【文章內容簡介】 子控制懸架系統(tǒng)。電子控制懸架系統(tǒng)可以根據不同的路面條件，不同的載重質量，不同的行駛速度等，來控制懸架系統(tǒng)的剛度、調節(jié)減振器的阻尼力大小，甚至可以調整車身高度，從而使車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性在各種行駛條件下達到最佳的組合。 汽車懸架的分類目前汽車懸架系統(tǒng)通常分為傳統(tǒng)被動式、半主動式、主動式三類。其中半主動式又分為有級半主動式和無級半主動式兩種；主動式懸架根據頻率和能量消耗的不同，分為全主動式和慢全主動式；而根據驅動機構和介質的不同，可分為電磁閥驅動的油氣主動式懸架和由步進電動機驅動的空氣主動式懸架。無級半主動懸架可以根據路面的行駛狀態(tài)和車身的響應對懸架阻尼力進行控制，并5在幾毫秒內由最小到最大，使車身的振動響應始終被控制在某個范圍內。但在轉向、起步、制動等工況時不能對阻尼力實施有效的控制。它比全主動式懸架優(yōu)越的地方是不需要外加動力源，消耗的能量很小，成本較低。主動式懸架是一種能供給和控制動力源的裝置。根據各種傳感器檢測到的汽車載荷、路面狀況、行駛速度、起動、制動、轉向等狀況的變化，自動調整懸架的剛度、阻尼力以及車身高度等。它能顯著提高汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性。6第 2 章 電控懸架系統(tǒng)的組成 電控懸架系統(tǒng)的功能裝備電子控制主動懸架系統(tǒng)的汽車能夠根據本身的負載情況、行駛狀態(tài)和路面情況等，主動地調節(jié)包括懸架系統(tǒng)的阻尼力、汽車車身高度﹑行駛姿勢、彈性元件的剛度在內的多項參數。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，通過改變彈簧的空氣壓力或油液壓力的方式來調節(jié)彈簧的剛度，使汽車的相關性能始終處于最佳狀態(tài)。由于減振器的阻尼力對汽車乘坐的舒適性和安全性有較大的影響，所以目前可調節(jié)阻尼力的減振器應用十分普遍。這種減振器可以實現以下控制目標：（1）防止車尾下蹲控制 汽車在急速起步或加速時，在慣性力和驅動力的作用下，汽車尾部的下蹲控制到最小程度，以保持車身的穩(wěn)定。（2）防止汽車點頭控制汽車在高速行駛采取緊急制動時，由于慣性力和車輪與地面之間的附著力的作用，促使車頭下沉。防止汽車點頭控制就是要使這種點頭現象減小到最小程度。（3）防止汽車側傾控制汽車在轉彎時，由于離心力的作用，使汽車與車身的外側下沉，轉彎結束時，會產生車身外側的恢復，造成汽車橫向擺動。防止汽車側傾控制就是使這種現象控制到最佳狀態(tài)。（4）防止汽車縱向搖動控制 汽車的縱向搖動一方面是由于汽車在換擋過程中，驅動車輪上的驅動力在短時間內發(fā)生較大變化使汽車縱向搖動；另一方面是由于汽車在不平整的道路上行駛時，汽車的車速與路面的波動產生共振，或受路面的影響，造成車身縱向搖動。防止汽車縱向搖動控制就是使車身的這種狀態(tài)得到最佳的控制。 影響汽車乘坐的舒適性和行駛的安全性的另一個主要因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度和對路況及車速的感應程度。目7前，中、高檔汽車傾向于利用可調剛度的空氣彈簧或油氣彈簧，通過調節(jié)這些元件的空氣壓力的辦法來調整彈性元件的剛度。