电控悬架

功能特点：
1) 有源控制
2) 当汽车载荷、行驶速度、路面附着状况等行驶条件发生 变化时，能自动调整悬架系统的刚度和阻尼系数（包括整 体调整和单轮调整），从而同时满足汽车行驶平顺性和操 纵稳定性等各方面的性能要求
3) 可根据车速的变化控制车身的高度 AUDI A8主动悬架动画演示 BENZ S 魔术车身视频 BMW 7主动悬架
被动悬架：弹簧刚度 K 和减振器阻尼系数 C 在
设计时一旦选定后，使用过程中参数不改变的悬架
不足：
弹簧、减振器和轮胎的综合特性确定了汽车的行 驶平顺性和操纵稳定性。但是，机械装置的基本 规律指出：良好的行驶性能和良好的操纵性能在 使用定刚度弹簧和定阻尼减振器的传统悬架系统 中不能同时满足。
汽车对悬架的理想要求： 由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性是衡量悬架性 能好坏的主要指针，所以理想的悬架应在不同的使 用条件下具有不同的弹簧刚度和减震器阻尼，这样 既能满足行驶平顺性要求又能满足操纵稳定性要求。
实际悬架系统的设计： 只能根据某种路面附着情况和车速，兼顾各方面的 要求，优化选定一种刚度和阻尼系数。
被动地承受地面对车身的冲击，不能主动地控制这 些作用力（被动悬架）。
现代汽车对悬架系统的要求 现代汽车对悬架系统的要求除了能保证其基本性能外，还致 力于提高汽车的行驶安全性和乘坐舒适性，同时还向高附加 值、高性能和高质量的方向发展。
可控悬架：将传感器 测量的系统运动状态信号 输入电控单元，电控单元 经过分析、判断后给力发 生器发出指令，产生主动 控制力，满足不同工况对 悬架系统特性参数变化的 要求。
可控悬架分为两类：半 主动悬架和主动悬架
1.半主动悬架
定义：悬架组件中的弹簧刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据 需要进行调节。
m2 z2 m1z1 K
K(z2 (z1 z2
z1 ) )K
0 t z1
0
三个振动响应量对 q 的幅频特性（三个参数尽可能小） γ-刚度比
λ-频率比
ζ-阻尼比
1
z2 q


1

4

2
2

2
车身加速度对路面不平度的幅频特性
1
Fd
（有限个）。
阻尼力
Fຫໍສະໝຸດ Baidu0
2）连续可调阻尼半主动悬架
当 z2 z2 z1 0
当 z2 z2 z1 0
阻尼力 F Csky z2 Csky —空钩控制减振器阻尼系数
阻尼力
F 0
Csky z2 Ceq z2 z1 Ceq Csky z2 / z2 z1
在悬架控制单元中，事先设定了一个目标控制参数σ，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
ECU，ECU随即计算出当前车身振动加速度的均方根值σi，并与设 定的目标参数比较，根据比较结果输出控制信号：
（1）如果是 i ，控制器不输出调整悬架阻尼控制信号。
垂直、俯仰、 侧倾3个自由 度，4个车轮 质量主要考虑 4个垂直自由 度，一共7个 自由度。
当汽车对称于其纵轴线且左、右车轮经过路面的不平度函
数 xI yI， 此时车身只有垂直振动和俯仰振动，这两个
自由度的振动对舒适性影响最大。下图所示汽车简化成4个 自由度的平面模型。在这个模型中，又因为轮胎阻尼较小而 被忽略，同时把质量、转动惯量等效分解为前轴上、后轴上
故障检测 电子控制装置用故障检测电路来检测传 感器、执行器、线路等的故障。当发生故障时，将 信号送入控制装置，目的在于即使发生故障，也应 使悬架系统安全工作，另外，在修理故障时容易确 定故障所在位置。
可控阻尼减振器
机械式可变阻尼减振器 传统的可变阻尼减振器悬架系统应用机械式可控阀门来实 现，通过电子控制器控制减振器中的电磁阀来调节阻尼。
从行驶平顺性和舒适性出发，弹簧刚度及减振器的 阻尼系数应能随汽车运行状态而变化，使悬架系统 性能总是处于最优状态附近。但是，弹簧刚度选定 后，又很难改变，因此从改变减振器阻尼入手，将 阻尼分为两级或三级，由驾驶员选择或根据传感器 信号自动选择所需要的阻尼级。
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。半主动悬架的控制模型如下图所示。
skyhook 又译称 “天蓬”
阻尼
groundhook
“空钩”控制半主动悬架又分为两种
1）开关式“空钩”控制可切换阻尼悬架
当 z2 z2 z1 0
当 z2 z2 z1 0
“on”状态
“off”状态
阻尼力 F Con z2 z1
Con— on状态可切换阻 尼减振器的阻尼系数
特点： 1).因为调解阻尼仅消耗能量，不需要外加能量源，所以为减少执 行组件所需的功率，主要采用调节减振器的阻尼系数法，只需提 供调节控制阀、控制器和回馈调节器所消耗的较小功率即可-优点 2).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，使车身的振动被控制在某个范围之内-优点 3). 半主动悬架是无源控制，故汽车在转向、起动、制动等工况 时不能对悬架刚度和阻尼系数进行有效的控制 -缺点
如何满足该要求？
电子控制技术对悬架系统的推动作用 电子技术、传感器技术性能的大幅度改善和可靠性的进一步 提高，促使汽车电子装置的高可靠性、低成本和节省空间。 现代汽车中采用的电子悬架控制系统，克服了传统的被动悬 架系统对其性能改善的限制，该系统可根据不同的路面附着 条件、不同的装载质量、不同的行驶车速等来控制悬架系统 的刚度，调节减振器阻尼力的大小，甚至可以调整汽车车身 高度，从而使车辆的平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下 都能达到最佳组合。
及质心C上的三个集中点。
1. 汽车悬架的双质量模型
汽车悬架的双质量振动模型运动方程：
m2z2 C(z2 z1) K (z2 z1) 0

