汽車電控懸架論文

1、摘 要 隨著汽車電子技術(shù)的日趨完善，時至今日，汽車電子化已達(dá)到相當(dāng)高的程度。汽車電子技術(shù)已成為一個國家汽車工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。本篇論文不僅對應(yīng)用廣泛的電子控制懸架系統(tǒng)的原理進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，而且對其診斷與檢測也作了介紹。汽車電控懸架第一章 概述 汽車懸架的作用是緩沖和吸收來自車輪的振動，在汽車行駛過程程還要傳遞車輪與路面間產(chǎn)生的驅(qū)動力和制動力。汽車在轉(zhuǎn)向時，懸架還要承受來自車身的側(cè)向力，并在汽車起步和制動時能夠抑制車身的俯仰振動，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和乘坐的舒適性。 傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)主要由彈簧、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。其中彈簧、減振器和輪胎的綜合特性，決定了汽車的行駛性、操縱性和乘坐的舒適性。盡管

2、多年來汽車懸架系統(tǒng)作了許多改進(jìn)，但由于傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)使用的是定剛度彈簧和定阻尼系數(shù)減振器，只能適應(yīng)特定的道路與行駛條件，無法滿足變化莫測的路面狀況和汽車行駛狀況，而且這種懸架只能被動地承受地面對車身的各種作用力，無法對各種情況進(jìn)行主動地調(diào)節(jié)，使操縱性和乘坐舒適性達(dá)到和諧。所以，一般稱傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)為被動懸架系統(tǒng)。 隨著人們對汽車操縱性和舒適性要求的不斷提高，以及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子控制技術(shù)被有效應(yīng)用于現(xiàn)代汽車懸架系統(tǒng)。電子控制懸架系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是它能使懸架隨不同的路況和行駛狀態(tài)作出不同的反應(yīng)。既能使汽車的乘坐舒適性達(dá)到令人滿意的狀態(tài)，又能使汽車的操縱穩(wěn)定性達(dá)到最佳狀態(tài)。1.1 汽車電控懸架的

3、功用 電子控制懸架系統(tǒng)的基本目的是通過控制調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼力，突破傳統(tǒng)被動懸架的局限性，使汽車的懸架特性與道路狀態(tài)相適應(yīng)，從而使汽車行駛的平順性和操縱的穩(wěn)定性要求都能得到滿足。其基本功能有：1.車高調(diào)整 無論車輛的負(fù)載多少，都可以保持汽車高度一定，車身保持水平，從而使前照燈光束方向保持不變；當(dāng)汽車在壞路面上行駛時，可以使車身升高，防止車橋與路面相碰；當(dāng)汽車高速行駛時，又可以使車高降低，以便減少空氣阻力，提高操縱穩(wěn)定性。2.減振器阻尼力控制通過對減振器阻尼系數(shù)的調(diào)整，防止汽車急速起步或急加速時車尾下蹲；防止緊急制動時的車頭下沉；防止汽車急轉(zhuǎn)彎時車身橫向搖動；防止汽車換擋時車身縱向搖動等，提高

4、行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性。3.彈簧剛度控制與減振器一樣在各種工況下，通過對彈簧系數(shù)的調(diào)整，來改善汽車的乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性。有些車型只具有其中的一個或兩個功能，而有些車型同時具有以上三個功能。1.2 汽車電控懸架的類型現(xiàn)代汽車裝用的電子控制懸架系統(tǒng)種類很多。按傳力介質(zhì)的不同可分為氣壓式和油壓式兩種。按控制理論不同電子控制懸架系統(tǒng)可分為半主動式、主動式兩大類。其中半主動式又分為有級半主動式(阻尼力有級可調(diào))和無級半主動式(阻尼力連續(xù)可調(diào))兩種；主動式懸架根據(jù)頻帶和能量消耗不同，可分全主動式和慢全主動式；而根據(jù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和介質(zhì)不同，可分為電磁閥驅(qū)動的油氣主動式懸架和由步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的空氣主動式懸架

5、。無級半主動懸架可以根據(jù)路面的行駛狀態(tài)和車身的響應(yīng)對懸架阻尼力進(jìn)行控制，并在幾毫秒內(nèi)由最小變化到最大，使車身的振動響應(yīng)始終被控制在某個范圍內(nèi)。但在轉(zhuǎn)向、起步、制動等工況時不能對阻尼力實施有效的控制。它比全主動式懸架優(yōu)越的地方是不需要外加動力源，消耗的能量很少，成本較低。主動式懸架是一種能供給和控制動力源（油壓空氣壓）的裝置。根據(jù)各種傳感器檢測到得汽車載荷起動制動轉(zhuǎn)向等狀況的變化，自動調(diào)整懸架的剛度阻尼力以及車身高度等。它能顯著提高汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性。1.3電控懸架的發(fā)展方向 在主動式懸架還沒有誕生前，平衡運動性與舒適性這對不可調(diào)和的矛盾成為了困擾汽車廠商最大的難題?，F(xiàn)在好了，主動控制

