汽車電控技術(shù)詳細(xì)教案

1、部門：汽車工程系班級：13汽營汽車電控技術(shù)項(xiàng)目： 汽車懸架電子控制系統(tǒng)懸架電子控制系統(tǒng)的組成及工作原理課時(shí)：2課時(shí)時(shí)間：第10周本講教學(xué)目標(biāo)：知識點(diǎn)：汽車懸架系統(tǒng)概況懸架系統(tǒng)的類型電控懸架系統(tǒng)的組成及功用電控懸架系統(tǒng)的工作原理能力點(diǎn)：了解懸架系統(tǒng)概況熟悉懸架系統(tǒng)的類型掌握電控懸架系統(tǒng)的組成和功用掌握電控懸架系統(tǒng)的工作原理本講主要內(nèi)容：汽車懸架系統(tǒng)概況懸架系統(tǒng)的類型電控懸架系統(tǒng)的組成及功用電控懸架系統(tǒng)的工作原理教學(xué)條件：教材、懸架實(shí)物、常規(guī)教學(xué)工具本講教學(xué)要求簡 介懸架系統(tǒng)概況重點(diǎn)講解電控懸架系統(tǒng)的功用、結(jié)構(gòu)和原理教學(xué)重點(diǎn)：電控懸架系統(tǒng)的組成和功用電控懸架系統(tǒng)的工作原理教學(xué)難點(diǎn)：電控懸架系統(tǒng)的功

2、用、結(jié)構(gòu)和原理教學(xué)方法及手段：講解 輔助教具本講教學(xué)內(nèi)容：汽車懸架電子控制系統(tǒng)懸架電子控制系統(tǒng)的組成及工作原理復(fù)習(xí)回顧電控自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)、功能（針對自動(dòng)變速器通過學(xué)生模擬4S店銷售進(jìn)行回顧）實(shí)物展示邀請學(xué)生親自感受普通懸架剖析普通懸架減振器原理分析不足引出電控懸架新課導(dǎo)入：汽車懸架在汽車的行駛過程中其什么作用？現(xiàn)代懸架應(yīng)該具備什么樣的要求呢？概述汽車懸架是車身或車架與車輪或車橋之間傳力連接裝置的總稱。其作用主要有如下三個(gè)方面： （1）與輪胎共同作用，緩沖和吸收來自車輪的振動(dòng)，使汽車平穩(wěn)行駛。 （2）將車輪與路面之間產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力及其力矩傳遞到車身。 （3）將車身支承在前后車橋上，并保持車

3、身與車輪之間的幾何關(guān)系。 傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)主要由彈簧、減振器、穩(wěn)定桿等組成。為提高汽車乘坐的舒適性，要求懸架做得比較軟。以滿足汽車在不平路面上行駛時(shí)車輪有較大的運(yùn)動(dòng)空間。但這將導(dǎo)致汽車在行駛過程中，由于路面的顛簸而使車身位移增大，這種位移的增大會對汽車行駛的穩(wěn)定性帶來十分不利影響。反之，為提高汽車操縱的穩(wěn)定性，要求懸架要有較大的彈簧剛度和較大的減振器減振阻尼，以限制車身過大的運(yùn)動(dòng)。但這又會導(dǎo)致車身產(chǎn)生較大顛簸，從而影響汽車的乘坐舒適性和車輛行駛的平順性。因此，傳統(tǒng)的懸架在設(shè)計(jì)過程中不可避免地要不斷在乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性中尋求妥協(xié)。盡管近年來傳統(tǒng)懸架在結(jié)構(gòu)上的不斷更新和完善，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行

4、設(shè)計(jì)，已使汽車，特別是轎車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性有了很大提高，但傳統(tǒng)懸架仍然受到諸多的限制。如最終設(shè)計(jì)的懸架參數(shù)（彈簧剛度和減振器減振阻尼等）是不可調(diào)節(jié)的，使得傳統(tǒng)懸架只能保證汽車在一種特定的道路和速度條件下達(dá)到性能最優(yōu)的匹配，并且只能被動(dòng)地承受地面對車身的作用力，而不能根據(jù)道路、車速的不同而改變懸架參數(shù)，更不能主動(dòng)地控制地面對車身的作用力。討論：先進(jìn)懸架具備的要求。讓學(xué)生熟悉懸架系統(tǒng)的分類能說出各種懸架的特點(diǎn)懸架電子控制系統(tǒng)的組成及工作原理一、汽車懸架系統(tǒng)類型與要求（1）根據(jù)剛度和阻尼系數(shù)是否可調(diào)：主動(dòng)和被動(dòng)懸架；（2）根據(jù)有源和無源：半主動(dòng)和主動(dòng)懸架；（3）根據(jù)傳力介質(zhì)：油氣式主動(dòng)懸架和

