第18章_电子控制悬架系统

在半主动悬架的ECU中，事先设定了一个以 汽车行驶平顺性最优化控制为目标的控制参数 σ。汽车行驶时，安装在车身上的车身加速度传 感器将车身振动情况转换为相应的电信号，并输 入ECU。ECU中的CPU立刻计算当前车身振动加速 度的均方根值σi，并与设定的目标参数进行比 较，根据比较结果输出控制信号。如果σi=σ， ECU不输出调整悬架阻尼控制信号，减振器保持 原阻尼；如果σi<σ，ECU则输出增大悬架阻尼信 号；如果σi>σ，ECU则输出减小悬架阻尼信号。
18.2.2 主动式悬架系统
坏路面感应控制: 当汽车以40～100km／h突然驶入坏路面时， 为了控制突然产生的车身纵向角振动，悬架ECU 在接收到车身高度传感器输入的车身高度变化周 期小于0.5s的信号后，发出调整悬架刚度阻尼指 令，如果原来处于“软”状态，则悬架立即从低层 次转入中层次。如果原来处于“硬”状态，则悬架 刚度、阻尼保持中层次不变。如果汽车以大于 100 km／h速度驶入坏路面，悬架ECU发出的指令 是：如果原处于“软”状态，则直接进入高层次， 如果原处于“硬”状态，则也直接进入高层次。
18.2.1 半主动悬架系统
(2) 无级调整式半主动悬架系统 无级调整式半主动悬架系统能 在几毫秒内使其阻尼力从最小到 最大的无级连续调整。 图18-5所示的是无级调整式半主 动悬架减振器原理示意图。
18.2.1 半主动悬架系统
阻尼的改变是由步进电动机，带动可变截面 阻尼器实现的，驱动杆2和空心活塞4一同上下运 动，减振器油液被压，通过驱动杆和空心活塞的 小孔,利用小孔节流作用形成阻尼。步进电动机 通过转动驱动杆，改变驱动杆与空心活塞的相对 角度，从而改变阻尼孔实际通过截面的大小，使 减振器阻尼改变。
18.2.2 主动式悬架系统
前后车轮关联感应控制: 车速在30～80km／h运行，偶尔前轮遇到障 碍时，安装在汽车前部的车身高度传感器将会有 脉冲信号输入悬架ECU，悬架ECU经过分析计算 后，发出改变悬架刚度和阻尼的指令，使前后车 轮的悬架不论原来选用“软”或“硬”的哪个层次， 都立即选用原状态的低层次，从而提高乘坐的舒 适性，当越过障碍后，则恢复原选用的状态层 次。 但当车速超过80km／h时，若悬架刚度过 小，偶尔冲击时仍影响操纵稳定性，所以，无论 原选用什么状态，悬架都将自动保持原状态的中 层次刚度和阻尼。
18.1.2 电子控制悬架的作用与类型
2．电子控制悬架的类型 电子控制悬架的优点是能随汽车载质量和工况变化而 自动改变悬架刚度和阻尼，以提高汽车的平顺性和稳 定性。电子控制悬架则属于主动悬架，但根据是有源 控制还是无源控制可分为半主动悬架和全主动悬架两 类。
18.1.2 电子控制悬架的作用与类型
18.2.2 主动式悬架系统
2. 主动悬架电子控制系统的基本组成与控制原理
(1)主动悬架电子控制系统基本组成 不同类型、不同车型上使用的主动悬架其电子控制系统的组成部件 会有一些差别，图18-6所示的是某种空气式主动悬架电子控制系统 的组成。
18.2.2 主动式悬架系统
18.2.2 主动式悬架系统
18.2.2 主动式悬架系统
1.主动式悬架系统的基本要求及优点 (1)主动式悬架的基本要求 主动式悬架系统除了具有吸收、缓和悬架的 振动冲击外，还能根据汽车载质量、路面情况、 行驶车速、起步、制动、转向等不同工况的变 化，自动地调整悬架的刚度、阻尼以及车身高度 等，使汽车在瞬息变化的运行条件下都能获得最 舒适的平顺性和最佳的操纵稳定性。为此，主动 式悬架应配有一套提供能量装置，控制系统所采 集的信息也较多。
