—速度傳感器；6—執(zhí)行部件；7—ECU；8—方式選擇開關(guān)；9—空擋啟動開關(guān)；10—節(jié)氣門位置傳感器該系統(tǒng)的根本任務(wù)原理是：根據(jù)汽車的行駛形狀和路面情況，方式選擇開關(guān)的任務(wù)方式，經(jīng)過相關(guān)的傳感器對汽車的行駛形狀、路面反響及車速等進(jìn)展檢測。

ECU對這些信號進(jìn)展比較和處置后，控制相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來改動減振器的阻尼力，抑制汽車急加速時車尾的下蹲、汽車轉(zhuǎn)彎時的側(cè)傾和緊急制動時的點(diǎn)頭，以及高速行駛時車身的振動等，以此來提高汽車乘坐的溫馨性和支配的穩(wěn)定性。方式選擇開關(guān)方式選擇開關(guān)位于變速器支配手柄旁，如圖5.3所示。駕駛員根據(jù)汽車的行駛情況和路面情況選擇方式選擇開關(guān)的組合方式，從而確定選擇方式來決議減振器的阻尼力大小。圖5.3方式選擇開關(guān)的位置和操作方法方式選擇開關(guān)的不同組合，可使懸架系統(tǒng)有四種任務(wù)方式：即自動、規(guī)范(Auto、Normal)；自動、運(yùn)動(Auto、Sport)；手動、規(guī)范(Manu、Normal)；手動、運(yùn)動(Manu、Sport)。

如選擇自動方式，懸架系統(tǒng)可以根據(jù)汽車行駛形狀和車速等自動地調(diào)理減振器的阻尼力，以保證讓汽車乘坐的溫馨性和支配的穩(wěn)定性。在手動方式下，懸架系統(tǒng)的阻尼力只需規(guī)范(中等)和運(yùn)動(硬)兩種形狀的轉(zhuǎn)換。

2)減振器可調(diào)阻尼力的減振器主要由缸筒、活塞及活塞控制桿和回轉(zhuǎn)閥等組成，如圖5.4所示?；钊麠U為一空心桿，在活塞桿的中心裝有控制桿，控制桿的上端與執(zhí)行器相連。

圖5.4減振器的構(gòu)造表示圖1—阻尼調(diào)理?xiàng)U(回轉(zhuǎn)閥控制桿)；2—阻尼孔；3—活塞桿；4—回轉(zhuǎn)閥根據(jù)回轉(zhuǎn)閥與活塞桿上的小孔不同的連通情況，減振器的阻尼力有硬(hard)、軟(soft)、中等(normal)三種。這種阻尼力的特性是：硬(hard)——減振器的阻尼力較大，減振才干強(qiáng)，使汽車好似具有跑車的優(yōu)良支配穩(wěn)定性。中等(normal)——適宜用于汽車高速行駛。軟(soft)——減振器的阻尼力較小，減振才干較弱，可充分發(fā)揚(yáng)彈性元件的緩沖作用，使汽車具有高級旅游車的溫馨性。見表5-1?？烧{(diào)理阻尼力的減振器的根本任務(wù)原理：當(dāng)ECU促使執(zhí)行器任務(wù)時，經(jīng)過控制桿帶動回轉(zhuǎn)閥相對活塞桿轉(zhuǎn)動，使回轉(zhuǎn)閥與活塞桿上的油孔連通或切斷，從而添加或減小油液的流通面積，使油液的流動阻力改動，到達(dá)調(diào)理減振器阻尼力的目的。

減振器阻尼力自動、標(biāo)準(zhǔn)自動、運(yùn)動一般情況下軟中等汽車急加速、急轉(zhuǎn)彎或緊急制動硬硬高速行駛中等中等表5-1減振器的阻尼力與汽車的行駛形狀和路面情況的配置情況3)執(zhí)行器：如圖5.5所示，是汽車采用的直流電動機(jī)式執(zhí)行器的構(gòu)造和任務(wù)原理圖。從圖中可以看出該執(zhí)行器主要由直流電動機(jī)、小齒輪、扇形齒輪、電磁線圈、擋塊、控制桿組成。

