汽车电子控制悬架的研究
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汽车电子控制悬架的研究摘要：通过对电子控制悬架系统的功用、类型及工作原理的介绍和电子控制悬架系统在汽车上的应用分析，指出了电子控制悬架通过车身高度、弹簧刚度和减振器阻尼系数的控剖。
可有效解决传统悬架行驶的平顺性和操纵的稳定性之间的矛盾。
电子控制悬架系统是通过电子控制单元来控制相应的执行元件，改变悬架特性以适应各种复杂的行驶工况对悬架系统的不同要求，从而使汽车乘坐舒适性、行驶平顺性和操纵稳定性同时得到改善。
关键词：电子控制悬架系统；车身高度；悬架弹簧刚度Study on automotive electronic control suspensionAbstract:Through to the electronic control suspension system function, type and working principle of the introduction and electronic control suspension system in automotive applications analysis indicates that the electronic control suspension through body height, spring stiffness and shock absorber's damping coefficient of profile control. Can effectively solve the traditional suspension go getting smooth-going and the contradiction between the stability. The electronic control suspension system is through the electronic control unit to control the corresponding actuator, changing suspension characteristic to adapt to all kinds of complicated running condition of suspension system's different demands, thus make car ride comfort, driving getting smooth-going and stability also improved.Key words: automotive electronic control suspension; body height;Suspension spring stiffness. 一、汽车电子控制悬架系统的概述悬架是车身和车轮之间的一切传力装置的总称。
它的作用是把路面作用于车轮上的垂直力、纵向力和侧向力以及这些反力所造成的力矩都传递到车身上，以保证汽车的正常行驶。
随着汽车工业的发展，人们对汽车的行驶平顺性(即乘坐的舒适性)要求越来越高。
而汽车的行驶平顺性和汽车的稳定性在悬架系统的设计中是一对矛盾。
在传统的悬架系统设计中，若要求高的行驶平顺性，就难以满足操纵稳定性。
为了克服传统悬架系统的局限性，现代汽车采用和发展了新型的电子控制悬架系统。
电子控制悬架系统可以根据不同的路面条件、不同的载重质量、不同的行驶速度等，来控制悬架系统的刚度、调节减振器的阻尼力的大小、甚至可以调节车身高度，从而使车辆的行驶平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳的组合。
1．电子控制悬架系统的功用电子控制悬架系统的功用可以概括为以下两点：①弹簧弹性系数(刚度)与阻尼系数(阻尼力)；②高度调整功能。
2．电子控制悬架系统的类型(1)电子控制悬架系统按照调节悬架的刚度和阻尼系数分为半主动悬架系统和全主动悬架。
①半主动悬架。
半主动悬架是对悬架的刚度和阻尼系数的其中之一能进行适时调节的悬架。
为了减少执行机构需要的功率，半主动悬架系统往往不考虑调节弹簧刚度，而只对悬架的阻尼系数进行调节。
②全主动悬架。
全主动悬架系统是对悬架的刚度和阻尼系数均能进行实时调节，可以同时提高汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。
(2)电子控制悬架系统根据传力介质的不同，又可以分为空气式悬架和油气式悬架。
3. 电子控制悬架系统的要求(1)在水平路面上高速行驶时，使车身变低、弹簧变软，以提高舒适性。
(2)在凸凹不平的路面行驶时，使车身变高、悬架变硬，以消除颠簸，提高通过性。
(3)防止纵向仰头、栽头及横向倾斜，保持前照灯光轴不变，以提高安全性。
二、电子控制悬架系统的组成及工作原理电子控制悬架系统主要由弹性元件(空气弹簧或油气弹簧)、变阻尼减振器、传感器与开关、电子控制单元ECU和悬架控制执行器等组成。
传感器与开关主要包括车速传感器、节气门位置传感器、车身高度传感器、转向角传感器、加速度传感器及控制模式开关等。
丰田凌志LS400轿车电子控制空气悬架系统的组成和各部件的布置见图1。
电控悬架系统的基本工作原理：车身状态传感器和开关给ECU提供加速度、位移及其他目标参数等信号，ECU根据各传感器送来的信号进行运算分析，向悬架执行元件发出指令信号，使执行元件(如阻尼调节步进电机)产生一定的机械动作，调节悬架参数的执行器(电磁阀、步进电机等)改变悬架的刚度、阻尼系数和车身高度，使车辆在行驶过程中具有良好的平顺性和操纵稳定性。
