机电液一体化的应用

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1、山东华宇工学院2020届本科生毕业论文第一章 绪论1.1 机电液一体化技术在汽车中的应用现状分析机电液一体化技术是机械控制、液压控制技术和电控相结合，它融合了机械、液压、传感器检测、计算机自动控制等多门现代技术的基础上发展起来的一门新兴的科学。在汽车方面的应用主要包括汽车安全控制、电子控制、行驶系控制、汽车稳定性控制以及汽车特定的电子传感器，对汽车运行实时监控。例如，传感器可以同步监测发动机冷却系统、润滑系统、汽车操控系统、汽车减震装置、转向系统等压强、流量等参数。电子控制传感器技术和计算机监控技术将对汽车的报警信号进行分析，并利用微电子控制器对汽车各系统的继电器、电磁开关和阀门的故障进行了检

2、测和诊断，并对故障代码进行了分析。机电液一体化技术在汽车上的应用，不仅可以实现车辆安全性的增强，提高汽车的高效性，而且可以达到功率与能耗的最佳匹配，使得汽车更加人性化之外，也使得汽车维修人员维修缩短工作时间，提高工作效率，进而提高汽车性能和质量。1.2 机电液一体化技术发展现状早在上世纪90年代，某些汽车工业发达的国家在机电液一体化技术方面已经拥有了都有自己独特的电子产品，如美国的德科公司、德国的BOSCH公司等大型的汽车电子产品研发生产公司在机电液一体化技术上都拥有自己的核心技术，无论是产量上的优势还是价格和品质方面都远远的超过了一般汽车研发公司的发展，作为汽车行业的领跑者带动汽车行业的发展

3、，随着科学理论研究的不断深入和电子技术的发展，机电液一体化技术得到了很大的发展，并开始作为选装件安装在一些中高档轿车上。近20年来，随着微机和电液控制技术的迅速发展，日本和欧美国家高度重视其在汽车中的应用，开发出适用于汽车各系统的机电液一体化系统。1我国机电液系统的发展比较早，但汽车机电液控制的研究还处在起步阶段，虽然我国各个汽车研究所就早在20世纪70年代就开始采用全液压机控制技术，但由于我国自主创新能力的落后和国外关键技术的限制，在发展程度上,与发达国家仍存在一定的差距。现阶段只有少数学者从事控制方法的研究，而且由于缺少试验条件，研究还不十分深入，现在吉林大学、清华大学、上海交大、西北工大

4、等高校和中国重汽集团、上海大众汽车制造公司等企业也在开展相关的研究工作。24第二章 机电液一体化技术在发动机控制中的应用随着中国制造2025的到来，汽车技术的更新突飞猛进，与此同时，人们对汽车的环保性等方面的要求又提升了一个档次。发动机是汽车的动力源，不仅能把其它形式的能转化为机械能，还提供“血液”带动整个汽车正常运行。为了使汽车能够兼顾高、低速和大、小负荷工作状况，气门开启相位的大小以及进排气门升程和气门开启持续角度的改变，可变气门控制技术由此发展起来。2.1 发动机可变气门正时技术发动机可变气门正时技术(VVT, Variable Valve Timing)，又被称为连续可变气门正时系统，

5、是用于现代轿车上的新技术中的一种，通过系统本身配备的控制和执行系统，对发动机凸轮的相位或者气门升程进行调节，以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到提高，从而达到优化发动机配气过程的目的。随着相关技术的进步，结构简单、成本低廉、性能优越的 VVT 技术成为发展最全面、可靠性最高、应用最为广泛的可变气门技术之一。VVT系统主要由可变凸轮轴相位调节器（VCT）和OCV机油控制阀组成。辅助零件包括各个部位的传感器，ECU，凸轮轴信号轮，曲轴信号盘，止回阀等组成，如图2.1。图2.1 可变气门正时的基本组成调相器是最终调节气门正时的执行机构，调相器每个油腔都含有气门正时提前室和气门正

6、时滞后室，两个液压室位于凸轮轴链轮支承壳与凸轮轴转子之间，转子连接着凸轮轴。机油泵为调相器的两室提供机油，发动机电子控制单元根据发动机转速判定占空比信号并传入OCV机油控制阀，由机油控制阀(OCV阀)控制两室的液压水平，按照发动机运行条件调整凸轮轴链轮以及转子的相对相位，而由于转子连接着凸轮轴，故连带着调节气门的相位，以获得最优配气效果。图2.2 可变气门正时基本工作原理根据可变气门技术现在的发展状况，实现途径、可变方式以及相对优劣势可分为两类：基于凸轮轴驱动可变气门机构和无凸轮轴驱动的可变气门机构。图2.3 可变气门机构分类示意图 凸轮轴驱动的可变气门机构主要包括可变凸轮型线，可变凸轮相位以

