汽车悬架电子控制系统结构及工作原理

2018-12-05刘小龙

大众汽车 2018年12期

刘小龙

华北水利水电大学河南郑州 450000

1 汽车电子控制悬架发展背景

汽车的悬架是连接车身和车轮之间全部零件和部件的总称，主要由弹簧、减震器和导向机构三部分组成。通过悬架的弹性支撑，有效地抑制、降低了车身的振动，以保证汽车行驶的平顺性和操作稳定性。传统悬架，由于只能被动受力，因此存在着很多的不足。随着汽车技术的不断发展，电子控制悬架渐渐取代了传统悬架。电子控制悬架系统可以根据悬架位移、车速、转向、制动器信号等，由电子控制单元控制相关执行元件，可以根据行驶状况的变化主动改变刚度和汽车车身的高度，以抑制汽车倾斜，使车身姿态发生变化，因此，它能较好保持汽车的驾驶舒适性和操作稳定性。

2 汽车悬架电子控制系统的概述

2.1 汽车悬架电子控制系统的基本组成

电子控制悬架又称电子调节悬架系统，由传感器、控制开关、电控单元和执行器组成。传感器和控制开关向电控单元输入信号，电控单元接到信号后，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、空气弹簧的刚度和减震器的阻尼。车身高度控制系统的主要功用是当车内乘员或载荷变化时，自动调节车身高度，使汽车行驶稳定。

2.2 汽车悬架电子控制系统的基本功能

电子控制悬架系统的基本目的是通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，突破传统被动悬架的局限性，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应。其主要的作用有：①调节车身高度。无论车辆负重多少，都需要维持车身在一定高度，电子控制悬架可根据不同的道路情况改变车身高度，提高操作稳定性。②控制减震器阻尼力。通过对减震器阻尼系数的调整，防止汽车急速起步和急加速时车尾下蹲；防止紧急制动时车头下沉；防止汽车急转时车身横向摇动。③控制弹簧刚度。通过对弹簧弹性系数的调整，来改善汽车的行驶平顺性和操作稳定性。

2.3 汽车悬架电子控制系统的分类

按有源和无源分，分为半主动式悬架和全主动式悬架。半主动悬架是无源悬架。不能控制悬架的刚度和阻尼，但可以根据行驶状况调节悬架参数。主动悬架是有源悬架，可以对悬架的刚度和阻尼和车身高度等进行调节。

按悬架介质的不同，分为油气式电子控制主动悬架和空气式主动悬架。油气式电子控制悬架以油为介质压缩气室中的氮气，实现刚度调节以管路中的小孔节流形成阻尼特性。空气式电子控制悬架采用空气弹簧，实现悬架刚度控制。

3 汽车悬架电子控制系统主要结构及工作原理

装备电子控制主动悬架系统的汽车能根据本身的负载情况、行驶状态和路面情况等，主动地调节包括悬架系统的阻尼力、汽车车身高度和行驶状态、弹性元件的刚度的多项参数。使汽车的相关性能始终处于最佳状态。

3.1 汽车悬架电子控制系统传感器的组成

车身传感器，检测车身与车桥的相对位移，反映车身的平顺性和车身高度，并可通过调节元件对其参数进行调节；光电式传感器，其连杆的顶端与后悬架臂相连，检测车身高度；转向角传感器，检测转向转角，计算车身倾斜，并且可以对汽车悬架系统的倾斜刚度进行调节；加速度传感器，检测车身振动，同时可以反映行驶路面状况和车身横向运动状况；车速传感器，检测车轮转速，反映车速和计算车身的侧倾量。根据检测到的车速，通过调节元件调节车身高度；节气门位置传感器，检测节气门开度，反映汽车加速状况，适时调节悬架的刚度；加速度踏板传感器，检测踏板力。

3.2 汽车悬架电子控制系统执行元件的结构及工作原理

（1）可调阻尼力控制执行机构

可调阻尼力减震器，主要由缸筒、活塞及活塞控制杆、回转阀等构成。活塞杆是一空心杆，其中装有控制杆，控制杆与执行器相连。控制杆的下端装有回转阀，回转阀上有三个油孔，活塞杆上有两个通孔。当电子控制单元ECU促使执行器工作时，通过控制杆带动回转阀相对活塞杆转动，回转阀与活塞杆上的油孔连通或切断，从而增加或减少油液的流通面积，使油液的流动阻力改变，达到调节减震器阻尼力的目的。

直流电动机式执行器，主要由：直流电动机、小齿轮、扇形齿轮、电磁线圈、挡位、控制杆组成。每个执行器安装于悬架系统中减震器的顶部，并通过其上的控制杆与回转阀相连接，直流电动机和电磁线圈直接接受电子控制单元的控制。

（2）侧倾刚度控制的执行机构

汽车的侧倾刚度与汽车的转向特性密切相关。为改变汽车的侧倾刚度，可以通过改变横向稳定杆的扭转刚度来实现。侧倾刚度控制系统根据电子控制单元ECU得信号，通过一执行器来控制横向稳定杆液压气缸内的油压，达到调节横向稳定扭转刚度的目的。

（3）弹簧刚度控制的执行机构

气动缸由封入低压惰性气体和阻尼力可调的减震器、旋转式膜片、主气室和悬架执行元件组成。主气室是可变容积的，下部有一个可伸展的隔膜，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。主副气室设计为一体即省空间，之间有一个通道，气体可以相互流通。改变主、副气室的气体通道的大小，就可以改变空气悬架的刚度。减震器的活塞通过中心杆和齿轮系与直流步进电动机相连接。步进电动机转动转动可改变活塞阻尼孔的大小，从而改变减震器的阻尼系数。