页数：38页文件大小：1.15 MB来源： 现代汽车新技术概论ppt课件
本课件介绍汽车悬架的作用与分类，重点讲解电控悬架系统的传感器与电子控制模块，并展开半主动悬架、主动空气悬架、油气弹簧悬架与路况预测传感器。
第七章汽车现代悬架技术
【教学目标】通过本章的学习，了解电控悬架的类型，熟悉电控悬架系统的基本组成，熟悉电控悬架系统的工作原理。
悬架是连接车架（承载式车身）和车桥（或车轮）之间的传力连接装置的总称。悬架系统的主要功能有：(1)与轮胎一起，吸收和减缓汽车行驶中由于路面不平所造成的各种颤动，摇摆和振动，从而保证乘客和货物的安全，并提高驾驶稳定性；(2)将路面与车轮之间摩擦所产生的驱动力和制动力，传递到底盘和车身；(3)支承车身，并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。
传统悬架主要由弹性元件、减振器和导向机构等组成（图7.2）。
其中弹簧、减振器和轮胎的综合特性，决定了汽车的行驶性、操纵性和乘坐的舒适性。由于传统悬架系统使用的是定刚度弹簧和定阻尼系数减振器，只能适应特定的道路与行驶条件，无法满足变化莫测的路面状况和汽车行驶状况，而且这种悬架只能被动地承受地面对车身的各种作用力，无法对各种情况进行主动地调节、使操纵性和乘坐舒适性达到和谐。
图7.2汽车悬架系统
电控悬架系统的基本功能(1)车高调整功能无论汽车的负载是多少，均能使车高保持一定。当汽车在很差的道路上行驶时，可以使车高增加，加大离地间隙；当汽车高速行驶时，又可以使车高降低，以便减小空气阻力，提高操纵稳定性。
(2)衰减力控制功能作用是提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动的情况下，可以抑制汽车姿势的变化。(3)弹簧弹性系数的控制功能利用控制弹簧弹性系数的办法，控制汽车起步时的姿势。按使用目的，本项功能分为运动型(SPORT)和舒适型(TOURING)两种。
电控悬架系统主要有半主动悬架和主动悬架半主动悬架是指悬架元件中的弹簧刚度和减振器阻尼系数之一可以根据需要进行调节。可以根据路面的激励和车身的响应对悬架的阻尼系数进行自适应调整。
全主动悬架简称主动悬架，它能自动调整悬架刚度和阻尼(包括整体调整和单轮调整)，此外，主动悬架还可根据车速的变化控制车身的高度。另外，根据悬架介质的不同，电控悬架系统又可分为油气式主动悬架和空气式主动悬架。7．1电控悬架系统的类型
各种独立悬挂形式的应用实例：双横臂式：如图7.3所示。红旗CA7560、依维柯等的前悬挂；它有两个不等长的摆臂，当车辆在不平路面行驶，车轮可以上下跳动、左右摆动旋转。
装在横梁与下臂间的螺旋弹簧与减振器，可支承车重并减缓冲击载荷。此外，在左右轮下摆臂处，装有稳定杆；并且，有橡胶缓冲块，装在上下摆臂或车架。Flash图7.3典型的双横臂式独立悬架结构图
纵臂式：如图7.4所示：单纵臂式富康、桑塔纳、捷达、雷诺5型等轿车的后悬挂；纵臂式独立悬架是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架结构，又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。单纵臂式悬架当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化，因此单纵臂式悬架不用在转向轮上。
双纵臂式悬架的两个摆臂一般做成等长的，形成一个平行四杆结构，这样，当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。双纵臂式悬架多应用在转向轮上。图7.4典型的纵臂式独立悬架结构图
麦弗逊式（滑柱摆臂式）：捷达、桑塔纳、高尔夫、奥迪100、红旗7220等的前悬挂。这种悬架目前在轿车中采用很多。如图7.5所示。
麦弗逊式悬架将减振器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化，图7.5麦弗逊式独立悬架结构示意图
单斜臂式：Sierra轿车、宝马5系列轿车的后悬挂。这种悬架如图7.6所示。这种悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。图7.6单斜臂式独立悬架
7.2电控悬架系统的基本组成图7.7电控悬架系统的组成
1.电控悬架系统的传感器国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。汽车传感器的主要作用是将汽车行驶的速度、起动、加速度、转向、制动和路面状况、汽车振动状况、车身高度等信号输送给电子控制模块。