7、及可变凸轮从动件；而无凸轮驱动的可变气门机构主要包括无凸轮电磁式，无轮电液式以及无凸轮电气式。凸轮驱动式机构成熟，但功能比较简单，无凸轮驱动式的气门运动参数灵魂可调，但存在响应性、气门落座冲击大、噪音大等问题。由于单一的凸轮驱动式和无凸轮驱动式可变气门机构都存在一定的限制和缺点，智能可变气门正时系统VVT-i得到了发展。2.1.1 发动机可变气门升程技术发动机可变气门升降技术，借助气门开度控制，将提高发动机的性能. 如果发动机在运行，阀门相对较远，会增加进气阀的横切面积，从而降低阀门的进气阻力，增强启动阀的进气平整度，在缓慢行驶过程中，如果汽车的进气量不能满足进气负荷压力的要求，就会产生降低牵

8、引力和不稳定运行的影响。为了解决这些问题，确保阀门开度增加，确保氧气能低速自动进入燃烧室，使燃料在其中充分燃烧。因此，发动机可变阀提升技术可以实现对阀门开度的控制，通过与阀门定时的联合使用，可以实现对阀门开度时间和程度的控制，保证燃料的燃烧效率，促进真正的可变阀得以实现。22.2 智能可变气门正时智能可变气门正时（Variable Valve Timing-intelligent）系统可连续调节气门正时，它通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，根据发动机转速的变化，使凸轮轴成角度转动，使进气阀或排气阀的开启时间提前或延迟，使发动机的配气相位在一定范围内发生变化。这项技术通过改进得到了广泛的应用，

9、在丰田汽车上应用的尤为广泛。3图2.4 丰田卡罗拉汽车双WT-i结构示意图丰田卡罗拉汽车双VVT-i系统主要由传感器、发动机ECM和凸轮轴正时的机油控制阀 以及VVT的执行器四部分组成，如图2.4所示。传感器：主要有曲轴位置传感器，空气流量计，节气门位置传感器以及进、排气侧VVT传感器，水温传感器，转速传感器等。传感器的功能是主要负责收集发动机负荷并反馈给电控制单元。电子控制单元ECM：ECM存储最佳阀门定时参数，采集传感器搜集到的信息并与预定的参数值进行核对计算，继而发出指令控制凸轮定时液压控制阀。凸轮轴正时机油控制阀 (OCV) ：根据发动机ECM的占空比（指某一连续工作时间内，脉冲占用时

10、间与总时间的比值）控制指令控制滑阀位置，从而控制凸轮正时油流方向和大小，再由VVT-i控制器提前工作腔或延迟工作腔。滑阀运动量的多少取决于ECM发出的占空比指令。VVT-i执行器:卡罗拉汽车采用叶片式控制器。叶轮与凸轮轴固定连接，控制器的壳体与叶轮之间存在某种相对运动。而这种相对运动由阀门工作腔和延迟工作腔的体积决定的，因此体积的变化导致叶轮与控制器壳体之间相对角度的变化，从而使得阀门的匹配相位也发生了变化。2.2.1 智能可变气门正时工作原理气门正时提前：根据ECU计算机发出的超前控制信号，在对正时施加油压时，使侧叶室先进，使凸轮轴向正方向旋转。气门正时滞后：电磁阀柱塞向右侧移动，左油道回油

11、的同时右油道与油压相通。油压推动叶片在凸轮轴旋转的相反方向运动，使得阀门开度提前角减小。气门正时保持：发动机ECU根据工作条件计算预定的定时角。设定预定正时后，凸轮轴正时油控制阀处于空间位置，保持阀门正时到运动状态变化，从而改变阀门正时。42.2.2 智能可变气门正时的优势分析气门定时上的连续可变，让发动机在各工况下都能得到最合适的进气提前角，发动机的功率和扭矩输出将更加稳定。从而优化了发动机的经济性,、动力性,、环保性，使发动机性能更优越。同时，可变气门正时技术的采用让发动机在低转速时能增加扭力输出, 极大的增强驾驶的操纵灵活性。最重要的是可变气门正时的技术并不复杂，对发动机的工作强度也没有