18.1.2 电子控制悬架的作用与类型
1．电子控制悬架的作用 电子控制悬架系统由传感器、控制器和执行机构组 成。电子控制悬架系统能自动控制车辆悬架的刚度、 阻尼系数及车身高度根据汽车载质量、车速和路面情 况的变化而改变悬架特性，因而可最大限度地提高汽 车的行驶平顺性和操纵稳定性，适应了现代汽车对乘 座舒适性、行车安全性更高的要求。
(1) 半主动悬架 半主动悬架就是指可以根据汽车运行时的振动及工况 变化情况，对悬架阻尼参数进行自动调整的悬架系 统。为了减少执行元件所需的功率，一般都采用调节 减振器的阻尼，使阻尼系数在几毫秒内由最小变至最 大，使汽车振动频率被控制在理想的范围内。半主动 悬架为无源控制，在汽车转向、起步及制动等工况 时，不能对悬架的刚度和阻尼进行有效的控制。
18.2.2 主动式悬架系统
主动式悬架用到的传感器如表18-1所示。
18.2.2 主动式悬架系统
(2)主动悬架系统优点 ① 汽车载荷变化时，主动悬架系统能自动维持车身高度使其变 化较小，保证了汽车即使在凹凸不平路面上行驶时也能车身平稳。 ② 悬架刚度可以设计小些，使车身的固有振动频率在70次／分 左右，在人感到乘坐非常舒适的范围内，由于刚度可自动调整，能 有效的防止和减缓汽车转弯时出现的车身侧倾，起步、加速时引起 车身的纵向摆动等。 ③ 一般的悬架系统，在汽车制动时，尤其是紧急制动时，车头 向下俯冲，使后轴载荷剧减，造成后轮与地面的附着条件严重恶 化，制动失灵。主动悬架系统能防止这一不良后果，保证应有的附 着条件和制动距离。 ④ 主动悬架可使车轮与地面一直保持良好接触，因而使附着力 稳定，提高了牵引力、制动力、抗侧滑力，可提高动力性、安全性 和经济性。 ⑤ 由于很好地控制和调整悬架的刚度和阻尼，消除了恶性振动 冲击，提高了车辆的运行寿命。
18.2.2 主动式悬架系统
起步车身后仰控制: 当汽车起步过快或在车速较低加速过猛时， 会引起后桥载荷增加，使车身产生后仰现象，此 时应增加后悬架的刚度和阻尼，以控制后仰程度 保持平顺和舒适。当汽车起步速度过大，或车速 在小于20km／h时，猛踩油门加速时，节气门开 度传感器和车速传感器的信号输入悬架ECU，悬 架ECU分析计算发出调整悬架刚度和阻尼的指 令。如果此时悬架处于“软”状态，则应从中层次 或低层次直接进入高层次，如果此时悬架处于 “硬”状态，则也从中层次进入高层次。
18.2.2 主动式悬架系统
车速感应控制包括: z 高速感应控制 z 前后轮关联控制 z 坏路面感应控制
18.2.2 主动式悬架系统 高速感应控制 当车速大于100 km/h时，悬架ECU根据车速 传感器输入的信息，发出改变悬架刚度和 阻尼的指令。若原来处于“软”状态时，则 刚度和阻尼自动从低层次进入中层次，若 原来处于“硬”状态时，则刚度和阻尼仍稳 定于中层次，当车速降低后则又回到原来 层次。
18.2 电子控制悬架的结构与工作原理 18.2.1 半主动悬架系统
1.半主动悬架的控制原理 半主动悬架系统通常以 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，其控制 模型如图18-1所示。
18.2.1 半主动悬架系统
半主动悬架的 控制过程如图 18-2所示。
