汽车底盘电控系统检修课件：汽车电控悬挂认识 30页

学习情境 2.1 电控悬挂系统认识 学习内容 一、电控悬挂系统功能和类型 二、电控悬挂系统组成及原理 三、电控悬挂机构及工作过程 能力重点：掌握系统部件组成结构及功能操作 一 、 电控悬架系统的功能和类型 基本目的 ： 控制调节 悬架刚度 和 阻尼力 — 使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应，从而使汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性都得到满足。 1、基本功能 车身调节功能 车速与路面感应控制 车身姿态控制 汽车电控悬架系统 — Electronic Controlled System — ECS 电子调节悬架系统—Electronic Modulated Suspension System— EMS ① 自动高度控制 不管乘客和行李重量如何变化，操作高度控制开关能使汽车的目标高度变为“正常”或“高”的状态，使汽车始终保持一个恒定的高度。 ② 高速控制 当汽车在良好的路面上高速行驶时，车速超过90km/h，若汽车高度控制开关选择在“HIGH”上，汽车高度将自动转换为“NORM”，以降低车身高度，减少空气阻力，提高汽车行驶的稳定性；当汽车在连续差路面上行驶时，车速在40～90km/h，则提高车身高度，以提高汽车的通过性。 ③ 点火开关“OFF”控制 驻车时，点火开关断开后，乘客和行李重量的变化使汽车高度高于目标高度时，能使汽车高度降低到目标高度。即能改善汽车驻车时的姿势（汽车高度降低），减小空间占据量，且更加安全，也便于乘客的乘降。 车身高度调节 自动载荷调节 车速高 → 提高 弹簧刚度 和 减振器阻尼力 ，以提高汽车高速行驶时的操纵稳定性 ； 当前轮遇到突起时 → 减小后轮悬架弹簧刚度和减振器阻尼力，以减小车身的振动和冲击 ； 当路面差时 → 提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的振动。 车身与路面感应控制 转向时侧倾控制： 急转向时 → 提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的侧倾 ； 制动时点头控制： 紧急制动时 → 提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的点头 ； 加速时后坐控制： 急加速时 → 提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的后坐。 车身姿态控制 电控悬架系统控制功能表 控 制 项 目 功 能 防侧倾控制 使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，能抑制侧倾而使汽车的姿势变化减至最小 防点头控制 使弹簧刚度和减振力 变成“坚硬”状态， 能抑制汽车制动时的点头而使汽车的姿势变化减至最小 防下坐控制 使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，能抑制汽车加速时的后部下坐而使汽车的姿势变化减至最小 高车速控制 使弹簧刚度变成“坚硬”状态或使减振力变成“中等”状态，能改善汽车高速行驶时的稳定性和操纵性 不平整路面控制 使弹簧刚度和减振力视需要变成“中等”或“坚硬”状态，以抑制车身在悬架上下垂，从而改善汽车在不平坦路面上行驶时的乘坐舒适性 颠动控制 使弹簧刚度和减振力变成“中等”或“坚硬”状态，抑制汽车在不平整路面上行驶时的颠动 跳振控制 使弹簧刚度和减振力视需要变成“中等”或“坚硬”状态，能抑制汽车在不平整路面上行驶时的上下跳动 自动高度控制 不管乘客和行李的质量情况如何变化，使汽车保持某一恒定的高度位置，操作高度控制开关使汽车的目标高度变为“正常”或“高”的状态 点火开关off控制 当点火开关关闭后，因乘客和行李的质量变化而使汽车高度变为高于目标高度时，能使汽车高度降低至目标高度，从而改善汽车驻车时的姿态 根据控制目的不同 车高控制系统、刚度控制系统、阻尼控制系统、综合控制系统等； 根据刚度和阻尼系数是否可调 主动悬架和被动悬架； 根据传力介质的不同 电控空气悬架系统和电控液压悬架系统； 根据控制系统有源或无源 半主动悬架和全主动悬架 。 