12、更高的要求，在制造工艺上的要求也不会比常规发动机高太多，所以制造成本经济。可以预见，汽车未来的发展方向应该是机械控制自动化和操作智能化。目前的汽车发动机已完全由化油器燃料提供改装成更智能的电控燃油喷射系统。这种系统设计可以有效控制发动机的进气阻力。同时，由于其良好的进气性能，激励的动态表现有了显著提高。此外，电控技术的精确控制可以确保发动机气缸内的气体可以充分燃烧，对提高汽车的动力性能非常重要。第三章 机电液一体化技术在汽车转向系统的应用汽车转向系与汽车操纵稳定性的状况有直接的联系，1885年，伴随着世界上第一辆真正意义上的汽车的问世，机械式的转向系统也正式开始应用于汽车。经过一个多世纪的发展

13、，汽车工业在经历了跌宕起伏的一百多年后也日渐成熟。然而，随着汽车的社会生活化，人们对于汽车转向系统的要求也日益提高。转向系统的性能极大的影响了驾驶员的舒适程度并影响驾驶员的疲劳感。人们驾驶要求的提高推动着汽车行业的发展。至今汽车转向系统已经发展了五代：机械传动系统、液压助力转向、电控液压助力转向、电动助力转向以及线控转向。目前汽车转向系统正处在液压助力转向系统、电液助力转向系统向电动助力转向系统发展的过渡阶段。下面是汽车转向系统的发展概述。图3.1 转向系统分类3.1 液压助力转向系统液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering System，HPS)1951 年用于轿车

14、转向系统，也标志着车辆转向系统由机械转向正式进入动力转向时代。5由油泵、V 形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀等组成。在纯机械式作用前提下增加一个液压助力系统，转向液压泵安装在汽车发动机上，曲轴由皮带驱动并将液压油输出。转向油杯的进出油管接头，分别通过油管与转向液压泵和转向控制阀连接，通过液压泵的压力油产生的动力推动机械转向器工作，从而达到转向控制的目的。图3.2 液压助力转向系统由于系统的压力较大, 结构相对紧凑，节约一部分驾驶室空间, 使装置更简单, 液压动力转向系统由于液压的作用，减少转向对驾驶员自身强度和相应扭矩的依赖性，同时使转向操纵的力度大大缩小, 增强转向的灵活程度，减轻了

15、驾驶员的劳动负担，一定程度上解决了传统械转向系统由于传动比固定而造成的转向“轻便” 与“灵敏”之间的矛盾。在液压助力的不断研究和探索下，发现了通过改进液压和阀门的特性，可以有效地提高液压助力的性能。图3.3 阀特性曲线的两种表现静态特性曲线表现出中间变平，两端变陡的趋势，表明转向设备出中间位置时驾驶员会获得较强的路感，双静特性曲线是由液压动力转向器为保持汽车高速或低速时的静态特性而产生的一种曲线。当车辆达到一定速度，液压动力转向器的曲线中间部分将逐渐变宽，车辆完成了从低速到高速的曲线过渡，也保证车辆的静态特性。根据转向器的种类不同，液压助力转向又可分为两类，分别为齿轮齿条式转向系统和循环球式转

16、向系统。如图3.4和图3.5所示，循环球式转向器负载承受能力大，寿命长，传递效率高，但结构复杂，成本高，主要用于中型和重型车辆。齿轮齿条式转向器重量轻，结构简单，但承载能力较差，主要应用于轿车、商务车等轻型车辆。图3.4 循环球式转向器 图3.5 齿轮齿条式转向器但任何系统在尤其优点的同时，也一定存在自身的缺陷。转向助力特性不能调节与最初系统设计有关，当助力系统的重要参数都确定了，包括阀结构，油液粘度等，使得汽车无论高速还是低速运行时的助力特性都一致。在低速转向需要较大助力时，却往往由于发动机转速较低而使得助力效果的劣势明显，而在高速转向需要较小助力时，又因发动机转速高而使得助力作用大，导致转

17、向过于灵敏，汽车的操纵稳定性、安全性变差。第二，无论汽车转向或不转向，只要发动机工作，液压助力油泵就会在发动机带动下运转，额外了消耗发动机的能量，使得经济性大大下降的同时，对环境造成污染。3.2 电动液压助力转向系统 由于液压助力转向系统不能满足人们对汽车操纵的满意度，使得车辆专家们孜孜不倦地开发着更为先进的转向系统。电动液压助力转向系统（Electro-hydraulic Power Steering EHPS）除了传统液压助力转向系统拥有的零部件以外，还增加了ECU控制单元、车速传感器、转向角速度传感器以及向控制单元等电控装置。如图3.6所示。图3.6 EHPS 系统当车辆转向时，系统的电