5、空氣式主動(dòng)懸架。根據(jù)路面條件、載重質(zhì)量、行駛速度等來調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)的剛度、減振器阻尼、車身高度，從而使車輛在各種行駛條件下均可獲得最佳的舒適型、通過性和安全性。由電控懸架的要求導(dǎo)入本講內(nèi)容引題：電控懸架系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)哪些功能。通過實(shí)例介紹與傳統(tǒng)懸架比較講解重點(diǎn)介紹要舉例說明加以講解二、電子控制懸架系統(tǒng)的功能裝備電子控制主動(dòng)懸架系統(tǒng)的汽車能夠根據(jù)本身的負(fù)載情況、行駛狀態(tài)和路面情況等，主動(dòng)地調(diào)節(jié)包括懸架系統(tǒng)的阻尼力、汽車車身高度行駛姿勢、彈性元件的剛度在內(nèi)的多項(xiàng)參數(shù)。這類懸架系統(tǒng)大多采用空氣彈簧或油氣彈簧作為彈性元件，通過改變彈簧的空氣壓力或油液壓力的方式來調(diào)節(jié)彈簧的剛度，使汽車的相關(guān)性能始終處于最佳狀

6、態(tài)。以凌志LS400為例。1.模式變化。凌志LS400的電子控制空氣懸架系統(tǒng)提供了懸架控制開關(guān)，給駕駛員進(jìn)行選擇。懸架開關(guān)由LRC（凌志乘坐控制）開關(guān)和高度控制開關(guān)組成，如圖1所示。圖1凌志LS400模式開關(guān)LRC開關(guān)有兩個(gè)位置：NORM（常規(guī)）和SPORT（運(yùn)動(dòng)）。NORM模式著重于乘坐舒適性，通常用于一般的行駛。SPORT模式著重于提高急轉(zhuǎn)彎等情況下的車輛穩(wěn)定性。 高度控制開關(guān)也有兩個(gè)位置：NORM（常規(guī)）和HIGH（高位）。NORM位置在一般道路上行駛時(shí)選用，HIGH位置則在不平道路上行駛時(shí)選用。2.彈簧剛度和減振阻尼控制。 彈簧剛度和減振器減振阻尼力均由電子裝置控制。彈簧剛度有“軟”和

7、“硬”兩種模式，減振器減振阻尼則有“軟”、“中”和“硬”三種模式。電子裝置根據(jù)車速和路面的變化自動(dòng)地調(diào)節(jié)懸架剛度和減振阻尼，這種控制方式共有四種：高車速控制、不平道路控制、顛動(dòng)控制和跳振控制。此外，在車速或轉(zhuǎn)向急劇變化時(shí)，會造成車身姿態(tài)的急劇變化，既破壞汽車乘坐的舒適性，又容易使汽車失去方向穩(wěn)定性。所以，必須對車身姿態(tài)實(shí)施控制。這種控制方式共有三種：轉(zhuǎn)向時(shí)的車身側(cè)傾控制、制動(dòng)時(shí)的車身“點(diǎn)”頭控制和起步或突然加速時(shí)的車身后仰控制。（1）防止車尾下蹲控制 汽車在急速起步或加速時(shí)，在慣性力和驅(qū)動(dòng)力的作用下，汽車尾部的下蹲控制到最小程度，以保持車身的穩(wěn)定。（2）防止汽車點(diǎn)頭控制汽車在高速行駛采取緊急制

8、動(dòng)時(shí)，由于慣性力和車輪與地面之間的附著力的作用，促使車頭下沉。防止汽車點(diǎn)頭控制就是要使這種點(diǎn)頭現(xiàn)象減小到最小程度。（3）防止汽車側(cè)傾控制汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于離心力的作用，使汽車與車身的外側(cè)下沉，轉(zhuǎn)彎結(jié)束時(shí)，會產(chǎn)生車身外側(cè)的恢復(fù)，造成汽車橫向擺動(dòng)。防止汽車側(cè)傾控制就是使這種現(xiàn)象控制到最佳狀態(tài)。（4）防止汽車縱向搖動(dòng)控制 汽車的縱向搖動(dòng)一方面是由于汽車在換擋過程中，驅(qū)動(dòng)車輪上的驅(qū)動(dòng)力在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大變化使汽車縱向搖動(dòng)；另一方面是由于汽車在不平整的道路上行駛時(shí)，汽車的車速與路面的波動(dòng)產(chǎn)生共振，或受路面的影響，造成車身縱向搖動(dòng)。防止汽車縱向搖動(dòng)控制就是使車身的這種狀態(tài)得到最佳的控制。具體見表1.表1

9、電子控制空氣懸架系統(tǒng)的功能控制項(xiàng)目功能防側(cè)傾控制使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能抑制側(cè)傾，使汽車的姿勢變化減至最小，以改善操縱性防“點(diǎn)”頭控制使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能抑制汽車制動(dòng)“點(diǎn)”頭，使汽車的姿勢變化減至最小防后仰控制使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能抑制汽車加速時(shí)后仰，使汽車的姿勢變化減至最小高車速控制使彈簧剛度變成“硬”狀態(tài)和使減振阻尼變成“中”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能改善汽車高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性和操縱性不平整道路控制使彈簧剛度和減振阻尼視需要變成“中”或“軟”狀態(tài)，以抑制汽車車身在懸架上下跳動(dòng)，改善汽車在不平坦道路上行駛時(shí)的乘坐舒適性顛動(dòng)控制使彈