2、电控悬架类型 半主动悬架 主动悬架 被动动悬架 电子控制单元 （信号分析、处理） 电子控制单元 （综合处理、发出指令） 传感器 （采集车身状态参数） 二、 电控悬架系统 的组成及原理 方向盘转角传感器 车身高度传感器 车速传感器 节气门位置传感器信号 加速踏板传感器 制动灯开关 电磁阀 气泵电机 步进电机 执行器 （调节悬架参数） 1、组成 常用传感器 传感器名称 传感器用途 车身加速度传感器 检测车身的摆动，可间接反映汽车行驶的路面情况 车身高度传感器 检测车身相对车桥的位移，可反映车身的平顺性和车身的高度 车速传感器 检测车轮的速度，可反映车速和用于计算车身的侧倾程度 转向盘转角传感器 检测转向盘转角，用于计算车身的侧倾程度 制动压力开关 检测制动管路的制动液压力，提供汽车制动信号 制动灯开关 检测制动灯电路的通断，提供汽车制动信号 节气门位置传感器 检测节气门的开度，提供汽车加速度信号 加速踏板传感器 检测加速度踏板的动作，提供汽车加速度信号 传感器将汽车行驶的路面情况和车速及起动、加速、转向、制动等状况转变为电信号，输送给电子控制单元，电子控制单元将传感器送入的电信号进行综合处理，输出对悬架的刚度和阻尼系数及车身高度进行调节的控制信号，执行机构按照电子控制单元的控制信号准确地动作，及时地调节悬架的刚度和阻尼系数及车身的高度。 2、原理 电子控制单元 （信号分析、处理） 传感器 （采集车身状态参数） 执行器 （调节悬架参数） 电控 调节原理 ① 方 向盘转角传感器 功用 ：检测方向盘的转角信号，并将信号传给电控单元，电控单元间接得到转向状态信息（快慢、大小）； 安装位置 ：转向轴上； 种类： 光电式（常用）； 信号机理： 通过光束的通断变化，在输出端产生ON、OFF的脉冲信号； ON、OFF信号变换的速度 →转动速度检测；ON、OFF信号的相位角，即ON状态首先到达→转动方向的检测； 三、电控悬挂机构及工作过程 1、电控空气悬挂系统 （1）、传感器器结构及工作过程 光电式转角传感器的安装位置与结构 1、2—转角传感器 3—光电元件 4—遮光盘 5—转向轴 6、7—传感器圆盘 光电式转角传感器的工作原理 1—光电元件 2—遮光盘 ② 车身高度传感器 功用 ： 将车身与车桥之间相对高度变化（悬架变形量的变化）转换为电信号并送给电控单元 ； 类型： 片簧开关式 （接触式） 、霍尔式 （接触式） 和光电式传感器 （非接触式）； ◆ 片簧开关式车身高度传感器 结构 ：4组触点开关，构成4个检测回路； 信号机理 ：开关的组合 →低、正常、高、超高； 原理： 当车身高度调到正常高度时，如果车身高度偏离正常高度，如车辆乘员增加使车身高度降低时，这时片簧开关式车身高度传感器就会有一对触点接触，将车身高度降低的电信号输送给电控单元，电控单元根据得到的信号进行处理后，输出指令到执行器，执行器控制相关元件使车身高度恢复到正常高度。 片簧开关式车身高度传感器 1— 车身高度传感器 2— 磁体 3— 片簧开关 ◆ 霍尔式车身高度传感器 原理： 当车身高度发生变化时，两个磁体就会产生相对位移，在两个霍尔集成电路上就会产生相应的霍尔电压信号，电控单元根据接收到的信号就可以判定车身高度状态，从而发出指令控制执行器做出相关调整。 霍尔式车身高度传感器 1—传感器体 2—霍尔式集成电路 3—弹簧夹 4—滑动轴 5—窗孔 光电式车身高度传感器安装位置和工作原理 1— 传感器轴 2— 光电耦合器 3— 遮光盘 4— 连接杆 ◆ 光电式车身高度传感器 安装位置： 一般安装在车身与车桥之间 ； 结构原理： 车身高度变化时，车身与车 桥 的相对运动使车身高度传感器的连接杆转动，通过传感器轴带动遮光盘转动。当遮光盘上的 槽 对准耦合器时，发光二极管发出的光线通过该槽使光敏三极管受光导通，输出“ ON”信号，反之输出“OFF”信 号； ③ 横向加速度传感器 主要用于检测 汽车转向 时，汽车因离心力的作用而产生的横向加速度，并将产生的电信号输出给电控单元，电控单元根据输送来的信号可以判断悬架系统阻尼力改变的大小以及空气弹簧中空气压力的调节情况，调整车身至最佳姿态。 ④ 车速传感器 检测出车轮的转速信号。 ⑤ 节气门位置传感器 利用此信号来判断汽车是否在进行急加速，可以间接检测汽车的加速度信号 — 电控单元利用此信号作为防止车身下坐控制的一个工作状态参数。 ⑥ 车门传感器 为了防止行驶过程中车门未关闭而设置的。 ⑦ 高度控制开关 高度控制开关是用来选择汽车高度的，电控单元检测高度控制开关的状态和相应信号使汽车高度升高或下降。有的车辆上还有高度控制ON/OFF开关，用于停止车高控制。 ⑧ 模式选择开关 模式选择开关位于变速器操纵手柄旁，驾驶员根据汽车的行驶状况和路面情况选择悬架的运行模式，即悬架的“软”、“中”或“硬”状态，从而决定 减振器的阻尼力大小 ； 驾驶员通过控制模式选择开关，可使悬架系统工作在4种运行模式：自动、标准；自动、运动； 模式选择开关 自动挡 手动挡 2 个位置 适应舒适型驾驶的频率 适应运动驾驶的频率 ⑨ 制动灯开关 制动灯开关的功用是当踩下制动踏板时，停车灯开关便接通，电控单元接收这个信号作为 防点头控制 用的一个起始状态。 