18、控单元可以根据驱动速度信号，方向盘角度信号等综合计算来调节电机的电流和电压，从而控制电机的速度，驱动油泵提供舵机所需的压力油6如图3.7所示。无论汽车运行高速还是低速，都可以自动根据运行速度逐步调节助力, 增大路感, 提高车辆行驶稳定性和主动安全性。与此同时，采用电动机驱动油泵还可以节省能量，燃油消耗率的增加量相较于 HPS 系统的更少，更环保，更绿色。而且液压系统输出功率可以远大于直流电机的输出功率，不但适用于小型车辆，也适用于中大型车辆。图3.7 EHPS系统控制原理图虽然电液助力转向系统克服了变助力特性的难题，但液压装置的存在仍然使其有难以克服的缺点，比如存在渗油的可能性、不便于安装维修

19、等。同时该系统在液压助力系统基础上又增加了电子控制装置，系统结构复杂，成本增加。随着科技的进步和人们需求的提高，汽车助力系统仍会不断的进步和发展。机电一体化技术促进了汽车转向性能的提高，电子控制系统使汽车底盘的发动机性能和安全性能得到了改善，在推广方面取得了重大进展，其对驾驶员的舒适性和操纵性也有了很大的提高。越来越多的汽车科研机构在汽车控制系统的设计上大做文章，主要集中在传感器性能的提高、微处理器运算能力的提高、液压控制系统的响应速度、故障自检测能力等方面。第五章 机电液一体化技术在汽车变速器的应用5.1 自动变速器类型自动变速箱是相对于手动变速箱而出现的，在汽车行驶过程中能够根据汽车车速和

20、发动机转速自动进行换挡操纵的变速器。常见的汽车自动变速箱有四类，液力自动变速箱(AT)、机械无级自动变速箱(CVT)、电控机械自动变速箱(AMT)和双离合自动变速箱。表5.1 几种变速器比较在表5.1中，变速器的各种性能就可以通过被我们显而易见的看出来，从传动传动驱动性能来看，研发技术难点和制造价格来看，电控机械自动变速箱在传统机械变速器的基础上发展起来的 它结构简单，制造成本低，传输效率高。然而，由于换挡过程中电源中断，车辆的功率和舒适性降低，所以被用在低档次汽车和中、重型汽车上。双离合器自动变速器继承了AMT高传动效率、紧凑的安装空间、质量、数量轻、价格低廉的优点，在换挡过程中持续传递动力

21、，使车辆加速度性能好、乘坐舒适性提高、燃油经济和低排放量等优势。11 接下来将分析各类型变速器的运行原理和优缺点。5.1.1 液力自动变速箱(AT)液力自动变速箱(AutomaticTransmission AT）由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，换挡过程多是通过自动变速器电子控制单元控制液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，具有传递扭矩和离合的作用。图5.1 电子控制式自动变速器控制原理AT有自己的特点，由于发展时间长，AT变速箱技术十分成熟，能承受较大的扭矩，它不需要离合器换档，档位少变化大，连接平稳，不仅提高了驾驶的舒适性和流畅性，而

22、且操作简便，既给驾驶者带来方便，也给乘客带来舒适。更重要的是AT变速箱的稳定性十分强悍，故障率极低，只需要定期更换机油就能达到意想不到的结果。越来越多的新型自动变速器问世的同时，也带来的不少的问题，第一对速度变化反应不够敏感；第二是费油不经济，造成了不必要的浪费和污染；第三是传动效率低变矩范围有限，且机构复杂，修理困难。在设计制造方面，变速箱的研发成本也一直居高不下，包括各个变速箱研发企业通过一层又一层的专利保护所筑起的技术性企业壁垒，对于后来的企业将是无法逾越的鸿沟。5.1.2 电控机械自动变速箱(AMT)电控机械自动变速箱(AMT)是在传统的手动齿轮式变速器的基础上进行升级优化后得来的，在

23、传动结构基本不变的情况下，加装微机控制的自动操纵系统以替代人工来实现换挡的自动化。主要结构包括自动离合器、自动变速操纵系统、齿轮传动机构。图5.2 电控机械自动变速箱控制原理马达组成或由阀自动化；可吸收冲击和过载，传动效率较高，寿命长，可提高整车的燃油经济性和绿色性；但在加工制造时，制造精度要求高，对普通企业来讲难度大，价格贵；以及CVT 变速器运行过程中可能出现高噪声、打滑效应，和漏油，使得无级变速在将来还有很大改进空间。比如随着微电子技术、传感器技术和电子化与CVT的融合，将使得汽车传动比、运行速度等实现更快、更精确的控制，若CVT承担带有飞轮储能的角色，汽车油耗会减少，排放也随之降低。目