通過調節(jié)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具有不同組合，就可進行車身高度和姿勢的調節(jié)。如使用空氣彈簧的懸架，當乘員人數和載物較重使車身下沉時，通過加大空氣彈簧氣壓的辦法，使車身恢復到正常高度；當汽車高速行駛時為了提高汽車行駛的安全性，減少空氣阻力，可適當減少空氣彈簧的氣壓，同時減少因減振器的阻尼力使車身降低的高度等。 電控懸架系統(tǒng)的主要組成部分目前，電控空氣懸架在高級轎車、客車上應用較為廣泛，主要由傳感器(轉向傳感器、車身高度傳感器、車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感、加速度傳感器)、電控懸架 ECU 和執(zhí)行器(壓縮機控制繼電器、空氣壓縮機排氣閥、空氣彈簧進/排氣電磁控制閥、模式控制繼電器)等組成,如圖 所示。系統(tǒng)根據懸架車身高度、車速、轉向和制動等傳感信號，由 ECU 控制電磁式或步進電機執(zhí)行器，改變懸架的特性，以適應各種復雜的行駛工況對懸架特性的不同要求。圖 電控主動懸架的系統(tǒng)原理圖 傳感器 轉向傳感器裝在轉向柱上，用來檢測轉向時的轉向角度和汽車轉彎的方向，并將這些信息提供給 ECU ，以在轉彎時提高汽車操縱穩(wěn)定性，防止出現側傾. 轉向傳感然由一個帶孔圓盤和兩個光電傳感器組成，其外形和工作原理如圖 所示。8圖 光電式轉角傳感器的安裝位置和結構 開有 20 個孔的遮光盤隨轉向軸一起轉動，遮光盤的兩側為由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成的信號發(fā)生器，它們兩者之間的光線變化隨著遮光盤遮擋或通過轉換成“通”或“斷”信號。當操縱方向盤時，遮光盤隨著一起轉動而引起發(fā)光二極管發(fā)出的光線“通”或“斷”信號，這種信號是與方向盤轉動成正比的數字信號。傳感器信號發(fā)生器以兩個為一組，相位錯開半齒套裝在遮光盤上。ECU 通過判斷兩個光電傳感器信號的相位差可以判斷轉彎方向，如圖 所示。汽車直線行駛時，信號 S1處于通斷的中間位置(高電平，斷狀態(tài))，轉向時，根據信號 S1和下降沿處信號 S2的狀態(tài)，即可判斷出轉動的方向。當信號 S1由斷狀態(tài)變?yōu)橥顟B(tài)(低電平)時，如果信號 S2為通狀態(tài)，則為左轉向；如果信號S2為斷狀態(tài)，則為右轉向。根據兩信號發(fā)生都輸出端通、斷變換的速率，即可檢測出轉向軸的轉動速率。通過計數器統(tǒng)計通、斷變換的次數，即可檢測出轉向軸的轉角。圖 光電式轉角傳感器電路及輸出信號車身高度傳感器通過監(jiān)測車身與懸架擺臂之間的距離變化，可以檢測汽車高度和因道路不平坦而引起的懸架位移量，如圖 所示。車身高度傳感器有磁性滑閥式、霍爾式和光電式三種形式，其中光電式車身高度傳感器應用較多，通常安裝于車身上，并通過轉軸、連桿與懸架臂相連接，而連桿隨著汽車高度的變化而上下擺動。不同車高時，由于開口圓盤位置的變化而使光電傳感器發(fā)出的光線通或斷。9 軸式車高傳感器結構 與光電式轉角傳感器類似，光電式車身高度傳感器在隨軸轉動的開口圓盤上刻有一定數量的窄縫，信號發(fā)生器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，以 4 個為一組，覆蓋了開口圓盤，如圖 所示。