项目5电控悬架系统检修

汽 车 底 盘 电 控 系 统 检 修 制作：赵良红 项目五 电控悬架系统 检修 学 习 要 求 【 知识要求 】 掌握电控悬架系统的功用 了解电控悬架的要求和分类 掌握典型电控悬架系统的构造 、 工作原理 掌握电控悬架系统常见故障的现象 、 原因 【 能力要求 】 能正确调整电控悬架系统 能正确分析电控悬架系统控制电路 能正确维护和检修电控悬架系统 一、相关知识 (一 )电控悬架系统概述 1.汽车传统悬架的缺点 悬架的功能有以下几方面： (1) 把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵 向反力（牵引力和制动力）和侧向力，以及这些反力 所造成的力矩都传递到车架（或承载式车身）上，以 保证汽车正常行驶。 (2) 在装载变化、车速及行驶转弯等情况下，必须使 车轮与轴线保持正确配合，保证车辆的稳定性。 (3) 保持车辆行驶方向的可操作性，在各种道路条件 下保证驾驶员能有效控制转向。 (4) 与轮胎共同作用，缓冲来自车轮的振动，使车辆 舒适、平稳行驶。 一、相关知识 (一 )电控悬架系统概述 传统的悬架系统的刚度和阻尼参数，是按经验设计或 优化设计方法选择的，一经选定后，在汽车行驶过程中就 无法进行调节，使得传统的悬架只能保证汽车在一种特定 的道路和速度条件下达到性能最优的匹配，并且只能被动 地承受地面对车身的作用力，而不能根据道路、车速的不 同而改变悬架参数，更不能主动地控制地面对车身的作用 力。 一、相关知识 (一 )电控悬架系统概述 2.电控悬架的功能 通过控制调节悬架的刚度和阻尼力 ， 使汽车的悬架特性 与道路状况和行驶状态相适应 。 其基本功能如下： 1 车高调整 2 减振器阻尼力控制 3 弹簧刚度控制 3.电子控制悬架系统的种类 1 按传力介质的不同分 :气压式 、 油压式 2 按控制理论的不同分 有级半主动式 （ 阻尼力有级可调 ） 半主动式 无级半主动式 （ 阻尼力连续可调 ） 全主动式 按频带和 能量消耗不同 慢全主动式 主动式 电磁阀驱动的油气主动式 按驱动机构 和介质不同 步近电动机驱动的空气主动式 一、相关知识 (一 )电控悬架系统概述 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 1电控液压调 节悬架减振 力（阻尼力） 电子控制液压悬架 能根据悬架的质量 和加速度等，利用 液压部件控制汽车 的振动。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 电控调节减振力（阻尼力）及弹簧刚度的控 制过程为： 通过电脑 (自动 )及手动开关可改变悬架弹簧的弹性系 数和减振器的缓冲力。电脑根据行车条件自动调整车辆减 震力和阻尼力，通过控制缓冲力的强弱来消除车辆行驶中 的不平衡，可以使车辆在颠簸路面上保持平稳姿态，并自 动调整车辆在紧急制动时的前倾和急加速时的后仰，以保 证乘座的舒适性。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 2电控液压调节车高 在前轮和后轮 的附近设有车高传 感器，按车高传感 器的输出信号，微 机判断出车辆高度， 再控制进出油孔的 开闭，使油气弹簧 压缩或伸长，从而 控制车辆高度。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 3.电控空气悬架 电子调整空气悬架中贮有起弹簧作用的压缩空气，减振器减振 力、弹簧刚度和汽车高度控制可根据驾驶条件自动控制和人为的开 关控制。 电子调整空气悬架是 ECU根据高度位置传感器，检测车身高度， 通过控制空气压缩机和高度控制电磁阀的工作状况来完成对空气弹 簧的充放气来调节车身的高度。根据加速度传感器、制动灯开关、 转向传感器等检测车辆的运行情况，通过控制悬架控制执行器的工 作状态来调节空气弹簧和减振器的刚度用减振力（阻尼力）。 一、相关知识 （三）丰田电控悬架系统 1丰田 LS400电控悬架的功能 1）车身高度控制功能， 控制项目 功 能 自动 高度 控制 不管乘客和行李重量情况如何使汽车 高度保持某一个恒定的高度位置，操 作高度控制开关能使汽车的目标高度 变为“正常”或“高”的状态 高车 速控 制 当高度控制开关在“ height(高 )”位置 时，汽车高度会降低到“正常”状态， 这就改善高车速行驶时的空气动力学 和稳定性 驻 车 控 制 当点火开关关断后因乘客重量和行 李重量变化而使汽车高度变为高于目 标高度时，能使汽车高度降低到目标 高度，这就能改善汽车驻车时的姿势 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 2）减振力（阻尼力）与弹簧刚度控制功能。 