24、前，CVT尚未取代AT在国内汽车市场大规模使用.然而，随着CVT技术在国际舞台上的不断发展和进步，世界各大汽车制造商相继推出了配备CVT的汽车，如下一代福特福克斯(Ford Focus)、沃尔沃S40和S50、马自达(Mazda 3)等，采用VDT钢带推出了CVT，从CVT可以看出这是当今汽车发展的主要趋势。135.1.4 双离合自动变速箱双离合变速箱（Dual ClutchTransmission，别称双离合变速器，简称DCT、DSG）结构与手动变速箱类似，它有着液压自动变速箱和电控机械自动变速箱的优点和动力换挡的优点，以优异的换挡质量和动力性能，经济性拔得头筹，两组离合器分别负责双档或换挡

25、，达到无间隙换挡的效果。由于换挡更直接，功率损耗更小，因此在减小排放污染的同时也可以降低其油耗。两个离合器以手动传动为基础，配有电控系统和液压驱动系统，除了具有低成本、高效率、结构紧凑等优点外，还具有省油、舒适、动力性好等特点。但缺点也很突出，在可连续输出功率的同时，由于电子元器件的大量使用，导致其失效概率大。在图5.4中双离合液力变矩器的传动系统的组成可以被我们清楚的看到，主要是由机械传动部分和液力传动两大部分构成。双离合器钢片、摩擦片、主从动压盘、活塞以及回位弹簧组成了机械传动装置，而泵轮、涡轮、导轮和变矩器的壳体组成了液力传动装置。图5.4 双离合液力变矩器自动变速器结构图1-变速器 2

26、-液力传动装置 3-机械传动装置图5.5 干式离合器与湿式离合器的性能比较由于工作过程和基本的结构方面的不同，双离合变速器分为两种，但干式双离合器与湿式双离合器变速器没有本质区别，仅仅是双离合器摩擦片的冷却方式有所不同。两套离合器盘在密封油箱中通过浸泡离合器盘的油来吸收热量，这是湿式双离合器。而干式双离合器的摩擦片需要通过空气冷却来把热量消散。图5.5可表明，湿式离合器适合被安置在赛车、越野车重型机械上，不仅是因为这些车型不仅需要发动机输出的转矩和功率大，而且对离合器的抗磨损性能和散热性能也要求较高。而干式离合器由于散热性能略差和对发动机的输出功率要求较小，常常被应用于中高端汽车、中小型卡车和

27、客车中。14加工简单、成本低，生产周期短。除此之外，干式离合器还有以下优缺点，详见图5.6。图5.6 干式离合器的优缺点虽然湿式离合器在操作过程中也会产生严重的摩擦，但由于主动压盘与驱动压盘之间存在自动变速油(ATF)，在自动变速油的作用下，离合器的主动压盘与驱动压盘之间的摩擦产生的热量大大降低。 与此同时，ATF也起润滑作用，降低了主从动压盘之间的严重磨损。此外，AT还具有冷却的作用，在不间断的降温下，也使得离合器的使用寿命的延长。15这是机电液一体化技术在汽车上的又一次革新和应用，不仅如此，湿式离合器具有以下优点，详见图5.7。图5.7 湿式离合器的优缺点相比较而言，在DCT中使用湿式离合

28、器更具有优势，它的传递扭矩大，可以通过增加摩擦片数来提高摩擦扭矩；结构布置方便，摩擦片磨损均匀，使用中不用时需特别调整摩擦间隙；可更便捷的通过控制湿式离合器的工作压力控制其转矩传递，从而实现对功率传递的转矩控制。CVT具有良好的换挡平稳性和舒适性，精简的机械结构和较低的制造成本符合日本汽车公司追求舒适的家用汽车概念，因此，它被广泛安装在中小型汽车上，如：Honda Civic, Nissan Bluebird, Toyota Ralink等。此外，CVT可以保持在发动机最大功率范围内的转速范围内，具有良好的中、后加速能力。早期的金属带无级变速器经不起大扭矩，受到质疑，但随着技术的进步，无级变速

