汽车电控系统结构与维修第2版8汽车电子控制悬架系统

第八章 汽车电子控制悬架系统 第一节 电子控制悬架系统的组成第二节 电子控制变高度悬架系统 第三节 电子控制变刚度悬架系统第四节 电子控制变阻尼悬架系统第五节 变高度变刚度变阻尼悬架系统 第一节 电子控制悬架系统的组成 一、 电子控制悬架系统的功用电子控制悬架系统的功用是：在汽车行驶路面、行驶速度和载荷变化时，自动调节车身高度、悬架刚度和减振器阻尼的大小，从而改善汽车的行驶平顺性(即乘坐舒适性)。二、 电子控制悬架系统的组成电子控制悬架系统主要由前车身高度传感器、后车身高度传感器、转向盘转向与转角传感器、节气门位置传感器和车速传感器、控制开关、电子调节悬架电控单元(EMS ECU)和执行器组成。 下一页 第一节 电子控制悬架系统的组成三、 电子控制悬架系统的分类根据电子控制悬架系统的功能不同，目前采用的电子控制悬架系统主要有以下几种类型： (1) 电子控制变高度空气弹簧悬架系统； (2) 电子控制变刚度空气弹簧悬架系统； (3) 电子控制变阻尼减振器悬架系统； (4) 电子控制变高度与变刚度空气弹簧悬架系统； (5) 电子控制变高度、变刚度空气弹簧与变阻尼减振器悬架系统。返回上一页 第二节 电子控制变高度悬架系统 一、 变高度控制悬架系统的组成车身高度控制系统的主要功用是当车内乘员或载荷变化时，自动调节车身高度，使汽车行驶姿态稳定，从而提高乘坐舒适性。车身高度控制系统分为两大类型，一类是仅对两个后轮悬架进行控制；另一类是对全部四个车轮的悬架进行高度控制。两种类型的控制原理基本相同。 目前，汽车普遍采用的车身高度控制系统组成简图如图8-2所示，由4只高度传感器(每个减振器下面各设1只)、控制开关、电控单元EMS ECU、高度调节执行器等组成。 下一页 图8-2 车身高度控制系统组成简图 返回 第二节 电子控制变高度悬架系统二、 变高度控制悬架系统的控制过程变高度控制悬架系统在汽车乘员或载荷变化时，能够自动调节车身高度。当乘员或载荷增加时，系统将自动调高车身高度；反之，当乘员或载荷减小时，系统将自动调低车身高度。变高度控制悬架系统的控制过程如图8-3所示。 1 车身高度不变时悬架系统的控制过程 2 车身高度降低时悬架系统的控制过程 3 车身高度升高时悬架系统的控制过程 4 系统保护措施 返回上一页 图8-3 车身高度控制原理 返回 第三节 电子控制变刚度悬架系统 一、 变刚度悬架系统的组成变刚度空气弹簧悬架系统也是由高度传感器、控制开关、电控单元EMS ECU、刚度调节执行器(气压缸、高度控制电磁阀、空气压缩机、干燥器和空气管路)等组成。 二、 空气弹簧悬架刚度的调节原理在汽车行驶过程中，为了防止或抑制车身出现“点头”、“侧倾”、“后坐”等现象，需要调节相应悬架的高度和减振器的阻尼。 空气弹簧悬架刚度的调节原理如图8-5所示，在主气压腔与辅气压腔之间的气阀阀体上设有大小两个通道。气阀控制杆由步进电机驱动，控制杆转动时，阀芯随之转动。 返回 图8-5 空气弹簧悬架刚度调节原理 返回 第四节 电子控制变阻尼悬架系统 一、 变阻尼悬架系统的组成 丰田公司采用的变阻尼电子控制悬架系统如图8-6所示，由车速传感器、转向盘转角与转动方向传感器、节气门位置传感器、减振器工作模式选择开关、制动灯开关、空挡启动开关、电控单元和阻尼调节执行器等组成。变阻尼悬架系统采用的控制方式分为以下三种： (1) 根据汽车行驶状况进行控制； (2) 根据驾驶员选择的运行模式进行控制； (3) 根据汽车行驶状况和驾驶员选择的运行模式进行控制。 下一页 图8-6 丰田汽车变阻尼悬架系统 返回 第四节 电子控制变阻尼悬架系统二、 减振器阻尼控制机构的结构特点 1 运行模式选择开关电子控制悬架系统减振器阻尼的工作模式选择开关又称为运行模式选择开关，用于选择减振器阻尼的工作模式。驾驶员选择的工作模式不同，减振器阻尼的状态也不相同。减振器阻尼的状态一般设有“标准”、“中等硬度”和“坚硬”三种。 在以下条件时，控制单元将自动使减振器从“柔软”或“中等硬度”变为“坚硬”状态工作： (1) 转向盘转角转向传感器显示汽车急转弯时； (2) 车速传感器和节气门位置传感器显示汽车在低于20 km/h的速度下急加速时；下一页上一页 第四节 电子控制变阻尼悬架系统 (3) 车速传感器和制动灯开关显示汽车在高于60 km/h的速度下制动时； (4) 车速传感器和空挡启动开关显示汽车在低于10 km/h的速度下，自动变速器从空挡或停车挡换入任何其他挡位时。