第5章电子控制悬架系统 汽车电子控制技术(第2版)凌永成 电子课件

汽车电子控制技术沈阳大学源自凌永成配套教材信息
教材名称：汽车电子控制技术（第2版） 教材主编：凌永成 教材定价：40RMB 出版社：北京大学出版社 出版时间/版次：2011年7月第2版 国际标准书号（ISBN ）： 978-7-301-19225-2 教材所属系列： 21世纪全国高等院校汽车类 创新型应用人才培养规划教材
雪铁龙C5液压式可调悬架结构示意图 1-纵向横梁；2-球体； 3-上三角叉臂；4-支杆；5-长纵臂
通过增减液压油的方式实现车身高度的升或降，也就是 根据车速和路况自动调整离地间隙，从而提高汽车的平顺性 和操纵稳定性。
雪铁龙C5液压式可调悬架在车上的布置
采用液压式可调悬架的代表车型有雪铁龙C5、雪铁龙 C6、宝马7系轿车等。
第5章 电子控制悬架系统
教学提示：汽车悬架的性能直接影响车辆的操纵稳 定性和乘坐舒适性。采用电子控制主动悬架是汽车 悬架系统的发展趋势。 教学要求：本章主要介绍电子控制悬架系统在汽车 上的应用概况、基本组成及控制方法。要求学生了 解电子控制悬架系统的应用概况和发展趋势，熟悉 汽车电子控制悬架系统的组成和功能。
2.高度控制通断开关信号
高度控制通断开关位于行李箱的工具储藏室内。将开关 拨至OFF位置，悬架控制系统中止车辆高度控制。当车辆被 举升、停在不平的路面或车辆被拖曳时，可避免空气弹簧中 压缩空气排出，从而可防止车身高度的下降。
3.制动灯开关信号 制动灯开关位于制动踏 板支架上，当踩下制动踏 板时，开关接通。悬架 ECU利用这一信号判断汽 车是否处于制动状态。 4.门控灯开关信号 四个车门各有一个门 控灯开关，这些开关 都位于门柱上。悬架 ECU据此判断车门是 打开还是关上。
2）独立悬架
2.按照控制方式分
按照控制方式分不同，汽车悬架系统通常分为传统被动式悬 架（Passive Suspension）、半主动式悬架（semi-active suspension）、主动式悬架(Active Suspension)三类。
其中半主动式又分为有级半主动式（阻尼力有级可调） 和无级半主动式（阻尼力连续可调）两种；主动式悬架根据 频带和能量消耗的不同，分为全主动式（频带宽大于15Hz） 和慢全主动式（频带宽3～6Hz）；而根据驱动机构和介质的 不同，可分为由电磁阀驱动的油气主动式悬架和由步进电动 机驱动的空气主动式悬架。
5.2 汽车电控悬架
传统的汽车悬架主要由弹簧、减振器、稳定杆和弹性轮 胎等组成，悬架的高度和弹性是不可调整的，在行车中车身 高度的变化取决于弹簧的变形，结构简单、实用。但因其弹 性和阻尼不能随外部工况变化，驾驶及乘坐舒适性较差。
电子控制悬架系统的优 点是能使悬架随着不同的路 况和行驶状态做出相应的调 整，既可以使汽车的乘坐舒 适性达到令人满意的水平， 又能使汽车的稳定性要求得 到满足。
当空气阀转到如图5-13所示的位置时，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”。
图5-13 空气弹簧的刚度为“软”
当空气阀转到如图5-14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”。
5.3.3 丰田LS400电控悬架压缩空气系统的组成部件
1.空气压缩机 ①作用。 ②组成。 ③工作原理。 2.空气干燥器 ①作用。 ②结构。 ③工作原理。 3.排气电磁阀 ①作用。 ②工作原理。
4.高度控制电磁阀 ①作用。 ②组成及结构。
高度控制电磁阀内部结构图
5.空气管
空气管结构及在车上的分布
3.电磁式可调悬架 电磁式可调悬架是利用电磁反应来实现汽车底盘的高度 升降变化的的一种悬架。 它可以针对路面情 况，在1ms时间内作出 反应，抑制振动，保持 车身稳定，特别是在车 速很高又突遇障碍时更 能显出它的优势。电磁 式可调悬架的反应速度 比传统的悬架快5倍，即 使是在最颠簸的路面， 凯迪拉克SLS赛威的电磁悬架 也能保证车辆平稳行驶。 电磁悬架系统是由行车电脑、车轮位移传感器、电磁液 压杆和直筒减振器组成。在每个车轮和车身连接处都有一个 车轮位移传感器，传感器与行车电脑相连，行车电脑又与电 磁液压杆和直筒减振器相连。
图5-14 空气弹簧的刚度为“硬”
主气室是可变容积的，在它的下部有一个可伸展的隔膜， 压缩空气进入主气室可升高悬架高度，反之使悬架下降。车 辆高度则是由l号和2号高度控制阀及排气阀通过增减主气室 内的压缩空气量来调节。
③空气弹簧对车身高度的控制原理。
空气弹簧还可以控制车身高度。当需要升高车身时，由空气压缩机 来的空气经高度控制电磁阀向空气弹簧的主气室充气，使空气弹簧伸张， 从而使车身高度增加；当需要降低车身高度时，空气弹簧主气室的空气 经排气电磁阀排出到大气，使空气弹簧收缩，降低车身高度，如图5-15 所示。
无级半主动式悬架可以根据路面的行驶状态和车身的响 应对悬架阻尼力进行控制，并在几毫秒内由最小变到最大， 使车身上的振动响应始终被控制在某个范围内。但在转向、 起步、制动等工况时不能对阻尼力实施有效的控制。
主动式悬架是一种带有动力源的悬架，在悬架系统中附 加一个可控制作用力的装置。
主动式悬架可根据汽车载荷、路面状况、行驶速度、起 步、制动、转向等状况的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼 力及车身高度。 通常把用于提高平顺性的控制称为路面感应控制，而把 用于增加稳定性的控制称为车身姿势控制。 另外，车身高度控制是主动式悬架系统的重要控制项目 之一。