開口圓盤位于發(fā)光二極管與光敏管之間，轉動開口圓盤，發(fā)光二極管發(fā)出的光不斷被開口圓盤擋住，信號發(fā)生器的光敏管輸出端出現電平高低的變化。圖 車高傳感器的工作原理 ECU 接受到電平信號的變化，可檢測出開口圓盤的轉動角度。當車身高度發(fā)生變化時(汽車載荷發(fā)生變化)，導桿隨擺管上下擺動，從而通過軸驅動遮光盤轉動，信號發(fā)生器的輸出信號隨之進行通(ON)、斷(OFF)變換。電控懸架系統(tǒng)的 ECU 是根據各個信號發(fā)生器通斷狀態(tài)的不同組合來判斷車高狀態(tài)的。車速傳感器安裝在變速器上，由變速器齒輪通過轉出軸驅動，車速傳感器信號經儀表轉換后送至懸架 ECU，該信號與轉向傳感器信號一起用來計算車身側傾程度。節(jié)氣門位置傳感器安裝在發(fā)動機的節(jié)氣門體上，檢測節(jié)氣門的開啟角度和開啟速度，間接獲取汽車加速度信號，ECU 利用此信號作為汽車車身后仰控制的一個工作狀態(tài)參數。在車輪打滑時，不能以轉向角和汽車車速正確判斷車身側向力的大小。為直接測出10車身橫向加速度和縱向加速度，有時在汽車的四角安裝加速度傳感器。常用的加速度傳感器主要有差動變壓器式和滾球式兩種。差動變壓器式加速度傳感器工作原理如圖 所示。激磁氣圈(1 次線圈)通以交流電，當汽車轉彎(或加、減速)行駛時，芯桿在汽車橫向力(或縱向力)的作用下產生位移，隨著芯桿位置的變化，檢測線圈(2 次線圈)的輸出電壓發(fā)生變化。所以，檢測線圈(2 次線圈)的輸出電壓與汽車橫向力(或縱向力)一一對應，反應了汽車橫向力(或縱向力)的大小，懸架系統(tǒng)電子控制裝置根據此輸入信號即可正確判斷汽車橫向力(或縱向力)的大小，對汽車車身姿勢進行控制。 輸出電壓位移2345圖 差動變壓器式加速度傳感器工作原理 次線圈 次線圈 鋼球位移式加速度傳感器的結構如圖 所示。根據所檢測的力(橫向力、縱向力或垂直力)不同，加速度傳感器的安裝方向也不一樣。如汽車轉彎行駛時，鋼球在汽車橫向力的作用下產生位移，隨著鋼球位置的變化，磁場發(fā)生變化，造成線圈的輸出電壓發(fā)生變化，所以，懸架系統(tǒng)電子控制裝置根據線圈的輸出信號即可正確判斷汽車橫向力的大小，對汽車車身姿勢進行控制。圖 鋼球位移式加速度傳感器 用于向懸架電子控制器提供制動信息，控制器根據制動開關所提供的階躍信號，并11參考車速信號對相關懸架的剛度進行調整，以抑制車身“點頭” 。制動開關有制動燈開關和制動液壓開關兩種形式。車門開關是為了防止行駛過程中車門未關而設置的。模式選擇開關用于選擇懸架的“軟” 、 “中” 、 “硬”狀態(tài)。ECU 檢測到該開關的狀態(tài)后，操縱懸架執(zhí)行機構，從而改變懸架的彈簧剛度和阻尼系數。 執(zhí)行器不同類型的電控懸架系統(tǒng)具有不同的執(zhí)行機構，空氣懸架的執(zhí)行器為空氣彈簧控制閥；油氣懸架的執(zhí)行器為油氣彈簧壓力控制閥；變阻尼半主動懸架可采用電動式、電磁式或磁流變式可調阻尼減振器作為執(zhí)行器。如圖 為一種空氣彈簧用控制車身高度的控制閥，它由芯桿、電磁線圈和柱塞等組成。當對電磁線圈通電，在電磁力的作用下芯桿推動柱塞移動。關閉空氣通路，形成ON/OFF 動作。圖 空氣彈簧控制閥 如圖 為一種油氣彈簧用壓力控制閥。當對電磁線圈通以電流時，電磁線圈產生正比于此電流的電磁力，電磁力推動閥桿移動。當閥桿的推力輸出壓力相等時，閥桿停止移動，這樣，可以產生與電流大小成正比的油壓力。12圖 直動型比