29、器的可靠性已成为质的飞跃，在一些高端车型上，如：奥迪A6(FSI)，日产Teana 2.0T版本。第六章 机电液一体化技术在电控悬架中的应用电控悬架系统可以通过电控单元(ECU)根据车身高度，速度，转向角和速度，制动等信号对悬架执行器进行控制，使悬架系统的刚度，减振器的阻尼力和车身高度发生变化，使车辆具有良好的舒适性并可以控制稳定性和通过性。被动悬架其优点在于价格成本低的同时也具有良好的可靠性。常被用于低端车上，采用线性控制技术，主要包括刚性弹簧和液压减振器，刚性弹簧起连接和引导任务，振动能量主要由液压油在液压减振器中通过阀芯流动产生的阻尼力吸收。技术相对成熟，造价比较低；但弊端是一旦确定了相

30、关参数之后，不能满足大多数工况下的乘坐舒适性和操纵性要求，从而直接影响车辆运行的整体性能。进而，主动悬架的出现和发展逐渐代替了被动悬架系统。它能够根据路面以及车辆情况，主动、自适应的产生力来控制车身的减振，把平稳性和操作性结合起来。主动悬架系统包含传感器，电控单元和执行器。传感器能够以电信号的形式将速度和体高传回电子控制单元，进行快速、精确的反应，通过对电子控制单元的逻辑分析，通过微机独立控制每一只车轮上的执行元件，控制减振器内油压的变化而保证汽车能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的运动。6.1 电控空气式悬架系统电控空气悬架能对车辆的行驶状态，车身负荷，路面状况等做出反应，对车身高度、倾斜

31、度、弹性部件刚度和悬挂系统的力等参数做了很好的调整。汽车的性能由电子悬架系统中特殊的气压结构控制，其中路面传递的短波、长波振动很大程度上在空气弹簧与减震器上削弱13 与电控液压悬挂系统相比，空气悬挂系统更昂贵，维护更困难。6.1.1 控制阻尼力空气悬架系统通过采集转向角度传感器、速度传感器和车身高度传感器等信号，通过悬架ECU计算和处理后，控制执行器的动作，从而调节减震器的阻尼力。当发生快速加速、紧急制动和急弯时，车辆可以抑制后向点头和侧翻，提高车身的稳定性能。6.1.2 调节弹性刚度通过改变减振器的弹性系数来调节减振器的刚度，使车辆能够根据需要自由选择模式。6.1.3调节车身高度当车身离地面

32、过低，驾驶时底盘容易碰撞；若离地面太高，由于重心的上移，会导致驾驶时会感到非常颠簸。 电控悬架可在各种工况下通过控制高度控制阀、排气阀和空气压缩机使其自动压缩或拉长空气弹簧，从而控制离地间隙，保持身体高度控制在一个合理的范围。当汽车在路况较差的道路上行驶时，提高车身高度，从而改善了汽车的通过；当高速行驶时，使得车身高度降低，减少空气阻力，以提高操作的稳定性；当点火开关关闭时，由于乘客和行李的减少，身体的高度降低，以保持稳定的驻车状态。6.2 电控主动式液压悬架系统电控主动液压悬挂系统的控制形式更加先进，其结构通过液压控制传递能量，控制机体平衡，抵抗来自路面的冲击力。它可以使车辆弹簧状，保证车辆

33、具有良好的控制稳定性。电子控制液压式主动悬架系统由动力源、压力控制阀、液压缸、传感器、控制器（悬架控制ECU）等组成。图6.1 汽车悬架系统工作原理图液压泵作为动力源提供压力油，为每个车轮的液压缸供应，使其独立工作。当汽车转向时发生姿态变化，汽车外轮液压缸的油压上升，内轮液压缸的油压降低，油压信号发送给ECU，ECU根据该信号控制车身倾度。由于车身装有上下、左右、前后、车辆高度等高精度加速度传感器，这些传感器信号被送入ECU，经分析后，调整油压，使汽车转向稳定，当车辆紧急制动，液压控制系统也会通过传来的信号控制相应液压缸的油压，急加速或行驶在不良路面时，车身姿态变化最小化。6.2.1 悬架阻尼

34、调节机构的组成液压主动悬架的阻尼调节机构是非常重要的组成部分，阻尼的控制是根据车辆负荷，行驶状态和路面情况以及控制节流阀减振孔的横截面，进而使油执行器控制阻尼力的变化。一般来说，高速汽车最好有一个相对较高的阻尼力，这样身体姿态的变化控制就会更容易。 然而，对于在城市道路上行驶的汽车，人们普遍希望汽车具有较低的阻尼力，这将使它们更加稳定和舒适。阻尼调节机构由电动控制装置，动力源，电液伺服阀，电磁换向阀，节流阀，油液执行机构（液压缸）等组成. 控制系统传感器包括：速度传感器、油门开度传感器、方向盘角度传感器、车身和悬架加速度传感器；制动压力传感器等。它们分别为控制装置(ECU)提供速度、加速条件、

