汽車線控底盤與智能控制課件：線控懸架系統(tǒng)認知

線控懸架系統(tǒng)認知任務(wù)一調(diào)研分析線控懸架系統(tǒng)汽車線控底盤與智能控制1任務(wù)引入Tasktointroduce懸架系統(tǒng)作為車輛的一個重要組成部分，與車輛操縱穩(wěn)定性能以及駕乘感受有著直接關(guān)系。奔馳的“魔毯”(MAGICBODYCONTROL)智能車身控制系統(tǒng)可偵測到前方15米范圍內(nèi)的地形，通過立體攝像頭掃描出地面的起伏，再根據(jù)地形對懸掛系統(tǒng)做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，只需將懸掛選擇為舒適模式，便可以實現(xiàn)像魔毯一樣飛過顛簸，而車身卻沒有任何明顯的起伏或者是懸掛傳來的聲響?！澳骸睉壹芟到y(tǒng)便屬于線控懸架系統(tǒng)作為一名測試工程師，你準備向新入職的員工講述線控懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理與發(fā)展趨勢。03線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制02線控懸架系統(tǒng)組成與工作原理01線控懸架系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義目錄CONTENTS04線控懸架系統(tǒng)優(yōu)缺點新

授NewTeaching線控懸架系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義011980年，BOSE公司成功研發(fā)了一款電磁主動懸架系統(tǒng)(如圖所示)。1984年，電控空氣懸架開始出現(xiàn)，林肯汽車成為第一個采用可調(diào)整線控空氣懸架系統(tǒng)的汽車。發(fā)展歷程線控懸架系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義01目前，凱迪拉克汽車安裝的MRC主動電磁懸架系統(tǒng)如圖所示。發(fā)展歷程線控懸架系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義01寶馬7系(空氣懸架)宣稱的“魔毯”懸架系統(tǒng)。發(fā)展歷程線控懸架系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義01懸架是車架與車輪之間的一切傳力裝置的總稱。線控懸架系統(tǒng)(SuspensionByWire)，也稱為主動懸架系統(tǒng)，是智能網(wǎng)聯(lián)車輛的重要組成部分，可實現(xiàn)緩沖振動、保持車輛平穩(wěn)行駛的功能。在汽車行駛中，線控懸架系統(tǒng)可以根據(jù)不同的路面情況、載重量、車速等，控制懸架系統(tǒng)彈簧剛度或減振器阻尼，使汽車的操縱穩(wěn)定性與乘坐的舒適性達到和諧的調(diào)節(jié)，也可以通過調(diào)節(jié)車身高度以提高車輛的通過性。發(fā)展歷程線控懸架系統(tǒng)由傳感器、各種開關(guān)、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器等組成，其組成結(jié)構(gòu)如圖所示。線控懸架系統(tǒng)組成與工作原理02傳感器包括方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器、車身高度傳感器、加速度傳感器和節(jié)氣門位置傳感器等。他們在系統(tǒng)的作用是將汽車行駛路況(汽車的振動)和車速及啟動、加速、轉(zhuǎn)向、制動等工況轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⑤斔偷诫娔X。各傳感器主要功能如下表所示。線控懸架系統(tǒng)組成與工作原理021.傳感器傳感器功能車身加速度傳感器檢測車身振動，也可反映行駛的路面狀況和車身橫向運動狀況。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(zhuǎn)速，反映車速和計算車身的側(cè)傾量。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器檢測轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，計算車身側(cè)傾。節(jié)氣門位置傳感器檢測節(jié)氣門開度，反映汽車加速狀況。開關(guān)主要包括模式選擇開關(guān)、制動壓力開關(guān)、制動燈開關(guān)和門控開關(guān)等。