在下列条件下，控制单元将自动控制减振器从“坚硬”变为“中等硬度”或“柔软”状态工作： (1) 根据转向盘转动程度，转弯行驶2 s或2 s以上时间时； (2) 加速时间达到3 s或汽车速度达到50 km/h时； (3) 制动灯开关断开2 s时间之后时； (4) 自动变速器从空挡或停车挡位置换入其他挡位达到3 s或汽车速度达到15 km/h时。 下一页上一页 第四节 电子控制变阻尼悬架系统 2 变阻尼执行元件丰田汽车电子调节悬架系统的执行元件安装在减振器支柱顶部，结构如图8-7所示。 三、 减振器阻尼的控制过程 1 阻尼“柔软”的控制过程当电控单元EMS ECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“柔软”状态时，控制单元向步进电机发出控制指令使其沿顺时针方向旋转，因此小齿轮驱动扇形齿轮沿逆时针方向转动，直到扇形齿轮凹槽的一边靠在挡块上为止。 下一页上一页 图8-7 变阻尼减振器执行元件 返回 第四节 电子控制变阻尼悬架系统 2 阻尼“中等”的控制过程当电控单元EMS ECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“中等”状态时，控制单元向步进电机发出控制指令使其沿逆时针方向旋转，因此小齿轮便驱动扇形齿轮沿顺时针方向转动，直到扇形齿轮凹槽的另一边靠在挡块上为止，如图8-9(c)所示。 下一页上一页 图8-9 扇形齿轮旋转方向与位置 返回 第四节 电子控制变阻尼悬架系统 3 阻尼“坚硬”的控制过程当电控单元EMS ECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“坚硬”状态时，控制单元将同时向步进电机和电磁线圈发出控制指令，使步进电机和扇形齿轮从阻尼“柔软”或“中等”的极限位置旋转约60，接通电磁线圈电流，其电磁吸力将挡块吸出，使挡块进入扇形齿轮凹槽中间部位的一个凹坑内，如图8-9(b)所示。 下一页上一页 图8-9 扇形齿轮旋转方向与位置 返回 第四节 电子控制变阻尼悬架系统 4 变阻尼悬架系统指示灯的控制电控单元除了向执行元件发出控制信号外，同时还向汽车仪表盘上的三只悬架系统指示灯发出控制指令。当减振器处于“柔软”阻尼状态时，控制左边一只指示灯发亮；当减振器处于“中等”阻尼位置时，控制左边和中间共两只指示灯发亮；当减振器处于“坚硬”阻尼位置时，控制三只指示灯全部发亮。悬架系统指示灯在接通点火开时，大约发亮2 s后熄灭，以便驾驶员检查指示灯及其线路是否完好。如果控制单元发现系统有故障，将使这些指示灯闪烁，提示驾驶员系统有故障。 返回上一页 第五节 变高度变刚度变阻尼悬架系统 一、 变高度变刚度变阻尼悬架系统的组成电子控制悬架系统的控制单元从各种传感器和控制开关接受信息，包括控制模式选择开关、转向盘转角与转动方向传感器、横向加速度传感器(侧向惯性力传感器)、节气门位置传感器、车速传感器、制动灯开关、车身高度传感器、车高选择开关、门控灯开关、倒车灯开关、前照灯开关、空气供给系统的压力传感器和压力开关等等。 下一页 第五节 变高度变刚度变阻尼悬架系统二、 变高度变刚度变阻尼悬架系统的控制过程在三菱公司电子控制变高度、变刚度和变阻尼悬架系统汽车上，驾驶员能够选择的车身高度工作模式有“高位”和“自动”两种状态、能够选择的减振器阻尼工作模式有“运动”、“自动”和“柔软”三种模式。下面结合三菱汽车电子控制悬架系统，具体分析车身侧倾、前俯、后仰、前后颠簸及上下跳动几种运动状态时，悬架控制系统的控制过程。 下一页上一页 第五节 变高度变刚度变阻尼悬架系统 1 抗侧倾控制 2 抗点头控制 3 抗仰头(后坐)控制 4 前后颠簸和上下跳动的控制 5 车速变化时阻尼的控制 6 车身高度控制 下一页上一页 第五节 变高度变刚度变阻尼悬架系统三、 变高度变刚度变阻尼悬架系统执行元件的工作情况三菱汽车悬架系统减振器的执行元件相互并联连接，因此各个减振器同时起作用，其工作情况与前述丰田公司电子调节悬架系统相似。在减振器活塞杆内设有一个由步进电机驱动的控制杆，控制杆转动回转阀时便能改变阻尼孔的大小，从而改变了减振器阻尼的大小。 下一页上一页 第五节 变高度变刚度变阻尼悬架系统四、 变高度变刚度变阻尼悬架系统指示器功能电子控制悬架系统具有多种控制功能，并设有模式选择开关，因此采用了许多指示灯来显示悬架系统的工作状态，指示灯安装在组合仪表盘中央，如图8-12所示。 返回上一页 图8-12 三菱汽车悬架系统工作状态指示灯 返回