m1z1 C(z1 z2 ) K (z1 z2 ) Kt (z1 q) 0
无阻尼自由振动时 C 0，运动方程简化为
Ceq —连续可调阻尼器的等效阻尼系数。
电控悬架用传感器
1） 车速传感器 车速传感器用来测定车速，一般常用的有舌簧开关式 车速传感器，磁阻组件式车速传感器等。
2） 转角传感器 转角传感器用于检测转向盘的中间位置、转动方向、 转动角度和转动速度。在电子控制悬架中，电子控制 装置根据车速传感器信号和转角传感器信号，判断汽 车转向时侧向力的大小，从而控制车身的侧倾。
质心的横轴y的转动惯量为 I y ，簧载质量通过悬架与车
轴、车轮相连接。车轮和车轴构成的非簧载质量即车 轮质量为 m1。车轮再通过具有一定弹性和阻尼的轮胎 支承在不平的路面上。在讨论汽车平顺性时，这一三 维模型的车身质量主要考虑垂直、俯仰、侧倾3个自由 度，4个车轮质量主要考虑4个垂直自由度，一共7个自 由度。
实时采集悬架速 度信号
控制器
判 断 电 磁 阀 通 断
电磁阀工作状态
2. 主动悬架
又称全主动悬架，是一种有源控制，具有做功能力的悬架，它需 要外加能量源
组成：产生力和转矩的主动作用器（液压缸、气缸、伺服电动机、 电磁铁等）、测量组件（加速度、位移和力传感器等）和反馈控 制器等
在控制系统中，车身和车轮的振动是通过装在四个悬架上的位移 传感器测得的。有的系统也在每个车轮位置装有加速度传感器， 测量非簧载质量的垂直振动。系统中附加的传感器包括方向盘转 角。系统也可与ABS系统或VSC系统进行一体化。
Gq