各開關(guān)主要功能如下表所示。線控懸架系統(tǒng)組成與工作原理022.開關(guān)部分開關(guān)功能制動壓力開關(guān)檢測制動管路壓力，判斷汽車制動情況。制動燈開關(guān)檢測制動燈電路通斷，判斷汽車制動狀況。門控燈開關(guān)檢測門控燈電路通斷，判斷乘員狀況。模式選擇開關(guān)根據(jù)汽車行駛狀況和路面情況選擇懸架的運行模式，從而決定減震器的阻尼力大小3.電子控制單元(ECU)當汽車在路面行駛時，傳感器將汽車行駛的路面情況(汽車的振動》和車速及啟動、加速、轉(zhuǎn)向、制動等工況轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，輸送給電子控制單元，電子控制單元將傳感器送入的電信號進行綜合處理，輸出對懸架的剛度、減震器阻尼及車身高度進行調(diào)節(jié)的控制信號。4.執(zhí)行器線控懸架系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)主要由阻尼器、電磁閥、步進電動機、泵氣電機等組成。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應(yīng)，實現(xiàn)對彈簧剛度、減振器阻尼或車身高度的調(diào)節(jié)。02線控懸架系統(tǒng)組成與工作原理ECU根據(jù)汽車傳感器信號判斷汽車的高度狀況，當判定車身高度低了，則控制空氣壓縮機電機和高度控制閥向空氣彈簧主氣室內(nèi)充氣，使車身高度增加:反之，則打開高度控制閥向外排氣，使車身高度降低。系統(tǒng)根據(jù)車速、車高等信號來監(jiān)視汽車的狀態(tài)，控制執(zhí)行機構(gòu)來調(diào)整車高，實現(xiàn)功能如表所示。線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制031.車高控制功能內(nèi)容駐車時車高控制停車后，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，改善汽車外觀形象。高速行駛工況車高控制當汽車高速行駛時，主動降低車身高度，以改善行車的操縱穩(wěn)定性和氣動特性。特殊行駛工況車高控制汽車行駛于起伏不平的路面時，主動升高車身，避免與地面磕碰。自動水平控制車身高度不受載荷影響，保持基本恒定，姿態(tài)水平，使乘坐更加平穩(wěn)，前大燈光束方向保持不變，提高行車安全性。懸架剛度是衡量懸架抵抗變形能力的一種量度，懸架剛度與汽車性能的關(guān)系如下表所示。在汽車行駛過程中，MCU接收由傳感器傳來的信息，計算并控制彈簧剛度，彈簧剛度的控制主要有防前傾、后傾控制，防側(cè)傾控制和前后輪相關(guān)控制等。線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制031.車高控制懸架剛度懸架軟——提升輪胎抓地力，汽車平順性好懸架硬——響應(yīng)速度快，提升操縱穩(wěn)定性（1）防前傾、后傾控制前傾一般是汽車高速行駛時突然制動時發(fā)生的現(xiàn)象，防前傾主要是防止緊急制動時汽車前端的下垂。后傾一般是汽車加速或換擋時出現(xiàn)的現(xiàn)象，防后傾主要目的是防止汽車車身后仰。調(diào)整懸架剛度可以防止汽車前傾后傾現(xiàn)象，如圖所示。03線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制1.車高控制（2）防側(cè)傾控制當緊急轉(zhuǎn)向時，應(yīng)由正常行駛的“中”剛度轉(zhuǎn)換為“硬”剛度，以防止產(chǎn)生側(cè)傾。調(diào)整懸架剛度可以防止汽車發(fā)生側(cè)傾現(xiàn)象，如圖所示。03線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制1.車高控制（3）前后輪相關(guān)控制當汽車行駛在彎曲道路或凹凸路面上時，通過前后輪彈簧剛度相關(guān)控制并結(jié)合協(xié)調(diào)阻尼力大小控制，使在正常行駛時剛度從“中”的設(shè)置轉(zhuǎn)換到“軟”的設(shè)置以改善平順性。但在高速運行時“軟的狀態(tài)工作會導致汽車出現(xiàn)行駛不穩(wěn)定的狀態(tài)。遇到路面不平時，懸架可以吸收車身大部分起伏，如圖所示。03線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制1.車高控制懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生震動，懸架中彈性元件并聯(lián)安裝減震器，以衰減震動，主要完成防止高速制動時前傾，加速和換擋時后傾，急轉(zhuǎn)彎時側(cè)傾和保證高速時具有良好的附著力等控制功能，從而提高汽車行駛的舒適性和安全性。