18.2.1 半主动悬架系统
18.2.1 半主动悬架系统
当执行器将阻尼调节杆从“硬状态位置”沿反时针方向 转过60°时，减振器A-A、B-B、C-C三个阻尼孔所在位置 的截面上的阻尼孔全部打开，所以阻尼最小，处于“软状 态”也就是汽车载荷较小和在好路面运行时所选用的阻 尼。 当执行器将阻尼调节杆从硬状态位置沿顺时针方向 转过60°，减振器B-B截面上的阻尼孔打开，而A-A、C-C 截面上的阻尼孔仍被关闭，所以此时阻尼较“硬状态”时 小，较“软状态”时大，处中间值称之“运章主要内容
电子控制主动悬架 电子控制半主动悬架 车高控制悬架
18.1 概 述
悬架系统的作用是承受和传递车轮与车架之间 所受的各种力和力矩，以及吸收和减缓汽车运 行过程中所受的冲击和振动，提高车辆的平顺 性和稳定性。行驶车辆的平顺性和稳定性是衡 量悬架性能好坏的主要指标，但是二者对悬架 的刚度和阻尼的要求是互相排斥的。
转向车身侧倾控制: 在汽车急转弯或转向盘转速过快时，转向盘 传感器便把转向盘转角及转速信息输入悬架 ECU，悬架ECU计算分析后发出调整悬架刚度和阻 尼的指令，根据转角和车速的大小确定不同的调 整幅度。最大时，不管原来处于“软”、“硬”状态 的哪个层次，都一律调整到那个状态的高层次的 刚度和阻尼。
18.2.2 主动式悬架系统
制动车身“点头”控制: 在紧急制动时，会引起载荷的转移，尤其是 前轴载荷突然增加，使车身产生“点头”，因此为 控制制动时车身“点头”，必须适时增加前悬架刚 度和阻尼。当车速高于60km／h运行紧急制动 时，车速传感器的信号和制动开关发出阶跃信号 同时输入悬架ECU，悬架ECU计算分析后发出调整 悬架刚度和阻尼指令，不论原来处于“硬”、“软” 状态哪个层次，一律调整到原有状态的高层次的 阻尼和刚度值。
18.1.1 传统汽车悬架系统的不足
传统悬架的刚度和阻尼只能是根据一定的载荷、某种 路面情况和车速，兼顾各方面的要求，优化选定一种刚 度和阻尼，这种刚度和阻尼一定的悬架称之为被动悬 架。 由于汽车在行驶过程中，载质量、路面情况及车速是 变化不定的，因此刚度和阻尼一定的被动悬架不可能在 改善汽车行驶平顺性和操纵稳定性方面再有大的作为， 已不能适应现代汽车对乘座舒适性和操纵稳定的更高要 求。
18.2.1 半主动悬架系统
在A、B、C三个不同截面上，设有 三排阻尼孔的回转阀4，在A-A上 有2个小孔，在B-B上有4个小孔， 在C-C上有2个小孔，与阻尼调节 杆1相连，执行器可使阻尼调节杆 1转动来控制阻尼孔的开闭，以达 到调节减振器阻尼大小的目的。
18.2.1 半主动悬架系统
在减振器A-A、B-B、C-C 三个阻尼孔所在位置的截面 上，活塞杆3将三个截面上 的所有阻尼孔全部封闭，只 有减振器下边底部的阻尼孔 可开通工作，所以减振器阻 尼最大，处于“硬状态”，也 就是汽车载荷大，或运行在 不良路面以及制动等工况下 选用的阻尼。
18.1.2 电子控制悬架的作用与类型
(2) 全主动悬架 全主动悬架简称主动悬架，是一种有源控制悬架，所 以它包括有提供能量的设备和可控制作用力的附加装 置。它可根据汽车载质量、路面状况(振动情况)，行 驶速度、起动、制动、转向等工况变化时，自动调整 悬架的刚度和阻尼以及车身高度，从而能同时满足汽 车行驶平顺性和稳定性等各方面的要求。 根据悬架介质的不同，又可分为油气式主动悬架和空 气式主动悬架两种。