10、簧剛度和減振阻尼變成“中”或“軟”狀態(tài)。它能抑制汽車在不平坦道路上行駛時(shí)的顛動(dòng)跳振控制使彈簧剛度和減振阻尼變成“中”或“軟”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能抑制汽車在不平坦道路上行駛時(shí)的上下跳振路面感應(yīng)*半主動(dòng)控制對應(yīng)于不同的道路，提供四輪獨(dú)立的減振阻尼最佳控制。相應(yīng)地，汽車可在各種不同的道路和行駛狀況下保持恒定姿態(tài)問題：關(guān)于電控空氣懸架，甲認(rèn)為：在急轉(zhuǎn)彎時(shí)，由轉(zhuǎn)向傳感器檢測轉(zhuǎn)向盤操作，電腦通過執(zhí)行器使懸架剛度和阻尼力變換到高(硬)值；乙認(rèn)為緊急制動(dòng)時(shí)，如果車速高于60kmh，電腦通過執(zhí)行器使懸架剛度和阻尼力變換到高(硬)值。你認(rèn)為誰對？（1）自動(dòng)水平控制?？刂栖嚫卟浑S乘員數(shù)量和載荷大小的變化而變化，由此抑制

11、空氣阻力和升力(迫使汽車漂浮)的增加，減小顛簸并保證平穩(wěn)行駛。（2）高速行駛時(shí)的車高控制。汽車高速行駛時(shí)操縱穩(wěn)定性一般要受到破壞，此時(shí)降低車高有助于抑制空氣阻力和升力的增加，提高汽車直線行駛的穩(wěn)定性。（3）駐車時(shí)車高控制，乘員下車后自動(dòng)降低車高有利于改善汽車的外觀，另外通過調(diào)整車高也利于在車庫中的存放。 具體見表2.表2 車身高度控制的功能控制項(xiàng)目功能自動(dòng)高度控制不管乘員和行李重量情況如何，使汽車高度保持在某一個(gè)恒定的高度位置。操作高度控制開關(guān)能使汽車的目標(biāo)高度變?yōu)椤罢！被颉案摺钡臓顟B(tài)高車速控制當(dāng)高度控制開關(guān)在“hight（高）”位置時(shí)，汽車高度會降低到“正?！睜顟B(tài)。這就改善高速行駛時(shí)的空氣

12、動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性點(diǎn)火開關(guān)關(guān)斷*控制當(dāng)點(diǎn)火開頭關(guān)斷后因乘員重量和行李重量變化而使汽車高度變?yōu)楦哂谀繕?biāo)高度時(shí)，能使汽車高度降低到目標(biāo)高度。這就能改善汽車駐車時(shí)的姿勢重點(diǎn)講解電控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理三、汽車懸架電子控制系統(tǒng)組成與工作原理（以凌志LS400為例）目前，電控空氣懸架在高級轎車、客車上應(yīng)用較為廣泛，主要由傳感器、電控懸架ECU 和執(zhí)行器等組成,如圖2所示。系統(tǒng)根據(jù)懸架車身高度、車速、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)等傳感信號，由ECU控制電磁式或步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行器，改變懸架的特性，以適應(yīng)各種復(fù)雜的行駛工況對懸架特性的不同要求。圖2電控懸架組成傳感器的作用是將汽車行駛的速度、啟動(dòng)、加速度、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和路面情況、汽車振動(dòng)情

13、況、車高等信息傳送給懸架ECU。汽車懸架系統(tǒng)所用的傳感器主要有：車身加速度傳感器、車身高度傳感器、車身傳感器、車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。開關(guān)有模式選擇開關(guān)、制動(dòng)燈選擇開關(guān)、停車開關(guān)和車門開關(guān)。如圖3所示。懸架ECU接收各種傳感器的輸入信號并進(jìn)行各種運(yùn)算，然后給執(zhí)行器輸出控制懸架的剛度、阻尼力和車身高度的信號。同時(shí)，懸架ECU具有故障自診斷功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測各傳感器的信號是否正常工作，工作中一旦發(fā)現(xiàn)故障，ECU將故障以代碼的形式存在存儲器中，并點(diǎn)亮故障指示燈報(bào)警。圖3凌志電控懸架系統(tǒng)元件安裝位置通常所用的執(zhí)行件是電磁閥、步進(jìn)電機(jī)、泵氣電機(jī)等。當(dāng)執(zhí)行元件接收到懸架ECU的控制信號后，及時(shí)準(zhǔn)確地動(dòng)作，從而按照要求調(diào)節(jié)懸架的剛度、阻尼力和車身高度。車身狀態(tài)傳感器和開關(guān)給 ECU 提供加速度、 位移及其他目標(biāo)參數(shù)等信號, ECU 根據(jù)各傳感器送來的信號進(jìn)行運(yùn)算分析,向懸架執(zhí)行元件發(fā)出指令信號, 使執(zhí)行元件(如阻尼調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)) 產(chǎn)生一