控制项目 功 能 防侧倾控制 使弹簧刚度和减振力变成“坚 硬”状态。该项控制能抑制侧 倾而使汽车的姿势变化减至最 小，以改善操纵性能 防栽头控制 使弹簧刚度和减振力变成 “坚硬”状态。该项控制能抑 制汽车制动时栽头而使汽车的 姿势变化减至最小 防下坐控制 使弹簧刚度和减振力变成 “坚硬”状态。该项控制能抑 制汽车加速时后部下坐，而使 汽车的姿势变化减至最小 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 高车速控制 使弹簧刚度变成“坚硬”状态和使减振 力变成“中等”状态，该项控制能改善 汽车高车速时的行驶稳定性和操纵性 不平整 道路控制 使弹簧刚度和减振力视需要变成“中 等”或“坚硬”状态，以抑制汽车车身 在悬架上下垂，从而改善汽车在不平坦 道路上行驶时的乘坐舒适性。 颠动控制 使弹簧刚度和减振力变成“中等”或 “坚硬状态它能抑制汽车在不平坦 道路上行驶时的颠动。 跳振控制 使弹簧刚度和减振力变成“中等”或 “坚硬”状态，该项控制能抑制汽车在 不平坦道路上行驶时的上下跳振。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 2 LS400电控悬架系统的构成 LS400电控悬架系统主要是由压缩空气系统和电子控制系统 两部分组成。主要部件有：车辆高度控制阀，悬架高度传感 器，汽车转向角传感器，压缩空气排气阀，悬架控制电脑、 执行器、各种手动控制开关和汽车仪表板上的各种显示仪表、 指示灯等。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 LS400电控空气悬架元件位置 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 LS400空气悬架电子控制系统示意图 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 3.LS400电控悬架工作原理 1）车身（底盘）高度工作原理 车两使用中，悬架 ECU通过悬 架高度位置传感器检测车身（底盘） 的高度，如高出规定，则 ECU使空 气压缩机工作，同时打开高度电磁阀， 压缩空气经过干燥器干燥后，经高度 电磁阀，进入气压缸，使车身（底盘） 升高。如检测车身底盘，高度低于规 定，则打开高度电磁阀和排气阀，在 车身重力的作用下，使气体排出气压 缸，从而降低车身（底盘）高度。其 中，压缩机只在升高的过程中工作其 余时间，均不工作。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 2）悬架减振 力（阻尼 力）、弹 簧刚度工 作原理 LS400悬架 结构 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 (1) 空气弹簧的变刚度工作原理。 当空气阀转到如图的位置时，主、副气室的气体通道被打开， 主气室的气体经空气阀的中间孔与副气室的气体相通，相当于 空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚度为“软”。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 当空气阀转到如图所示的位置时，主、副气室的气体通道被关闭， 主、副气室之间的气体不能相互流动，此时的空气弹簧只有主气室的 气体参加工作，空气弹簧的刚度为“硬”。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 （ 2）变减振力（变阻尼力）工作原理 一般变阻尼减振器的结构是：外壳为一个长圆柱缸筒，带有活 塞的活塞杆插入缸筒内，缸筒内充满液压油，活塞上有节流孔。