減震器與彈性元件承擔著緩沖擊和減震的任務(wù)，減震器的阻尼力要隨汽車振動速度的增加而增大，隨汽車振動速度降低而減小。03線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制3.減震器阻尼控制阻尼力具體調(diào)節(jié)情況如下表所示線控懸架系統(tǒng)參數(shù)控制033.減震器阻尼控制車況阻尼力調(diào)整壓縮行程（車輪和車身相互靠近）減震器阻尼力應(yīng)調(diào)整較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。伸張行程（車輪和車身相互遠離）減震器阻尼力應(yīng)調(diào)大，迅速減震。車輪與車身間的相對速度過大要求使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免車身承受過大的沖擊載荷。線控懸架系統(tǒng)優(yōu)缺點041.線控懸架系統(tǒng)優(yōu)點線控懸架系統(tǒng)可以針對汽車不同的工況，控制執(zhí)行器產(chǎn)生不同的彈簧剛度和減震器阻尼，既能滿足平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，也能保障駕乘的舒適性要求。其主要優(yōu)點如下:剛度可調(diào)，可改善汽車轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn)的側(cè)傾以及制動和加速等引起車身點頭和后坐等問題。汽車載荷變化時，能自動維持車身高度不變。碰到障礙物時，能瞬時提高車輪，越過障礙，使汽車的通過性得到提高?？梢种浦苿訒r的點頭，充分利用車輪與地面的附著條件，加速制動過程，縮短制動距離。使車輪與地面保持良好的接觸，提高車輪與地面的附著力，增加汽車抵抗側(cè)滑的能力。線控懸架系統(tǒng)優(yōu)缺點042.線控懸架系統(tǒng)的缺點（2）缺點結(jié)構(gòu)復雜、故障的幾率和頻率遠遠高于傳統(tǒng)懸掛系統(tǒng)。由于線控懸架要求每一個車輪懸架都有控制單元，得到路面數(shù)據(jù)后的優(yōu)化處理算法難度非常大，調(diào)節(jié)不好就會適得其反。就線控空氣懸架而言，用空氣作為調(diào)整底盤高度的“推進動力”，減振器的密封性要求非常高，若空氣減振器出現(xiàn)漏氣，則整個系統(tǒng)將處于“癱瘓”狀態(tài)。如果頻繁地調(diào)整底盤高度，還有可能造成氣泵系統(tǒng)局部過熱，會大大縮短氣泵的使用壽命。線控懸架系統(tǒng)優(yōu)缺點042.線控懸架系統(tǒng)的缺點（2）缺點就寶馬“魔術(shù)”懸架系統(tǒng)而言，除了存在空氣懸架自身缺點外，系統(tǒng)還存在著其他的限制，比如攝像頭只能識別路面的凹陷和凸起，像浸滿雨水的坑就會被無視，而斑馬線卻很有可能被當成起伏。此外，顛簸振動、雨雪大霧天氣、迎面射來的燈光都會直接讓系統(tǒng)失效。感謝觀看汽車線控底盤與智能控制線控懸架系統(tǒng)認知任務(wù)二調(diào)研分析線控懸架系統(tǒng)應(yīng)用場景汽車線控底盤與智能控制1任務(wù)引入Tasktointroduce作為一名測試工程師，你準備向新入職的員工進行一次以線控懸架系統(tǒng)的種類與常見應(yīng)用場景為題的培訓，你要如何進行這次培訓呢?02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知01線控懸架構(gòu)件認知目錄CONTENTS新

授NewTeaching線控懸架構(gòu)件認知01汽車懸架構(gòu)件是懸架系統(tǒng)的基礎(chǔ)。一個完整的懸架總成，其組件構(gòu)成如圖所示：1.汽車懸架構(gòu)件的組成線控懸架構(gòu)件認知01在汽車懸架構(gòu)件的組件構(gòu)成中：彈性元件(彈簧)一吸收來自路面的沖擊。阻尼元件(減振器)一通過限制彈簧的振動來改善乘坐的舒適性。穩(wěn)定器(橫向穩(wěn)定桿或側(cè)傾穩(wěn)定桿》一防止車輛橫向擺動。導向機構(gòu)一使上述部件保持就位和控制車輪的縱向或橫向運動。1.汽車懸架構(gòu)件的組成線控懸架構(gòu)件認知01彈性元件，即彈簧，是懸架中的“承載”元件。由彈簧支撐的車身重量稱為車輛懸掛質(zhì)量(簧上質(zhì)量)，車輪和車軸以及不是彈簧支撐的汽車其他部件稱為非懸掛質(zhì)量(簧下質(zhì)量)。如圖所示：2.