5.1 汽车悬架概述
5.1.1 汽车悬架的作用
汽车悬架是指连接车架（或承载式车身）与车桥（或车 轮）的一系列传力装置。
汽车悬架的作用有： ①承受载荷; ②传递动力; ③缓和冲击。
汽车悬架
除此之外，汽车的悬架对汽车车轮的定位有较大的影响， 进而影响汽车行驶性能、操纵性能及乘坐的舒适性。
5.1.2 汽车悬架的分类 1.按照结构形式分 1）非独立悬架
图5-16 变阻尼减振器的结构
5.3.4 电子控制系统的组成
空 气 悬 架 电 子 控 制 系 统 示 意 图
丰 田
LS400
轿 车 空 气 悬 架 电 子 控 制 系 统 电 路 图
5.3.5 电控悬架系统的输入信号 1.悬架控制开关信号 悬架控制开关由水平调节控制（Level Regulation Control，LRC）开关和高度控制开关组成。 LRC开关用于选择减振器和空气弹簧的工作模式（NORM 或SPORT）；高度控制开关用于选择所希望的车身高度 （NORM或HIGH）。 当LRC开关设在SPORT位置时，组合仪表内的LRC指示 灯亮；当高度控制开关设在HIGH位置时，组合仪表内的高度 控制指示灯亮。
（a）车身低 图5-15 车身高度控制
（b）车身高
2）变阻尼减振器 ①变阻尼减振器的安装位置。变阻尼减振器安装于空气弹簧 的下端，与空气弹簧一起构成悬架支柱，上端与车架相连， 下端安装在悬架摆臂上。
②变阻尼减振器的结构。变阻尼减振器主要由缸筒、活塞及 阻尼调节杆、回转阀等构成，其结构如图5-16所示。
5.2.2 电控悬架系统的功能 1.车身高度调整 当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以 便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，以减少 空气阻力，提高操纵稳定性。 2.阻尼力控制 用来提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急 制动情况下，可以抑制车身姿态的变化。 3.弹簧刚度控制 动态改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适的要求。采 用主动式悬架后，汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控 制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶和转弯的稳定性提高， 车身侧倾减小。制动时车身前俯小，起动和急加速可减少后 仰。即使在坏路面，车身的跳动也较小，轮胎对地面的附着 力提高。
保时捷帕那梅拉（Porsche Panamera）空气式可调悬架
2.液压式可调悬架 液压式可调悬架是指根据车速和路况，通过增减液压油 的方式调整汽车底盘的离地间隙来实现车身高度升降变化的 一种悬架。
内置式电子液压集成模块是液 压式可调悬架的核心，可根据 车速、减振器伸缩频率和伸缩 程度的数据信息，在汽车重心 附近安装有纵向、横向加速度 和横摆陀螺仪传感器，用来采 集车身振动、车轮跳动、车身 高度和倾斜状态等信号，这些 信号被传送给行车电脑，行车 电脑再根据输入信号和预先设 定的程序操纵前后四个执行油 缸工作。
6.气动减振器
空气悬架系统有四个气动减振器，每个气动减振器都包 括一个可变阻尼力的减振器和可变弹性系数的空气弹簧，气 动减振器的总体结构如图5-12所示。
图
5-12
气 动 减 振 器 的 总 体 结 构
1）空气弹簧 ①空气弹簧的安装位置。 空气弹簧安装于气动减振 器的上端，与可变阻尼力 的减振器一起构成悬架支 柱，上端与车架相连，下 端安装在悬架摆臂上。空 气悬架的空气弹簧由空气 室和空气阀两部分组成， 空气室分为主气室和副气 室。 ②空气弹簧的变刚度原理。 悬架空气弹簧刚度的改变是根据压缩空气通过空气阀由主气 室进入副气室空气量的改变来调节的，空气弹簧的弹性系数 （刚度）可分为两个阶段来调节。
图5-16 变阻尼减振器的结构
当回转阀从“硬”状态位置顺时针转动60°时，B截面的 阻尼孔打开，A、C两截面的阻尼孔仍关闭，减振器处于“运 动”状态，也称为中间状态。
图5-16 变阻尼减振器的结构
当回转阀从“硬”状态位置逆时针转动60°时，A、B、C 三个截面的阻尼孔全部打开，此时减振器的阻尼最小，减振 器处于“软”状态。
1.压缩空气系统的组成
丰 田
LS400
轿 车 空 气 悬 架 压 缩 空 气 系 统 示 意 图
2.电子控制系统的组成
丰田LS400轿车空气悬架电子控制系统
3.电控空气悬架系统的基本原理 ①车高调整。 空气悬架ECU利用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩 空气送入弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。 车高的控制：分标准、升高和只升高后轮三种工作状态。 ②阻尼力控制。 在减振器上设有电动机，电动机受ECU的信号控制。利 用电动机可以改变通油孔的大小，从而改变了阻尼力的大小。 减振器的阻尼力控制分低、中、高三挡。 ③弹性系数的控制（弹簧刚度控制）。 在悬架空气弹簧上设有电动机，利用电动机可以改变通 气孔的大小，从而改变了弹性系数的大小。空气弹簧的弹性 系数分软、硬两挡。