6、式懸架發(fā)展至今，已形成液壓和空氣支撐兩大派系，運動與舒適性這對不可調(diào)和的矛盾自然也得到了很好的解決。隨著人們對汽車乘坐舒適性的不斷追求，近年來已有不少豪華轎車和豪華SUV紛紛換裝上了性能更優(yōu)越的電子控制式主動懸架(簡稱：電控主動懸架)。在豪華轎車上采用電控主動懸架無疑是為追求更平穩(wěn)、更舒適的乘坐感，而在SUV上采用當(dāng)然則是為了平衡野外越野與公路行駛的雙重需要。通常一套控制堪稱精密的電控式主動懸架不論制造成本還是維護(hù)保養(yǎng)費用都不菲，所以更多時候我們只能在豪華車型上發(fā)現(xiàn)它的身影，也難怪這類車型的乘坐感受與眾不同。圖1.31 車內(nèi)控制按鈕，可調(diào)節(jié)車身高度和運行模式主動式懸架在其結(jié)構(gòu)中植入了可人工或自

7、動控制發(fā)力的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并能根據(jù)路面情況自動調(diào)節(jié)減震器剛度和阻尼，以獲得更好的行駛舒適性。從這種懸架的組成種類來看，大致又可以分為兩大類。一類是電子控制式主動液壓懸架，它能通過車載電腦計算出懸架受力大小和加速度，利用液壓減震器的伸縮來保持車身平衡;另一類則是電子控制式空氣懸架，它也是通過車載電腦計算懸架的受力及感應(yīng)路面情況，適時調(diào)整空氣減震器的剛度和阻尼系數(shù)，令車身的震動始終保持在一定范圍內(nèi)。這兩類電控主動懸架的共同點是：都能實現(xiàn)車身高度調(diào)節(jié)，能通過改變減震器阻尼來抑制車身姿態(tài)變化。不過在性能表現(xiàn)上，電控主動液壓懸架和空氣懸架卻是各有千秋。雖然兩種形式的主動控制懸架能帶來很好的舒適性，不過較高的

8、價格令它們難以普及。如果把電控主動液壓懸架和電控主動空氣懸架放在一起來比較一下，或許更能突出它們各自具備的鮮明特點。對于電控主動液壓懸架而言，在舒適性上稍遜于電控主動空氣懸架，因為它還是建立在傳統(tǒng)的懸架基礎(chǔ)之上，只是對車身高度和減震器的阻尼進(jìn)行調(diào)整。它的高頻吸震能力比空氣懸架要差，因此它的運用車型也僅在PSA集團(tuán)內(nèi)的中高級轎車雪鐵龍C5、標(biāo)致407和行政級轎車雪鐵龍C6上得到大力推廣，其他車型采用的就比較少了。但407所裝備的是不具備高度調(diào)節(jié)的電控主動液壓懸架。此外，電控主動液壓懸架對于復(fù)雜路況的反應(yīng)也比較吃力，甚至還會導(dǎo)致油壓過高影響壽命。電控主動空氣懸架就不會有這樣的問題，它采用氣壓結(jié)構(gòu)來

9、控制車身平衡，并且空氣彈簧和減震器能抵消大部份路面?zhèn)鬟f的短波和長波震動，這也是電控主動液壓懸架所不具備的。不過兩者的共同性則是能為高速行駛的車輛提供足夠的穩(wěn)定性，當(dāng)車輛在不平路面行駛時，又能提高車身增加通過能力。但電控主動空氣懸架的缺點也很明顯，成本高昂、維護(hù)保養(yǎng)成本高。 第2章 電控懸架的構(gòu)成和工作原理圖2.1-1 電控懸架系統(tǒng)的構(gòu)成2.1 電控懸架的構(gòu)成圖2.13 汽車電控懸架圖2.1-2 雷克薩斯LS400轎車電控空氣懸架系統(tǒng)零部件車上布置各種傳感器電控單元執(zhí)行機(jī)構(gòu) 汽車不同的行駛狀態(tài)對懸架有不同的要求。一般行駛時需要柔軟一點的懸架以求舒適感，當(dāng)急轉(zhuǎn)彎及制動時又需要硬一點的懸架以求穩(wěn)定性