每個執(zhí)行器安裝于懸架系統(tǒng)中減振器的頂部，并經(jīng)過其上的控制桿與減振器的回轉(zhuǎn)閥相銜接，直流電動機(jī)和電磁線圈直接接受ECU的控制。圖5.5直流電動機(jī)式執(zhí)行器的構(gòu)造和任務(wù)原理ECU輸出控制信號使電磁線圈通電控制擋塊的動作(如將擋塊與扇形齒輪的凹槽分別)，另外直流電動機(jī)根據(jù)輸入的電流方向作相應(yīng)方向的旋轉(zhuǎn)。從而驅(qū)動扇形齒輪作對應(yīng)方向的偏轉(zhuǎn)，帶動控制桿改動減振器的回轉(zhuǎn)閥與活塞桿油孔的連通情況，使減振器的阻尼力按需求的阻尼力大小和方向改動。該執(zhí)行器的根本任務(wù)原理是：當(dāng)阻尼力調(diào)整適宜后，電動機(jī)和電磁線圈都斷電，擋塊重新進(jìn)入扇形齒輪的凹槽，使被調(diào)整好的阻尼力大小能穩(wěn)定地堅(jiān)持。該執(zhí)行器的根本任務(wù)原理是：圖5.6驅(qū)動器的構(gòu)造4)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于檢測汽車轉(zhuǎn)向盤的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度，以便于ECU判別各減振器阻尼力的控制方式。TEMS上運(yùn)用的是光電式轉(zhuǎn)角傳感器(詳見后敘)。4)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號，汽車的車速信號及方式開關(guān)的擋位等，計算出各車輪減振器阻尼力的大小，然后經(jīng)過各執(zhí)行器進(jìn)展調(diào)理，以控制車身姿態(tài)的形狀。ECU可根據(jù)汽車行駛時的各種傳感器信號，如制動燈開關(guān)信號、車速傳感器信號、方式選擇開關(guān)信號、節(jié)氣門位置信號等。

5)電子控制單元經(jīng)處置后確認(rèn)汽車的行駛形狀和路面情況(如汽車是低速行駛還是高速行駛；是直線行駛還是處于轉(zhuǎn)彎形狀；是在制動還是在加速；自動變速器能否處在空擋位置等)，以確定各懸架減振器的阻尼力大小，并驅(qū)動執(zhí)行器予以調(diào)理。

圖5.9是ECU的系統(tǒng)原理圖。電子控制單元的根本任務(wù)原理：各傳感器和控制開關(guān)產(chǎn)生的電信號，經(jīng)輸入接口電路整形放大后，送入計算機(jī)CPU中，經(jīng)過計算機(jī)處置和判別后分別輸出各控制信號，驅(qū)動相關(guān)的執(zhí)行器和顯示器任務(wù)。

圖5.9ECU系統(tǒng)原理圖這些控制信號有：促使執(zhí)行器改動懸架減振器阻尼力的阻尼控制信號；促使發(fā)光二極管顯示懸架系統(tǒng)當(dāng)前阻尼力形狀的顯示控制信號。

TEMS指示燈的作用：一是顯示當(dāng)前形狀下懸架系統(tǒng)的阻尼力情況，二是顯示TEMS系統(tǒng)能否任務(wù)正常和指示TEMS系統(tǒng)能否存在缺點(diǎn)。