g

2
1 1 2


4
22
2 相对动载荷对路面不平度的幅频特性

1
fd q
2 1 2
悬架动挠度对路面不平度的幅频特性
2. 主动与半主动悬架的车身车轮二自由度模型
主动悬架一般用液压缸作为主动力发生器，代替悬 架的弹簧和减振器，由外部高压液体提供能源，用 传感器测量系统运动的状态信号，回馈到电控单元， 然后由电控单元发出指令控制力发生器，产生主动 控制力作用于振动系统，构成闭环控制。半主动悬 架的核心部分是采用可调阻尼减振器，其控制逻辑 有的和主动悬架类似的闭环，也有根据车速等参数 进行开环控制的，它消耗的全部能量只用来驱动控 制阀，故耗能很低。
离，不传到车身和对面的车轮上去，在不平路面上进一步提 高了舒适性和路面附着性； 有助于汽车动力学工程师解决汽车乘坐舒适性和操纵性之间 的矛盾：既可得到较好的舒适性，也可同时保障操纵稳定性。
二、汽车悬架振动的基本模型
汽车是一个非常复杂的振动系统，应根据所分析的问 题进行适当的简化。下图是一个把车身品质看作刚体 的三维模型。汽车的簧载质量即车身质量为 m2，它由 车身、车架及其上的总成所组成。该质量绕通过车身
3. 主动抗侧倾控制系统 悬架系统还是以传统的形式存在，但在此基础上增加了由电 子控制的主动抗车身侧倾控制系统。悬架系统的刚度和阻尼设 计可以重新优化，加强汽车的舒适性和其它动态性能。
在转弯时降低车身的侧倾，改进汽车的操纵稳定性； 降低由侧倾引起的翻车事故； 增强乘坐舒适性； 即使在正常直线行驶时，使得路面对轮胎的垂直干扰得到隔
分类：
二级式可变阻尼减振器悬架系统 减振器的阻尼值只有高低两档，不是连续可变的。阻尼的高 低是控制器根据路面条件和汽车行驶状况自动实时调节的。 这种减振器现在应用于多功能SUV车和高档轿车。
连续可变阻尼减振器悬架系统 减振器的阻尼值是连续可变的。控制器根据路面条件和汽车 行驶状况连续自动调节减振器的阻尼值，使之始终工作在最 佳状态。因此，这种减振器性能更好，控制更平顺。
（2）如果是 i
（3）如果是 i
，控制器输出增大悬架阻尼控制信号。
，控制器输出减小悬架阻尼控制信号。
有“空钩”和“地钩”两种控制方式。以“空钩”为例进 行讨论：
“空钩”控制时，根据悬架的相对速度z1 z2
和车身的绝对加速度 z 的符号来切换阻尼设置。
u-主动控制力
主动控制主要改善了“车 身—车轮” |z2/z1| 这一环节在共 振和高频区的传递特性。
主动悬架在 “车轮—路面” |z1/q| 这一环节ft 附近的高频共振 区，共振峰比被动悬架反而更高， 这与反馈系数的选择有关。
主动与被动悬架振动响应量的幅频特性曲线
三、电控悬架系统结构和工作原理
作用：1.缓冲和吸收来自车轮的振动； 2.把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、 纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力，以 及这些反力所造成的力矩都传递到车架（或承 载式车身）上，从而改变汽车行驶的平顺性和 操纵稳定性，以保证车辆正常行驶。
传统的悬架系统组成：
弹簧（如钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧等）、 减震器、导向机构及弹性轮胎。
3） 加速度传感器 在车轮打滑时，不能以转向角和汽车车速正确判断车 身侧向力的大小。为直接测出车身横向加速度和纵向 加速度，必须在汽车悬架上装置加速度传感器。
4） 车身高度传感器 高度传感器的作用是感测车身高度（汽车悬架装置的 位移量），并将它转换成电子信号输入系统控制装置。
控制器及其实现功能
传感器信号放大 用接口电路将输入信号（如传感 器信号、开关信号）中的干扰信号除去，然后放大、 变换极值、比较极值，变换为适合输入控制装置的 信号。
输入信号的计算 电子控制装置根据预先写入只读 存储器ROM中的程序对各输入信号进行计算，并将计 算结果与内存的数据进行比较后，向执行机构（电 机、电磁阀、继电器等）发出控制信号。输入控制 装置的信号除了开/关信号外还有电压值时，还应进 行A/D变换。
驱动执行机构 控制装置用输出驱动电路将输出驱 动信号放大，然后输送到各执行机构，以实现对汽 车悬架参数的控制。
汽车电控悬架系统
讲授内容 1. 电控悬架系统的作用和分类 （了解） 2. 汽车悬架振动的基本模型 （掌握） 3. 电控悬架系统结构和工作原理 （掌握） 4. 电控悬架系统的控制方法 （了解） 5. 车身高度调节系统 （了解）
一、电控悬架系统的作用和分类
定义：悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮） 之间的所有传力连接装置的总称。