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 变阻尼减振器的阻尼力调节特性 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 阻尼力较弱时 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 阻尼力中等时 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 阻尼力较强时 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 4.丰田电控悬架系统主要部件 1) 空气压缩机 空气压缩机由活塞 和曲柄连杆机构组 成，直流永磁电动 机驱动，具有大扭 矩和快速起动等特 点， 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 2) 空气干燥器 空气干燥器用于去除系统内由于空气压缩而产生的水分。为使结构紧 凑，排气电磁阀、空气干燥器装在一起。空气干燥器安装在高度控制 阀和排气阀之间，内部充满了硅胶。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 3) 排气电磁阀 高度控制排气电磁阀安 装于空气干燥器和干燥 器的末端，当接收到悬 挂控制电脑发出降低悬 挂高度的指令时，即将 系统中的压缩空气排出。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 4) 高度控制电磁阀 高度控制电磁阀安装于空气干燥器和气动减振器之间，为一电磁阀。 用于控制汽车悬挂的高度调节。 高度控制电磁阀由电磁阀、阀体等 组成。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 在汽车悬挂高度需要上升时： 高度控制电磁阀接通，排气 电磁阀关闭，向气动减振器充入压缩空气，使汽车悬挂 升高。 在汽车悬挂高度需要下降时： 高度控制电磁阀接通，排气 电磁阀打开，压缩空气通过空气干燥器排入大气中。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 5） 空气管 空气悬架系统一般采用钢管和尼龙软管作为空气管。钢管用于固定在 车身上的前、后高度控制阀之间的固定管道；尼龙软管用于诸如空气弹 簧与高度控制阀之间的有相对运动的管道。尼龙软管采用单触式接头， 以方便维修和具有良好的密封性。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 6） 气动减振器 空气悬架系统有 4个气动减振器，每个气动减振器都包括一个可变 化阻尼力的减振器和可变化弹性系数的空气弹簧， 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 (1）空气弹簧 空气弹簧安装于气动减振器的上端，与可变化阻尼力的减振器一 起构成悬挂支柱，上端与车架相连，下端安装在悬挂摆臂上。空 气悬架的空气弹簧由空气室和空气阀两部分组成， (2）可变阻尼减振器 可变阻尼减振器安装于气动减振器的下端，与空气弹簧一起构成 悬挂支柱见（如图 5 6所示），上端与车架相连，下端安装在悬 挂摆臂上。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 7) 电磁式悬架调节执行器 电磁式悬架调节执行器由步进电机驱动。步进电机装在悬架调节执行 器内，由定子和线圈以及永磁转子组成。定子有两个 12极的铁芯，相 互错开半齿而对置，两个线圈绕在两个铁芯上，但绕线方向相反。转 子则是一个具有 12极的永久磁铁。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 8) 线性式高度传感器。 线性式高度传感器的安装位置如图线性式高度传感器利用因悬架位移 量的变化而造成电阻器阻值的变化，得到线性式的输出，这种传感器 具有检测精度高的特点。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 线性式高度传感器结构和原理 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 9) 加速度传感器 加速度传感器用于测量车身的垂直加速度。加速度传感器共有 3个， 两个前加速度传感器分别装在前左、前右高度传感器内；一个后 加速度传感器装在行李箱右侧的下面。