6)TEMS指示燈2.橫向穩(wěn)定器剛度的調(diào)理具有液壓缸構(gòu)造的橫向穩(wěn)定器，可以經(jīng)過內(nèi)部油路的開閉，使其成為剛性體或彈性體，從而調(diào)理橫向穩(wěn)定器的剛度。根本控制原理是：驅(qū)動器根據(jù)ECU的信號，經(jīng)過穩(wěn)定器纜繩來控制穩(wěn)定桿內(nèi)部油路的封鎖和開啟。圖5.10驅(qū)動器的外形及驅(qū)動桿的位置1〕橫向穩(wěn)定驅(qū)動器圖5.11驅(qū)動器的構(gòu)造1—直流電動機(jī)；2—蝸輪；3—小行星輪；4—齒圈；5—托架；6—限位開關(guān)；7—太陽輪；8—變速傳動軸；9—蝸桿圖5.13直流電動機(jī)1—驅(qū)動桿；2—從動桿；3—變速傳感器；4—蝸桿；5—小行星輪；6—齒圈；7—太陽輪；8—托架；9—限位開關(guān)(SW2)；10—限位開關(guān)(SW1)；11—直流電動機(jī)；12—蝸桿；13—彈簧2〕穩(wěn)定器桿穩(wěn)定器桿安裝在穩(wěn)定器臂(扭桿)端部與獨(dú)立懸架下擺臂(下臂)之間，如圖5.14所示?？梢砸詢煞N形狀改動安裝在活塞桿上端的穩(wěn)定器臂的改動剛度，從而改動汽車的抗側(cè)傾剛度。圖5.14穩(wěn)定器桿的作用(a)(b)圖5.15穩(wěn)定器桿的構(gòu)造1—單向閥；2—推桿；3—膜片；4—儲油腔；5—擋塊(緊縮側(cè))；6、9—圈簧；7—擋塊(伸張側(cè))；8—活塞；10—油泵3.傳感器傳感器主要用于采集有關(guān)汽車行駛形狀和路面情況等方面的信息，構(gòu)成電信號后輸入電子控制單元(ECU)，經(jīng)比較處置后驅(qū)動執(zhí)行器，完成減振器阻尼力和橫向剛度的調(diào)理。電控半自動懸架系統(tǒng)的傳感器有車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器。1)車速傳感器車速是汽車懸架系統(tǒng)常用的控制信號，而汽車車身的側(cè)傾程度取決于汽車的車速和轉(zhuǎn)向半徑的大小。2)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于檢測轉(zhuǎn)向盤能否位于中間位置及轉(zhuǎn)向盤能夠的偏轉(zhuǎn)方向、偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)速度。在電控懸架中，電子控制單元可根據(jù)車速傳感器信號和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號，判別汽車轉(zhuǎn)向時側(cè)向力的大小和轉(zhuǎn)向的方向，從而適時控制汽車抗側(cè)傾的才干。圖5.18光電式轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置和構(gòu)造1—轉(zhuǎn)角傳感器；2—傳感器；3—光電元件；4—遮光盤；5—軸；6—圓盤；7—傳感器圓盤圖5.19光電式轉(zhuǎn)角傳感器的任務(wù)原理圖5.20光電式轉(zhuǎn)角傳感器電路原理1.電子控制自動懸架系統(tǒng)的功能配備電子控制自動懸架系統(tǒng)的汽車可以根據(jù)本身的負(fù)載情況、行駛形狀和路面情況等，自動地調(diào)理包括懸架系統(tǒng)的阻尼力、汽車車身高度和行駛姿態(tài)、彈性元件的剛度在內(nèi)的多項(xiàng)參數(shù)。這類懸架系統(tǒng)大多采用空氣彈簧或油氣彈簧作為彈性元件，經(jīng)過改動彈簧的空氣壓力或油液壓力的方式來調(diào)理彈簧的剛度，使汽車的相關(guān)性能一直處于最正確形狀。

1)減振器的阻尼力調(diào)理這種減振器可以實(shí)現(xiàn)以下控制目的：〔1〕防止車尾下蹲控制〔2〕防止汽車點(diǎn)頭控制(3)防止汽車側(cè)傾控制(4)防止汽車縱向搖動控制2)懸架系統(tǒng)彈性元件剛度的調(diào)理影響汽車乘坐的溫馨性和行駛的平安性的另一個主要要素就是汽車懸架彈性元件的剛度，懸架彈性元件的剛度將直接影響車身的振動強(qiáng)度和對路況及車速的感應(yīng)程度。目前，中、高檔汽車傾向于利用可調(diào)剛度的空氣彈簧或油氣彈簧，經(jīng)過調(diào)理這些元件的空氣壓力的方法來調(diào)整彈性元件的剛度。經(jīng)過調(diào)理彈性元件的剛度和減振器的阻尼力，可使汽車四個車輪上的懸架參數(shù)具有不同組合，就可進(jìn)展車身高度和姿態(tài)的調(diào)理。如運(yùn)用空氣彈簧的懸架，當(dāng)乘員人數(shù)和載物較重使車身下沉?xí)r，經(jīng)過加大空氣彈簧氣壓的方法，使車身恢復(fù)到正常高度；3)車身高度和姿態(tài)的調(diào)理2.電子控制自動懸架系統(tǒng)的組成如圖5.21所示，是轎車上配備電控空氣自動懸架系統(tǒng)(A-ECS)，它能系統(tǒng)地控制汽車的車身高度、行駛姿態(tài)和懸架系統(tǒng)的阻尼力特性。2.電子控制自動懸架系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)主要由空氣彈簧、普通螺旋彈簧、電子控制單元、車速傳感器、G傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、高度傳感器、阻尼力轉(zhuǎn)換執(zhí)行器、電磁閥、空氣緊縮機(jī)、