这里我们主要介绍电控悬架中的几种传感器：1）车身高度传感器车身高度传感器的作用是把车身与车桥之间的相对位置变化量转化为电信号送给悬架ECU，然后通过有关执行元件，随时对车身高度进行调节，以维持车身高度基本不随载荷的变化而变化；还可以在汽车起步、转向、制动以及前、后、左、右车轮载荷相应发生变化时，随时调整有关车轮悬架的刚度，以提高汽车抗俯仰、抗侧倾的能力，从而保证良好的操纵稳定性；也可以在汽车各轮载荷不同时，分别对各轮悬架的高度进行调节，以维持车身姿式基本不变。高度传感器的数量与车上装备的电控悬架系统的类型有关。
图7.8是车高传感器的结构图。高度传感器的一端与车架连接，另一端装在悬架系统上（图7.9）。
图7.8车高传感器结构1—遮光器；2—圆盘；3—盖；4—电缆；5—金属封油环；6—壳体；7—轴
图7.9车身高度传感器的安装位置
2）方向盘转角传感器转角传感器装于转向轴管上，可向ECU提供汽车转向速率、转角大小及转向方向信息，由ECU确定需调哪些车轮的悬架及调节量需要多大。图7.10所示为该传感器的安装位置和构造图，图7.11为其工作原理图图7.11光电式转角传感器其工作原理图图7.10光电式转角传感器安装位置及构造1、2转角传感器；；3—光电耦合器；4、7—遮光盘；5—转向轴；6—圆盘
3）车速传感器悬架控制模块可从车速传感器，各种其他控制模块或多路传输网络接收车速信号输入，用于实现系统的各种控制功能。
2.电控悬架系统的电子控制模块电子控制模块（悬架ECU）接收各种传感器的输入信号并进行各种计算，然后给执行器输出控制悬架的刚度，阻尼力和车身高度的信号。同时，悬架ECU还监测各种传感器的信号是否正常，若发现故障，则存储故障码和相关参数，并点亮故障指示灯。
3.电控悬架系统的执行元件通常所用的执行元件是电磁阀、步进电动机和气泵电动机等。当执行元件接收悬架ECU的控制信号后，及时准确地动作，从而按照要求调节悬架的刚度、阻尼力和车身高度。
7.3电控悬架的工作原理1.半主动悬架系统的结构和工作原理半主动悬梁系统通常以车身振动加速度的均方根值作为控制目标参数，以悬架减振器的阻尼为控制对象。半主动悬架的控制模型见图7.15图7.15半主动悬架控制模型图1—控制器；2—整形放大电路；3—加速度传感器；4—悬架质量；5—阻尼可调减振器；6—悬架弹簧；7—非悬架质量；8—轮胎的当量质量
在悬架控制单元中，事先设定了一个目标控制参数，它是以汽车行驶平顺性最优控制为目的设计的。汽车行驶时，安装在车身上的加速度传感器产生的车身振动加速度信号经整形放大后输入电脑，电脑立刻计算出当前车身振动加速度的均方根值，并与设定的目标参数比较，根据比较结果输出控制信号：
图7.17所示为一个由外部电磁铁控制的减振器简图。满足舒适性要求时，可选择较低阻尼级；汽车高速行驶时，可选择较高阻尼级。高阻尼可提高汽车行驶安全性，但舒适性下降；低阻尼可降低系统自振频率，减少对车身的冲击，利于提高舒适性，但安全性下降。a)实物图b）结构简图图7.17外部电磁铁控制的减振器
悬架阻尼的改变一般是通过控制步进电动机驱动可调阻尼减振器中的有关部件，改变阻尼孔的大小实现的，可调阻尼减振器的原理见图7.18。a）实物图b）结构系统图图7.18阻尼力可连续调节的半主动悬架系统1—节流孔；2—步进电动机；3—ECU；4—阀杆；5—阀门
图7.19所示的悬架阻尼调节装置为三级可调式减振器。三级可调式减振器旁路控制阀调节电动机带动控制杆使回转阀转动，便可通、断油孔和控制油路截面积的变化，使控制阀具有小、中、大3个位置，产生3个阻尼值，以适应不同的行驶条件。图7.19三级可调式减振器结构1—阻尼调节杆；2—阻尼孔；3—活塞杆；4—回转阀
根据电动机与电磁铁的通电方式，可以形成3种阻尼，通电方式见表7-2表7-2电动机与电磁铁的通电方式电磁铁电动机驱动角度现在的角度负极正极断开+-软—断开-+运动—接通+-硬软接通-+硬运动
2．主动悬架系统的结构和工作原理1）空气弹簧主动悬架系统图7.21是一种空气式主动悬架的工作原理图。在这个控制系统中，用到了5个基本行车工况和车身状态传感器：
图7.21电子控制空气式悬架原理图1—高度控制阀；2—空气悬架；3—车身位移传感器；4—干燥器；5—空气泵；6—排气阀
主动悬架按其控制功能，可分为车速与路面感应控制、车身姿态控制和车身高度控制。
2）油气弹簧主动悬架系统油气弹簧以气体作为弹性介质，而用油液作为传力介质，一般由气体弹簧和相当于液压减压振器的液压缸组成。通过油液压缩气室中的空气实现刚度特性，通过电磁阀控制油液管路中的小孔节流实现变阻尼特性。图7.24为雪铁龙XM轿车的主动式油气弹簧悬架布置图，该系统采用了5个基本行车状态的传感器