这 3个加速度传感器分别检 测车身的前左、前右和后右位置的垂直加速度。车身后左位置的 垂直加速度则由悬架 ECU从这 3个加速度传感器所获得的数据推导 出来。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 加速度传感器 位置 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 加速度传感器结构及工作原理 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 10) 转角传感器 转角传感器外形结构如图， 该传感器位于转向盘下面， 装在组合开关总成内，用 于检测汽车转弯的方向和 转弯的角度。转向传感器 由一个信号盘 (有缝圆盘 ) 和两个遮光器组成。每个 遮光器有一个发光二极管 和光敏晶体管，两者相互 对置，并固定在转向柱管 上。信号盘沿圆周开有 20 条光缝，它被固定在方向 盘主轴上，随主轴转动而 转动。 一、相关知识 （二）电控悬架系统的结构和工作原理 转角传感器原理 二、项目实施 (一 )项目实施环境 （ 1）安全、整洁的汽车维修车间或模拟汽车维修 车间 （ 2）消防用具及个人防护用具齐备。 （ 3）丰田 LS400轿车； （ 4）汽车维修举升机、汽车电脑诊断仪及各种常 用工具 。 二、项目实施 (二 )项目实施步骤 1认识丰田汽车电控悬架系统（ TEMS） (1) 在车上找到 TEMS主要部件，并熟悉名称； (2) 参阅资料认识典型的 TEMS结构、工作原理及其元 件名称。 二、项目实施 (二 )项目实施步骤 2电控悬架系统检修 1）基本检查 对电控悬架系统进行检修时，应先进行基本检查，以确认电控 悬架的故障性质，避免将故障复杂化。 基本检查的内容有： 车身高度调整功能检查、减压阀检查、漏 气检查和车身高度初始调整。 二、项目实施 (二 )项目实施步骤 （ 1）车身高度调整功能检查 检查轮胎气压是否正确。 检查汽车高度。 起动发动机，将高度控制开关从“ NORM”位置切换到“ HIGH” 位置。 检查电控悬架完成高度调整所需的时间和汽车车身高度的变化量。 正常时，在升高过程中，按下高度控制开关到压缩机启动时间约 为 2S，从压缩机启动到完成高度调整约需 20 40S，车高的调整 为 10 30mm。在降低过程中，按下高度控制开关到排气电磁阀 打开时间约为 2S，从压缩机启动到完成高度调整约需 20 40S， 车高的调整为 10 30mm。 二、项目实施 (二 )项目实施步骤 （ 2）排气阀的检查。 打开点火开关，短接悬挂系 统高度控制接插头中端子 3 和 6，如图所示，开启压缩 机，等待一段时间后，检查 减压阀应有空气逸出（注意： 连接时间不能超过 15S）。 然后将点火开关关闭。清除 故障代码（因迫使压缩机运 行时，悬架 ECU会记录下故 障代码）。 高度控制连接器 二、项目实施 (二 )项目实施步骤 （ 3）漏气检查 检查各管路有无压缩空气泄漏。步骤如下： 将肥皂水涂在所有空气管路接头上。 在压缩机连接器端子之间加 12V电压，使压缩机运转，在 空气管路中建立空气压力。 检查空气管路接头处是否有气泡出现。 如果有气泡出现，则表明有漏气现象，此时，应进行必 要的修理。 二、项目实施 （二）项目实施步骤 （ 4）车身高度初始调整 此项调整是使车身初始高度处于标准范围，以避免由些引起的 故障误诊断。 可通过调节悬挂高度传感器的调节杆来调节悬挂高度，如图所 示。 前悬挂高度传感器调节杆长度为 53.5毫米，后悬挂高度传感器 调节杆长度为 27.5毫米。调节调节杆螺母旋转一圈，调整高差 4毫米；螺母在调节杆移动 l毫米，相应车高变化 2毫米。前悬 挂高度传感器调节杆可调极限为 8毫米，后悬挂高度传感器调 节杆可调极限为 11毫米。 在进行汽车高度调整时，将汽车停放在水平地面上，高度控制 开关处于 NORM位置。 二、项目实施 （二）项目实施步骤 高度位置传感器连接杆长度的调整 二、项目实施 （二）项目实施步骤 2）故障自诊断 （ 1）故障码调取 将点火开关转到“接通” (ON)的位置。 用跨接线跨接诊断接头上的“ Tc和 E1”两端头， 二、项目实施 （二）项目实施步骤 观察仪表板上高度控制“正常”指示灯 (NORM)或高度指示灯 （ HEIGHT HI）的闪烁来读取故障代码。 