10、，兩者之間有矛盾。另外，汽車行駛的不同環(huán)境對車身高度的要求也是不一樣的。一成不變的懸架無法滿足這種矛盾的需求，只能采取折中的方式去解決。在電子技術(shù)發(fā)展的帶動下，工程師設(shè)計出一種可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整的電子控制懸架來滿足這種需求，這種懸架稱為電控懸架，目前比較常見的是電控空氣懸架形式。以前空氣懸架多用于大客車上，停車時懸架下降汽車離地間隙減少，便于乘客上下車，開車時懸架上升便于通行。這種空氣懸架系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、閥門、彈簧、氣室（氣囊）、減振器所組成。車輛高度直接靠閥門控制氣室的空氣流進(jìn)流出來調(diào)整。 現(xiàn)在轎車用的電控懸架引入空氣懸架原理和電子控制技術(shù)，將兩者結(jié)合在一起。典型的電控懸架由電子控制元件

11、（ECU）、空氣壓縮機(jī)、車高傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、速度傳感器、制動傳感器、空氣彈簧元件等組成。 空氣彈簧元件是由電控減振器、閥門、雙氣室所組成。電控減振器頂部有一個小型電動機(jī)，可通過它轉(zhuǎn)動一個調(diào)整量孔大小的控制桿將阻尼分成多級，從而實現(xiàn)控制阻尼的目的。閥門也充當(dāng)了一個調(diào)節(jié)氣流的作用，通常雙氣室是連通的，合起來的總?cè)莘e起著空氣彈簧的作用，比較柔軟；但當(dāng)關(guān)閉雙氣室之間的閥門時，則以一個氣室的容量來承擔(dān)空氣彈簧的作用，就會變得硬，因此閥門起到控制“彈簧”變軟變硬的作用。電控懸架工作時，閥門的相互作用控制通向空氣彈簧元件的氣流量。傳感器檢測出汽車的行駛狀態(tài)并反饋至ECU，ECU綜合這些反饋信息計算并

12、輸出指令控制空氣彈簧元件的電動機(jī)和閥門，從而使電控懸架隨行駛及路面狀態(tài)不同而變化：在一般行駛中，空氣彈簧變軟、阻尼變?nèi)?，獲得舒適的乘坐感；在急轉(zhuǎn)彎或者制動時，則迅速轉(zhuǎn)換成硬的空氣彈簧和較強(qiáng)的阻尼，以提高車身的穩(wěn)定性。同時，該系統(tǒng)的電控減振器還能調(diào)整汽車高度，可以隨車速的增加而降低車身高度（減小離地間隙），減少風(fēng)阻以節(jié)省能源；在車速比較慢時車身高度又可恢復(fù)正常。2.2 汽車電控懸架的工作原理 對于汽車懸架而言，若懸架剛度減少，則懸架的平順性好，汽車乘坐的舒適性提高，但過低的懸架剛度會造成汽車在行駛過程中產(chǎn)生橫擺和縱搖，破壞汽車正常行駛狀態(tài)，使汽車行駛穩(wěn)定性降低。而且，若只減少懸架剛度而不改變減振

13、器的減振阻尼，地面沖擊力會通過減振器傳至車身，汽車乘坐的舒適性也會被破壞。因此，懸架剛度控制最好能與車身高度控制和減振器的減振阻尼控制聯(lián)合作用，才能有效地改善汽車的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性。電控懸架系統(tǒng)能夠根據(jù)車身高度、車速、轉(zhuǎn)向角度及速率、制動等信號，由電子控制單元（ECU）控制懸架執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使懸架系統(tǒng)的剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數(shù)得以改變，從而使汽車具有良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。 而在日常調(diào)節(jié)中，空氣懸掛會有幾個狀態(tài)。1、保持狀態(tài)。當(dāng)車輛被舉升器舉起，離開地面時，空氣懸掛系統(tǒng)將關(guān)閉相關(guān)的電磁閥，同時電腦記憶車身高度，使車輛落地后保持原來高度：2、正常狀態(tài)，即發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)。行車過程中，若車身高度變化超過一定范圍，空氣懸掛系統(tǒng)將每隔一段時間調(diào)整車身高度：3、喚醒狀態(tài)。當(dāng)空氣懸掛系統(tǒng)被遙控鑰匙、車門開關(guān)或行李廂蓋開關(guān)喚醒后，系統(tǒng)將通過車身水平傳感器檢查車身高度。如果車身高度低于正常高度一定程度，儲氣罐將提供壓力使車身升至正常高度。同時，空氣懸掛可以調(diào)節(jié)減震器軟硬度，包括軟態(tài)、正常及硬態(tài)3個狀態(tài)（也有標(biāo)注成舒適、普通、運動三個模式等），駕駛者可以通過車內(nèi)的控制鈕進(jìn)行控 第三章 關(guān)于電控懸架的結(jié)論對于我國汽車業(yè)而言，隨著高檔汽車制造技術(shù)的引進(jìn)及人們對舒適