彈性元件線控懸架構(gòu)件認知01原則上：應(yīng)使非懸掛質(zhì)量盡量小，這樣才能將非懸掛質(zhì)量對振動特性(車身固有頻率)的影響降至最小。同時非懸掛質(zhì)量的減小也降低了慣量所產(chǎn)生的沖擊負荷，大大改善懸架的響應(yīng)特性，明顯提高乘坐舒適性。另外懸掛質(zhì)量和彈簧的特征參數(shù)(彈簧剛度》，確定了車身固有頻率，懸掛質(zhì)量較大或彈簧較軟，車身固有頻率就低一些，而彈簧的行程(振幅)就大。懸掛質(zhì)量較小或彈簧較硬.車身固有頻率就高一些，而彈簧的行程(振幅)就小。試驗結(jié)果表明如果車身固有頻率超過1.5Hz時，會使乘坐舒適性惡化，超過5HZ，車輛行駛會強烈振動。2.彈性元件汽車懸架中廣泛采用的阻尼元件就是內(nèi)部充有液體的液壓減振器，它并聯(lián)在懸架彈簧中。當車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔產(chǎn)生的摩擦和液體的黏性摩擦就會形成減振阻尼力，其將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到空氣中去，實現(xiàn)衰減振動的目的。在確定減振器的阻尼力特性時，必須考慮到車輛乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性等因素。造成乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性相矛盾的因素有很多，阻尼力特性也是其中之一。若重視車輛行駛操縱穩(wěn)定性而將阻尼特性設(shè)定較高，有損害乘坐舒適性的傾向，相反，若設(shè)定過低。則車輛的穩(wěn)定性較差。因此，根據(jù)車輛規(guī)格使兩方面適當?shù)氐玫絽f(xié)調(diào)以進行選擇，是特性選擇的要點。01線控懸架構(gòu)件認知3.阻尼元件以阻尼系數(shù)比表示車輛的阻尼特性時，其平均值為:線控懸架構(gòu)件認知013.阻尼元件式中C-減振器的阻尼系數(shù)，是減振器阻尼力-速度特性曲線的斜率。Cc-懸架系統(tǒng)的臨界阻尼系數(shù)。K一懸架彈簧的剛度。W-所承受的懸掛質(zhì)量。G-加速度。阻尼系數(shù)比是評價懸架性能好壞的重要參數(shù)之一，是懸架“軟”或“硬”的標志，也是振動衰減快慢的標志。為緩沖由不平路面?zhèn)魅氲南蛏蠜_擊，減振器的回彈(拉伸)阻尼力一般大于壓縮阻尼力,其值在6比4到8比2。對懸架系統(tǒng)減振器所要求的阻尼力如圖所示。01線控懸架構(gòu)件認知3.阻尼元件即使減振器運動活塞速度相同，根據(jù)其行駛條件，其阻尼力也有所不同。因此，采用了根據(jù)冬種行駛條件可變阻尼力機構(gòu)。通常：在良好路面行駛時，阻尼力設(shè)計得較低，可確保乘坐舒適性。在急轉(zhuǎn)彎，快速起步及急制動時，通過提高阻尼力可減少車身姿態(tài)的變動。在凸起或不平路面上行駛時通過提高阻尼力，可快速吸收車身的振動，減少輪胎抓地力的變化。可變阻尼力機構(gòu)由阻尼力可變減振器，電子控制器，各種傳感器及各種阻尼力轉(zhuǎn)換促動器構(gòu)成。01線控懸架構(gòu)件認知3.阻尼元件幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知02線控懸架系統(tǒng)也稱為主動懸架系統(tǒng)，根據(jù)工作原理可分為空氣式、液壓式、電磁式等。其中：空氣式懸架系統(tǒng)是通過改變各空氣彈簧中壓縮空氣的壓力和體積來改變汽車減振系統(tǒng)的軟硬和車身高度。液壓式懸架系統(tǒng)根據(jù)車輛行駛速度、車身振動、車輪跳動以及傾斜狀態(tài)等信號，調(diào)節(jié)四個執(zhí)行液壓缸中液壓油的量，以實現(xiàn)對減震器軟硬程度及車身高度的調(diào)整。電磁式懸架系統(tǒng)是通過改變電流來改變電磁場的強度，進而達到控制阻尼系數(shù)的目的。1.線控懸架系統(tǒng)的分類空氣式懸架系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有:(1)自動水平調(diào)節(jié);(2)設(shè)定不同的車輛高度;(3)根據(jù)車速自動調(diào)節(jié)車身高度:(4)設(shè)定不同的車輛減震阻尼。如圖為通過空氣式懸架系統(tǒng)設(shè)定不同的車輛高度。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知2.空氣式懸架系統(tǒng)空氣懸掛分成兩大組成部分一空氣彈簧和空氣阻尼控制閥。這兩大部分可以安裝在一起成為一體式空氣懸掛（下圖左所示），也可分離安裝成為分離式空氣懸掛（下圖右所示）。