制动灯开关的安装位置 原理： 传感器传来的信号经输入电路整形变换后，以数字信号的形式通过输入电路送入悬架ECU，ECU对这些信号进行分析、比较和判断处理，经精确计算后输出控制信号 ； 自诊断： ECU还具有故障自诊断功能，当电子控制系统出现故障时，ECU将以故障代码的形式存储故障，并使指示灯点亮 ； 失效保护： ECU还具有对系统的保护功能，即在控制系统出现故障时暂时切断对悬架的控制。 （2）、电子控制单元 悬架电子控制单元电路图 ① 空气压缩机 组成： 空气压缩机、排气电磁阀 —由 电脑控制 、干燥器、电动机 — 由 电脑控制的继电器控制 等。 工作机理： 当车内载荷 增加时，车身高度会下降，车身高度传感器将这一信号传送给悬架ECU，ECU控制空气压缩机、车身高度电磁阀工作，向空气弹簧主气室充气，直至车身高度达到规定值；当车内载荷减少时，车身高度上升，此时，ECU根据车身高度传感器传来的信号发出控制信号，打开车身高度控制电磁阀，使空气弹簧主气室的空气通过高度控制电磁阀、空气管路，从排气阀排出，从而使车身下降。 （3）、执行器结构及工作过程 ★ 执行器 悬架控制执行器的基本结构 1—空气阀驱动齿轮 2—扇形齿轮 3—电磁线圈 4—制动杆 5—电机 6—小齿轮 7—阻尼调节杆 8—空气阀控制杆 ②、 悬架控制执行器 通过步进电 动 机驱动主、副气室的 空气阀阀芯 和 减振器阻尼孔的回转阀 转动，使悬架的各参数保持在稳定的状态。 ①、 空气悬架刚度的调节 结构： 电控悬架用空气弹簧代替传统悬架的螺旋弹簧或钢板弹簧。主气室是可变容积的，在它的下部有一个可伸缩的橡皮隔膜，压缩空气进入主气室可升高悬架的高度，反之使悬架高度下降。悬架的上端与车架相连，下端与车桥相连。 ★ 调节过程 空气悬架的基本构造 悬架刚度调节原理 1—阻尼调节杆 2—空气阀控制杆 3—主、副气室通道 4—副气室 5—主气室 6—气阀体 7—气体通道 8—阀芯 9—大气通道 机理 ： 通过使空气阀阀芯处于不同的位置， 改变两气室之间气体流量 ， 实现空气弹簧低、中、高3种状态的刚度调节。 过程： 通过悬架控制执行器带动空气阀控制杆转动，使空气阀芯转过一个角度，从而改变气体通道的大小，改变主、副气室之间的气体流量 悬架阻尼的调节原理 1— 阻尼调节器杆 2— 回转阀 3— 阻尼孔 4— 活塞杆 ② 空气 悬架阻尼的调节 通过改变减震器 阻尼孔截面积大小 ，从而改变油路截面积，使 油液的流动阻力改变 ，实现“高、中、低”三种状态的调节。 ③、 车身高度的控制 机理： 通过向空气弹簧的主气室内充放气体来实现车身高度的调节。 车身高度控制调节原理 1—压缩机 2—电动机 3—干燥器及排气阀 4—控制电磁阀 5—空气悬架 6—指示灯 7—悬架ECU 8—车身高度传感器 过程： 悬架ECU根据 车高传感器 送来的信号来判断车身的高度状况。当判定车身需要升高时，向高度控制阀发出指令， 高度控制阀打开 ，压缩空气进入空气弹簧的主气室，车身升高；当判定车身需要降低时，发出指令，控制 高度控制阀和排气阀同时通电打开 ，悬架的主气室中的空气通过高度控制阀、管路，最后由 排气阀排出 ，车身高度下降；当车身达到规定高度时，高度控制阀关闭，空气弹簧的主气室中的空气量保持不变，车身维持一定高度不变。 电控液压悬架系统属于主动悬架系统。其中的油气弹簧以氮气作为弹性介质，用油液作为传力介质。油气弹簧一般由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸组成。它通过油液压缩气室中的空气实现变刚度特性，通过电磁阀控制油液管路中的小孔节流实现变阻尼特性。 2、电控液压悬挂系统 油气弹簧 相同点： 为高速行驶的车辆提供足够的稳定性， 为 在不平的路面上行驶 的车辆 提高车身和增加通过能力。 不同点： 电控液压悬架 — 在舒适性上稍逊于电控空气悬架，因为它还是建立在传统的悬架基础之上，只是对车身高度和减振器的阻尼进行了调整。电控液压悬架系统的高频吸振能力比空气悬架要差，对于复杂路况的反应也比较差，甚至还会导致油压过高而影响寿命。因此采用这种悬架系统的车型也 相对较少。 电控空气悬架 — 它采用气压结构来控制车身平衡，并且空气弹簧和减振器能抵消大部分路面传递的短波和长波振动，这也是电控液压悬架所不具备的。缺点 ： 成本高昂、维护保养成本高。 3、电控空气悬挂与电控液压悬挂比较