1．组成和工作原理电子控制空气悬架系统一般由空气压缩机、干燥器、空气电磁阀、车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬架控制执行器、悬架控制选择开关和电子控制单元等组成。
空气压缩由直流电机驱动，形成压缩空气，压缩空气经干燥后又空气管道经空气电磁阀送至空气弹簧的主气室。
当车身需要身高时，电子控制单元控制空气电磁阀使压缩进入空气弹簧的主气室，使空气弹簧拉伸，车身升高；当车身需要降低时，电子控制电磁阀使空气弹簧主气室中压缩空气排到大气中。
2．利用弹簧刚度或减振器阻尼系数进行控制(1)防后坐：通过传感器检测油门踏板移动速度和位移，当车速低于20 km／h且加速度较大时，电子控制单元通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼系数调到高值，从而防止汽车起步时车身后坐。
(2)防侧倾：由装于转向轴的光电式转向传感器检测转向盘的操作状况，在急转弯时，电子控制单元通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼系数调到高值，以防止车身侧倾。
(3)防“点头”：在车速高于60 km／h时紧急制动，电子控制单元通过执行器通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼系数调到高值，不管驾驶员选择了什么样的控制状况，以防止车身前部的下俯。
(4)高速感应：当车速大于110 km／h时，电子控制单元通过执行器通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼系数调到中问值，从而提高了汽车高速行驶时操纵的稳定性。
(5)前后关联控制：车速在30 km／h一80 km／h范围内时，若前轮车身高度传感器检测出路面有小的凸起，则在后轮越过该凸起之前，电子控制单元通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼系数调到低值，从而提高了汽车乘坐的舒适性。
为了不影响汽车高速时的操纵稳定性，这种控制在车速低于80 km／h以下才发生。
(6)坏路、俯仰、振动控制：车速在40 km／h～100 km／范同内时，当前轮车身高度传感器检测出路面有较大的凸起，电子控制单元通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼系数调到中间值，以抑制车身的前后颠簸、振动等。
从而提高汽车的乘坐舒适性和通过性。
三、电子控制悬架系统的检修1. 车身高度调节功能检查通过操作高度控制开关来检查车身高度的变化。
检查步骤：①检查轮胎充气压力是否正确；②检查汽车高度；③起动发动机，将高度控制开关从“Norm”位置切换到“High”位置，检查完成高度调整所需的时间和车身高度的变化量；④在汽车处于“High”高度时，起动发动机并将高度控制开关从“High”位置切换至“Norm”位置，检查完成高度调整所需的时间和车身高度的变化量。
2．减压阈检查减压阀的检查方法：①将点火开关转到“ON”位置，连接高度控制连接器的端子3和6，使压缩机工作。
连接时间不能超过15 s。
②压缩机工作一段时间后，检查减压阀，应有空气逸出。
③将点火开关转至“OFF”位置。
④清除故障代码。
3. 漏气检查检查空气悬架系统的软管、硬管及其连接处是否漏气。
检查步骤：①将高度控制开关切换至“High”位置，升高车身；②发动机熄火；③在软、硬管连接涂抹肥皂水，检查是否漏气。
4. 车身高度初始调整此项调整的目的是使车身初始高度处于标准范围内。
调整时，高度控制开关必须在“Norm”位置，汽车停在平坦的路面上。
测量高度传感器控制杆的长度标准值为59．3 mm。
四、电子控制悬架系统在汽车上的应用电子控制悬架系统在汽车上的应用很广泛，下面以丰田公司LEXUS 1．S400轿车上所用的电子控制悬架为例简单介绍电子控制悬架系统在汽车上的应用。
电子控制悬架系统为主动式空气弹簧悬架，弹簧刚度和汽车高度控制可根据驾驶条件自动控制，减振器的阻尼系数大小也由电子控制，以抑制车辆侧倾、制动时前部点头和高速行驶时后部下沉等汽车姿态变化，因此能明显保持汽车乘坐的舒适性。
LEXUS LS400电子控制悬架系统由操作选择开关：LRC开关(LEXUS Ride Control Switch)、高度控制开关和高度ON／OFF控制开关。
LRC开关和高度控制开关安装于驾驶室内变速器操纵杆的旁边。
LRC开关用于选择控制悬架的刚度、阻尼系数，当LRC开关处于“SPORT(运动)”位置时，系统进入“高速行驶自动控制”；当LRC处于“NORM(标准)”位置时，系统对悬架的刚度、阻尼系数进行“常规之自动控制”。
此时，悬架ECU根据车速传感器等信号，使悬架的刚度、阻尼系数自动处于“Soft(软)”、“Medium(中间值)”、“Firm(坚硬)”三个位置。
高度控制开关用于选择控制车身高度，当高度控制开关处于“H础(高)”位置时，系统对车身高度进行“高值自动控制”；当高度控制开关处于“Norm(标准)”位置时，车身高度进行“常规值自动控制”状态。
高度ON／OFF控制开关安装在汽车尾部后备箱的左边。
当高度ON／OFF控制开关处于ON位置时，系统可按驾驶员的选择方式进行车身高度自动控制；当该开关处于OFF位置时，系统不执行车身高度控制。
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