电子控制悬架系统
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汽车电子
第18章 电子控制悬架系统
A
1
本章主要内容
电子控制主动悬架 电子控制半主动悬架 车高控制悬架
A
2
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。
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“运动状态”。
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。
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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。
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18.2.1 半主动悬架系统
A
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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。
图18-3为一个三级式半主动减振器的简图。
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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。
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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。
(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。
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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。
半主动悬架的 控制过程如图 18-2所示。
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18.2.1 半主动悬架系统
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。
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i，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i=，ECU
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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。
A
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18.2.1 半主动悬架系统
在减振器A-A、B-B、CC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。
A
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18.2.1 半主动悬架系统
不输出调整悬架阻尼控制信号，减振器保持原阻
尼；如果i<，ECU则输出增大悬架阻尼信号； 如果i>，ECU则输出减小悬架阻尼信号。
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18.2.1 半主动悬架系统
2.半主动悬架减振器结构原理 半主动悬架减振器分为有级调整式和无级调整式两种。 (1)有级调整式半主动悬架系统
有级调整式半主动悬架系统将悬架的阻尼(刚度)分为 2～3级，根据载荷和工况的变化，由驾驶员选择或根 据各传感器的信号自动选择。
A
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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பைடு நூலகம்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。
A
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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。
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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。
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18.1.2 电子控制悬架的作用与类型
第18章 电子控制悬架系统
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本章主要内容
电子控制主动悬架 电子控制半主动悬架 车高控制悬架
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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。
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“运动状态”。
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。
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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。
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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。
图18-3为一个三级式半主动减振器的简图。
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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。
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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。
(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。
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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。
半主动悬架的 控制过程如图 18-2所示。
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18.2.1 半主动悬架系统
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。
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i，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i=，ECU
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(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。
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18.2.1 半主动悬架系统
在减振器A-A、B-B、CC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。
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18.2.1 半主动悬架系统
不输出调整悬架阻尼控制信号，减振器保持原阻
尼；如果i<，ECU则输出增大悬架阻尼信号； 如果i>，ECU则输出减小悬架阻尼信号。
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18.2.1 半主动悬架系统
2.半主动悬架减振器结构原理 半主动悬架减振器分为有级调整式和无级调整式两种。 (1)有级调整式半主动悬架系统
有级调整式半主动悬架系统将悬架的阻尼(刚度)分为 2～3级，根据载荷和工况的变化，由驾驶员选择或根 据各传感器的信号自动选择。
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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பைடு நூலகம்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。
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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。
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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。
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18.1.2 电子控制悬架的作用与类型