35、方向盘角度和速度、运动状态和制动信号，ECU通过电磁控制节流阀改变阻尼力以满足驱动需要。图6.2 可调阻尼减震器如图6.2所示，ECU根据汽车的行驶状况，在直流电机和电磁线圈上施加不同的强度电流，调节电动机1依靠下小齿轮带动扇形齿轮转动，电磁线圈控制的挡块下端伸入扇形齿轮的内，用来限制扇形齿轮的限位角度，从而确定与扇形齿轮相连的阀杆位置，阀杆控制阀芯2转动可在节流阀阀孔3上获得不同的阻尼，使控制具有关闭、小开和大开三个位置，并产生三个阻尼值。6.2.2 悬架阻尼调节机构控制过程图6.3 扇形齿轮旋转方向和位置ECU根据传感器和控制开关信号将阻尼显示为“中等”，控制单元发出信号指示，步进电机逆时

36、针运转的同时小齿轮带动扇形齿轮顺时针旋转。当扇齿轮的一侧凹槽碰撞到块时，此时的角度旋转为60，如图6.3（a）所示，齿轮转动将驱动节流阀阀杆与阀芯转动，阀芯阻尼孔也转动60，打开阻尼孔三分之一的横截面积，液压缸的流量节流阀流速达到“中等”程度，液压缸可缓慢伸缩，阻尼力处于“中等”情况。而当ECU得到阻尼表现为“坚硬”情况时，则指令电机逆向运转，直到扇形齿轮凹槽的另一边靠在挡块上，如图6.3（c）此时，扇形齿轮带动阀杆和阀芯转动，阻尼孔完全关闭，液压缸油液不能流动，从而让阻尼处于“坚硬”情况。当阻尼表现为柔软时，从“中等”的极限位置逆时针旋转60，从“坚硬”的极限位置顺时针旋转90，如图6.3（

37、b）接通电流后的电磁线圈产生吸力将挡块吸出，挡块进入扇形凹槽内，同时，扇形齿轮带动阀杆、阀芯转动，阀芯上的阻尼孔全部打开，液压缸内的油液很快流回油箱，液压缸很快伸缩，使阻尼处于“柔软”状态。16阻尼力越大，减振速度越快，但冲击载荷也会越大地传递到车身上，不仅是对乘坐舒适性有影响，过大的阻尼力可能导致液压缸连接部件和车身（框架）疲劳损坏。相比较而言，电控主动液压悬架不如电控主动空气悬架舒适，因为它仍然是基于传统的悬架基础，只是为了调节车身的高度和减震器的阻尼。其高频减震能力比空气悬架差，电控主动液压悬架也更难应对复杂的路况，甚至会导致油压过高影响寿命。但是主动液压悬架由于结构比较简单，前麦弗森，

38、版后拖臂结构可以胜任；电控主动空气悬架需要比较复杂的悬架结构，因为空气弹簧需要独立安装的，而且要连接上下控制臂的悬架，所以总体来说，空气悬架比液压悬架的性能重量要好得多，但结构比液压悬架复杂得多，维修等也不如液压悬架方便。神经网络控制系统作为一个新的领域引起了控制界的兴趣，许多学者将其应用于主动悬架控制。 学习是神经网络研究的重要组成部分，其适应性是通过学习来实现的. 然而，神经网络的学习速度较慢，不适合应用于实时控制；此外，如何获取神经网络的训练样本，改进训练策略还有待进一步研究和解决。17第七章 全文总结与展望7.1 总结随着国内经济水平的提高，人们对汽车的需求不断增加，国内汽车工业正处于

39、快速发展时期，国内汽车保有量逐年增加，人们对汽车各方面的性能要求也越来越高。全文主要论述了如何提高汽车各方面性能的同时，并进行了进一步的分析；1.机电液一体化技术在汽车发动机的应用，通过电子控制传出的信号对油压进行控制，使得汽车的能源利用率提高。2.机电液一体化技术在汽车转向系统的应用，转向的轻便性与系统结构的复杂性的融合需要进一步发展。3.机电液一体化技术在汽车安全系统的应用，提高了汽车的安全性和稳定性。4.机电液一体化技术在汽车变速器的应用，对不同离合器的比较分析。5.机电液一体化技术在电控悬架中的应用，提高了汽车的舒适性。7.2 展望与传统的汽车技术相比，机电液压一体化具有无与伦比的优点