图7.24雪铁龙XM轿车的主动式油气弹簧悬架系统1—ECU；2—转向盘转角传感器；3—加速度传感器；4—制动压力传感器；5—车速传感器；6—车身位移传感器；7—电磁阀；8—辅助压力阀；9—刚度调节器；10—前油气室；11—后油气室
（a）系统处于“软”状态（b）系统处于“硬”状态图7.25油气主动悬架系统的工作原理1—ECU；2—转向盘转角传感器；3—加速度传感器；4—制动压力传感器；5—车速传感器；6—车身位移传感器；7—电磁阀；8—辅助压力阀；9—刚度调节器；10—前油气室；11—后油气室
油气主动悬架系统工作原理如图7.25所示，电磁阀在ECU指令下向右移动，接通压力油道，使辅助液压阀的阀芯向左移动，中间的油气室与主油气室连通，使总的气室容积增加，气压减小，从而刚度变小。a、b节流孔是阻尼器，在图7.25(a)位置，系统处于“软”状态。
在图7.25(b)位置，电磁阀中无电流通过，在弹簧作用下，阀芯左移，关闭压力油道，原来用于推动液压阀的压力油通过电磁阀的左边油道泄出，辅助液压阀阀芯右移，关闭刚度调节器，气室总容积减小，刚度增大，使系统处于“硬”状态。在正常行车状态时，系统处于“软”状态，以提高乘坐舒适性；当高速、转向、起步和制动时，系统处于“硬”状态，以提高汽车的操纵稳定性。
3）带路况预测传感器的主动悬架系统图7.26所示为带路况预测传感器的主动悬架系统。该系统包括一个悬架弹簧和一个单向液压执行器，控制阀6通过油管8与单向液压执行器的油压腔相通。油管上还接有一个支管8a，该支管与一个蓄能器11相连，蓄能器内充有气体，该气体具有弹簧的作用。另外，支管中间还没有一个主节流孔12，以限制蓄能器和油压腔之间的油流，从而形成减振作用。
在油管和蓄能器之间还设有一个旁通管路8b，该旁路上带有一个选择阀10和一个副节流孔9，副节流孔的直径大于主节流孔的直径。当选择阀打开时，油流通过选择阀的副节流孔，在蓄能器和油压腔之间流动，从而减小振动阻尼。因此，悬架系统在选择阀的作用下，具有两种不同的阻尼参数。第三章电容式传感器
图7.26带路况预测传感器的主动悬架系统1—油箱；2—油泵；3—滤清器；4—单向阀；5—蓄能器；6—控制阀；7—回油阀；8—油管8a、8b支管；9—副节流孔；10—选择阀；11—蓄能器；12—主节流孔；13—油压腔；14—液压执行器；15—车轮；16—悬架弹簧
路况预测传感器的设置情况如图7.27所示。该传感器通常为超声波传感器，频率为40kHz左右。它安装在车身的前面，以便对其下方的路面状况进行检测。
在汽车正常行驶时，选择阀关闭，液压执行器的油压腔通过主节流孔与蓄能器相通，它可以吸收并降低因路面不平面引起的微小振动。当路况预测传感器发现路面上有将引起振动的凸起物时，ECU使控制选择阀打开，并将悬架系统的阻尼系数减小到一特定值。图7.27路况预测传感器的位置1—凸起物；2—路况预测传感器
图7.28所示为路况预测传感器的输出信号。输出信号的幅值与路面凸起物的大小成正比。如果完全按照传感器输出信号进行控制，悬架系统的阻尼变化就会过于频繁，因此，在控制系统中设置了一个低阀值V1。
另外，如果在汽车通过一个很大的凸起物时，悬架系统的阻尼系数若调整得过低，就可能会产生极大的冲击力，形成悬架底部与车桥的刚性碰撞。因此，控制系统中还没定了一个高阀值V2。只有在路况预测信号介于V1和V2之间时，ECU才输出一个打开选择阀的控制信号。图7.28路况预测传感器的输出信号
【本章小结】本章主要介绍电控悬架系统。电控悬架可以使汽车在行驶过程中，根据实际的需要，使悬架的基本参数(如刚度、阻尼)随时调节，从而达到最佳的行驶平顺性和操纵稳定性。电控悬架只要有半主动悬架和主动悬架两种。
另外根据悬架介质的不同，电控悬架系统又可分为油气式主动悬架和空气式主动悬架。电控悬架系统主要由反映汽车运行状况的各种传感器，开关，电子控制单元（EMS ECU）及执行机构等组成。传感器和控制单元向EMS ECU输入信号，EMS ECU接收传感器和控制开关输入的电信号，并向执行元件发出控制指令，执行元件产生一定的机械动作，从而改变车身高度、空气弹簧的刚度或减震器的阻尼。
思考题1.汽车悬架的作用，采用电控悬架的意义？2.车高控制为什么在空气悬架大客车上得到广泛采用,它对悬架性能有那些主要改进。3.可调阻尼半主动悬架阻尼大小是如何根据车速控制的。
4.主动悬架、半主动悬架和被动悬架它们之间主要差别是什么？5.主动悬架电控单元的输入主要参数是什么？可以对汽车进行那些控制？6.主动悬架、半主动悬架是如何实现对平顺性和操纵稳定性控制的。
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