数该灯闪烁和间歇次数，第一次闪烁代表第一位故障代码的数字， 在停歇一次后，数第二次闪烁的次数，它代表故障代码的第二位数字。 如果故障代码不止一个，将会有一个较长的间歇，然后显示下一个故 障代码的第一位和第二位数字。如果微机内存储的代码多于一个，则 由小数字向大数字逐个显示。 记录故障代码。 根据厂家维修手册的资料了解故障代码的含义，手册中故障代码 表列出了故障代码及所代表的含义和有问题的元件或线路，有时故障 表列出了维修手册中有相应维修步骤的书页号。对于失效电子系统的 元件，常用的维修方法是更换。 二、项目实施 （二）项目实施步骤 （ 2）消除诊断代码。 跨接诊断坐上 Tc 、 E1端子。 8S内开关车门 3次（ 94 97年的车型）或 3S内踩踏制 动踏板 8次（ 97年 8月后车型） 统维修完成后，汽车路试后，再次检查指示灯。如果灯 不闪，则故障排除了；如路试灯还亮，则再次检查故障 代码。 二、项目实施 （二）项目实施步骤 （ 3）输入信号检查 如按上述方法无法调取故 障码，刚就进行输入信号 检查。输入信号检查方法 与故障码调取方法一类似， 只是在故障码调取中跨接 的是 Tc、 E1端子，而在输 入信号检查中则跨接的是 Ts、 E1端子 。 三、拓展知识 挂车电子控控制空气悬架电子高度控 制模块 (ELM) 1 ELM的功能 1)集成常规的旋转滑阀和高度阀功能，安装简单、调节容易。 2)可实现高度升降的电子调节，而且可以通过遥控器远离危 险区域，进行安全操作。 3)通过降低气源消耗而更加节约燃料。 4)提供更多舒适性的同时，具备如下附加功能： （ 1）记忆不同的设定货台高度。 （ 2）加载时仍保持车辆设定高度。 （ 3）达到设定车速时，自动恢复行车高度。 三、拓展知识 挂车电子控控制空气悬架电子高度控 制模块 (ELM) 2 ELM控制原理 如图 (a)所示常规控制系统是由旋转滑阀和高度阀组成，其中 旋转滑阀具有高度调节功能，高度阀具有车辆极限高度限位及 左右悬架气压平衡功能，只有两种阀同时安装时，才能实现控 制悬架的一般控制。图 (b)右侧 ELM则完全集成前两种阀的功 能，其通过两只电磁阀联合控制左、右空气气囊，且中间设有 可准确控制的电子流量计， ELM可以通过本身的电控单元对空 气悬架实现智能化的电子控制，利用遥控器即可完成上限、行 驶、下限的高度设定， ELM还可以根据运输货台的不同，通过 控制气压流量而准确设定任意高度和两种记忆高度，使车辆更 加方便的装卸货物。 三、拓展知识 挂车电子控控制空气悬架电子高度控 制模块 (ELM) (a) 空气悬架常规控制系统组成 (b) ELM控制系统 空气悬架常规控制系统与 ELM控制系统对比 三、拓展知识 挂车电子控控制空气悬架电子高度控 制模块 (ELM) 3 ELM安装 1)ELM的气路连接如图 5-45所示，管路分为从储气筒连接至 ELM的供 气管与 ELM前后出气口连接至左右悬架空气气囊的控制管路，因而气路 安装较旋转滑阀和高度阀更为简单。 ELM气路连接图 三、拓展知识 挂车电子控控制空气悬架电子高度控 制模块 (ELM) 2)电路连接如图 5-46所示， ELM通过来自 EBS（电子控制制动系 统）诊断口的 Y型诊断线获得电源 (Y型电源线另一端口为 EBS诊断接 口 )， ELM通过带接口的遥控器线与遥控器相连接。 图 5-46 ELM电路连接图 三、拓展知识 挂车电子控控制空气悬架电子高度控 制模块 (ELM) 4 ELM应用 因 ELM是通过 EBS(电子控制制动系统 )获取电源的，故要求本制动系 统必须采用符合 ISO7638标准的电源线，系统运营前必须利用遥控器 设定上限、行驶、下限高度，运输中可以操作遥控器的上下键临时实 现任意的高度调节，当车辆行驶速度达到 20km h时， ELM自动调节 车辆至正常的行车高度，而无需附加的人工回位操作。 ELM和 EBS的组合应用：只需在 EBS参数设定中开通 ELM功能，即可 实现两者组合应用，从而实现挂车制动及悬挂系统的智能化电子控制， 其在提高驾乘舒适性的同时，能更理想的保障货物运输安全。目前该 项控制技术正在欧、美、日等发达国家广泛推行，在中国尚处于技术 前沿阶段。 小 结 本项目抓住目前最典型的丰田电控悬架系统 （ TEMS），在构造、原理、拆装、检修、维护、 调整、故障诊断等方面做了详尽的介绍。通过这部 分的学习和实训，不仅可以掌握典型电控悬架的维 修、而且对于电控悬架的使用也做到了了解。