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知2.空氣式懸架系統(tǒng)空氣阻尼控制閥會影響活塞桿一側(cè)工作腔(工作腔1)的液壓油流動阻力從而調(diào)節(jié)整個壓縮回彈過程的阻尼?？諝庾枘峥刂崎y的流動阻力與控制壓力(空氣彈簧壓力)有固定的對應(yīng)關(guān)阻尼力由相應(yīng)的阻尼閥(壓縮/回彈)和空氣阻尼控制闊形成的流動阻力決定。如圖所示為空氣懸掛內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)示意圖。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知2.空氣式懸架系統(tǒng)工作腔1通過一個孔與空氣阻尼控制閥相連。當空氣彈簧壓力較小時，那么空氣阻尼控制闊所形成的液壓油流動阻力也小，因此一部分減振液壓油會流過阻尼閥，于是阻尼力就減小了。如圖所示為空氣懸掛低空氣壓力時的壓縮回彈過程示意圖。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知2.空氣式懸架系統(tǒng)當空氣彈簧壓力較大時，那么空氣阻尼控制闊所形成的液壓油流動阻力也大，于是阻尼力就增大了。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知2.空氣式懸架系統(tǒng)由于空氣彈簧和空氣阻尼控制閥可通過軟管相連，因此它可以分成一體式布置和分離式布置兩種布局。從而滿足不同車型不同空間的布置要求。比如，奧迪A6的前輪驅(qū)動車型采用分離式空氣懸掛的后懸掛（如下圖左所示），而四輪驅(qū)動車型則采用一體式空氣懸掛的后懸掛（如下圖右所示）。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知2.空氣式懸架系統(tǒng)配備了主動空氣懸掛的車型使得駕駛模式動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)變得更為完整。我們以奧迪的全新一代05進行舉例。其駕駛模式動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)可按照駕駛者的選擇，通過對主動空氣懸掛對前后懸掛的高度和軟硬程度進行調(diào)整。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知2.空氣式懸架系統(tǒng)電磁式懸架系統(tǒng)電磁懸掛不同于空氣式，其仍使用彈簧提供支撐力。但減震筒內(nèi)部則不是傳統(tǒng)的液壓機油，而是磁流變液(Magneto-RheologicalFluid)。磁流變液的特點就是可通過電控的磁場來靈活調(diào)節(jié)磁流變液的粘度。從而控制減震筒的阻尼。也就是改變懸掛的軟硬。磁流變液受磁場控制的特性成就了電磁懸掛最大的特點——響應(yīng)迅速。使得裝備電磁懸掛的車型可靈活地在旅行、運動和賽道駕駛模式間進行切換。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知3.電磁式懸架系統(tǒng)02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知3.電磁式懸架系統(tǒng)凱迪拉克經(jīng)常采用電磁式懸架系統(tǒng)，法拉利、捷豹路虎和奧迪品牌的多款車型也因為其快速響應(yīng)的特點選擇了電磁懸掛。凱迪拉克XTS配備電磁式懸架系統(tǒng)配備電磁懸掛的奧迪TT主動懸掛系統(tǒng)02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知3.電磁式懸架系統(tǒng)電磁懸掛的秘密主要都集中在減震筒當中。位于前軸的減震筒雖然在細節(jié)上和后軸減震筒有細微差別。但是活塞中間都留有電控裝置和相應(yīng)的電纜。如下圖所示：磁流變液就是包含非常微小(3~10微米)的磁性顆粒的液體。其原始未磁化狀態(tài)為自由游離態(tài)。此時粘度較低。當磁流變液流經(jīng)活塞中的電控裝置時，如果電控裝置施加磁場，磁流變液中的磁性顆粒就會被磁化并規(guī)則排列。此時粘度就增加了。電磁式懸架系統(tǒng)正是基于磁流變效應(yīng)對減震筒的阻尼進行調(diào)節(jié)的，從而達到控制主動懸掛響應(yīng)的目的。02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知3.電磁式懸架系統(tǒng)02幾種常見線控懸架系統(tǒng)認知3.電磁式懸架系統(tǒng)由中央的懸掛電子控制器、位于儀表盤的懸掛調(diào)節(jié)指示燈、位于