40、。1.节能高效：通过对发动机和传动系统的控制，根据车辆运行和使用的工况，合理分配功率和扭矩，使各系统处于最优的工作状态，达到高效节能的目的。2.智能操作：采用半自动或全自动控制，实现汽车驾驶的自动化，实现省时、省力的操作。3.安全监控：全面监控运行状态，自动提醒故障；实时监控运行过程，代替人工监控无法人工监控的运行过程。4.液压系统的高压运行：能量的传递和控制对于汽车液压系统的控制系统有着非常重要的影响。液压系统具有功率大、转矩大的特点。这些都取决于高压系统的支持。目前，汽车技术发展得越来越快，对汽车动力学的要求也越来越高，因此液压系统的高压运行是未来机电液压一体化技术发展的一个重要趋势。操纵

41、与控制是汽车工业先进技术的核心。然而，要解决汽车的操纵和控制问题，很难依靠机械和液压技术对汽车的安全和环保进行质的提升。而通过电子技术、传感器技术和电液转换技术的三合一，为汽车行业的再一次蓬勃发展插上了翅膀，它大幅度提高了机械控制的灵活性以及可靠性，能源节能高效化。随着其汽车动力性、通过性和稳定性要求的不断提高，集成技术的更新和发展将是必然趋势，也将迎来一场新的革命。参考文献1孙丽汽车 ABS 的发展状况和技术趋势J装备制造技术，2009 ( 7)2王建军.汽车发动机可变气门技术研究J.中国高新区,2018(08):178.3唐珍珍.浅谈智能可变气门正时技术J.科技展望,2016,26(32)

42、:111.4金志明.丰田智能可变气门VVT-i的故障检修J.科技风,2013(02):80.5施国,林逸,张昕. 动力转向技术及其发展J.农业机械学报,2006,(10):173-175.6周淑辉,李幼德等. 汽车电子控制转向技术的发展趋势J.汽车电器,2006 (11):1-3.7Y.Shibahata, K.Shimada, et al. Improvement of Vehicle Maneuverability by Direct Yaw Moment Control. Vehicle System Dynamics, 1993(22): 465-481.8黄锐,王森,乔华,陶邦银.浅

43、析汽车制动防抱死系统(ABS)J.时代汽车,2018(07):133-134.9孙峰.浅谈汽车牵引力控制系统J.科技咨询导报,2006(08):62.10朱永振.ASR基本原理及控制策略浅析J.上海汽车,2015(01):49-51.11Lang K. Continuously variable transmissions of an overview of CVT research past ,present , and future EB/OL .2009. 12Taguchi Y,Soga Y,et al.Development of an Automated Manual Transm

44、ission System Based on Robust Design.SAE 2003- 01- 0592.）13Wilkinson M .The gentle revolution J .Automotive Engi- neer, 2004(9):40 -45.14Robert Bosch GmbH .Cont inuously variable transmission:benchmark,status & potentials R . Stuttgart: Bosch GmbH,2007.15师愿,葛宗强,裴华军.双离合器自动变速器静扭试验工装的优化设计J.汽车实用技术. 2017

45、(02)16陈月霞，陈龙，徐兴，等.随机干扰下电控空气悬架整车车身高度控制研究J.农业机械学报，2015,46(12):309-31517曹红兵. 现代汽车电子控制技术. 机械工业出版社. 2012.致谢时光荏苒，流光过隙，转眼间就到了毕业年。记得大一的第一堂班会，导员说不要觉得四年的时间多么漫长，就是一眨眼的时间。当时常常笑谈一周周过的好快，在没有准备好的情况下，毕业悄然而至，四年就要过完了。此时此刻想说，很幸运可以成为班级的一员，让我在互帮互助，彼此温暖，气氛融洽的团队里不断成长，不断进步，不断充实自我，谨以此机会，向所有帮助过我的老师、同学、朋友及家人致以最诚挚的感谢和祝福。衷心的感谢尚毅老师每次在业务学习时对我的课题提出的宝贵意见和建议，更是学习到了老师认真负责、一丝不苟的态度，以及以及对待学生的责任感染着我，督促着我不断地学习、进步。在这样的言传身教下，受益匪浅。感谢敬爱的父母，读书二十余载，一直在背后默默的支持我，不论是精神上的，还是物质上。愿父母永远安康，一生久安，四季无忧!最后感谢一下自己，即便人生艰难，也坚持到现在。以后的日子里，无论是继续深造，还是参加工作，都愿我永远坚强，长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。祝自己毕业快乐，天天快乐!