汽車(chē)電子控制懸架系統(tǒng)的原理及應(yīng)用

1、科學(xué)之友年月汽車(chē)電子控制懸架系統(tǒng)的原理及應(yīng)用梅麗歌（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)習(xí)工廠，河南）摘要：闡述了汽車(chē)系統(tǒng)的原理、組成和應(yīng)用，并對(duì)控制原理進(jìn)行了分析與探討。關(guān)鍵詞：阻尼系數(shù)；傳感器；電控懸架中圖分類(lèi)號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)乘車(chē)舒適性的要求越來(lái)越高，汽車(chē)行駛平穩(wěn)性已成為衡量汽車(chē)性能的重要指標(biāo)之一。汽車(chē)行駛時(shí)，由于路不平等因素及其汽車(chē)的振動(dòng)，使乘員處于振動(dòng)之中。振動(dòng)影響著人的舒適性、工作效能和身體健康。保持汽車(chē)的舒適性，以保證駕駛員具有良好的心理狀態(tài)和準(zhǔn)確靈敏的反應(yīng)，將影響“人汽車(chē)”系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性，對(duì)確保安全行駛是非常重要的。舒適的振動(dòng)環(huán)境不僅對(duì)乘員在行駛中

2、很重要，而且可以保證到達(dá)目的地后以良好的身體和心理狀態(tài)投入工作。世紀(jì)年代初，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（）在綜合大量有關(guān)人體全身振動(dòng)的研究工作和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)人承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)指南，這樣在人承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)方面有了國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)，而且得到了世界各國(guó)的重視。我國(guó)也確定了關(guān)于人承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以“等效采用”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制原則。目前，許多國(guó)家參照來(lái)制訂汽車(chē)振動(dòng)環(huán)境，也就是汽車(chē)平順性的評(píng)價(jià)方法。汽車(chē)中懸架的作用是連接車(chē)身與車(chē)輪，以適當(dāng)?shù)膭傂灾诬?chē)輪，并吸收路面的沖擊，改善車(chē)輛的舒適性和平順性；還可以穩(wěn)定汽車(chē)行駛，改善操縱性。懸架作用中的平順性與操縱穩(wěn)定性，有著相互矛盾的聯(lián)系。

3、若想改善汽車(chē)的舒適性和平穩(wěn)性而采用較軟的彈性元件，就會(huì)增加轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)傾即加速或制動(dòng)時(shí)前后顛簸，從而使操縱穩(wěn)定性變差。同樣，若想改善汽車(chē)的舒適性和平穩(wěn)性而采用較硬的彈性元件，那么就將增加汽車(chē)對(duì)路面不平度的敏感性，從而降低平順性。如何調(diào)整兩者之間的關(guān)系，使汽車(chē)平順性和操縱穩(wěn)定性同時(shí)提高，滿(mǎn)足現(xiàn)代轎車(chē)安全、高速、舒適的要求成為汽車(chē)發(fā)展的重點(diǎn)之一。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了電控懸架。電子控制懸架在其電子控制裝置的控制下，能根據(jù)外界接受的信息或車(chē)輛本身狀態(tài)的變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的自適性調(diào)節(jié)，即電控懸架沒(méi)有固定的懸架剛度和阻尼系數(shù)。這樣可以隨著道路條件的變化和行駛需要的不同要求而自動(dòng)地調(diào)節(jié)，從根本上解決平順性和操

4、縱穩(wěn)定性之間的矛盾，提高汽車(chē)的使用性能。汽車(chē)懸架根據(jù)調(diào)節(jié)懸架的高度和阻尼系數(shù)分為被動(dòng)懸架系統(tǒng)和主動(dòng)懸架系統(tǒng)。電子控制懸架是一種主動(dòng)懸架系統(tǒng)。下面主要介紹汽車(chē)電子控制懸架系統(tǒng)的組成、原理與使用。主氣室與副氣室之間，在減震器的上部安有阻尼轉(zhuǎn)換執(zhí)行機(jī)構(gòu)，減震器的內(nèi)部有阻尼旋轉(zhuǎn)閥。因此，彈簧剛度是通過(guò)主氣室與副氣室進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻尼系數(shù)是通過(guò)減震器進(jìn)行調(diào)節(jié)。執(zhí)行器執(zhí)行器是根據(jù)從各傳感器傳到電控懸架的信號(hào)和預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出控制指令，調(diào)整阻尼系數(shù)和彈簧剛度等數(shù)據(jù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電控懸架電控懸架是懸架的控制單元，根據(jù)輸入型號(hào)和預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出控制指令，自動(dòng)調(diào)節(jié)汽車(chē)行駛狀態(tài)，使汽車(chē)處于最佳狀態(tài)，提高平順性和操縱穩(wěn)

5、定性。高度控制壓縮機(jī)高度控制壓縮機(jī)是指空氣供給裝置與調(diào)節(jié)車(chē)高的空氣壓縮機(jī)、高度控制閥等裝置?？諝鈮嚎s機(jī)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、排氣閥、干燥器等組成。高度控制閥是一個(gè)二位二通電磁閥，通過(guò)向空氣彈簧的主氣室內(nèi)進(jìn)氣和排氣，從而控制汽車(chē)的高度。傳感器電控懸架系統(tǒng)的傳感器主要包括以下幾種：車(chē)高傳感器車(chē)高傳感器由一個(gè)開(kāi)口圓盤(pán)和兩個(gè)光電傳感器組成。光電管傳感器是由發(fā)光二極管與遮光器的光敏晶體管組成。開(kāi)口圓盤(pán)與連桿組合成一個(gè)組件一起上下旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)光電傳感器在開(kāi)口圓盤(pán)的兩側(cè)，車(chē)高變化時(shí)由于開(kāi)口圓盤(pán)位置的變化，使發(fā)光二極管發(fā)出的光線(xiàn)被開(kāi)口圓盤(pán)遮擋或通過(guò)，從而檢測(cè)出不同的車(chē)高信號(hào)，并將它們轉(zhuǎn)換送至。轉(zhuǎn)向傳感器轉(zhuǎn)向傳感器由一個(gè)有

6、槽圓盤(pán)和兩個(gè)光電傳感器組成。有槽圓盤(pán)隨方向盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并在圓盤(pán)上開(kāi)有個(gè)個(gè)空，圓盤(pán)的兩側(cè)由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成的光電傳感器，它們兩者之間的光線(xiàn)變化隨著圓盤(pán)遮擋或通過(guò)轉(zhuǎn)換成“通”或“斷信號(hào)”。其他傳感器和開(kāi)關(guān)車(chē)速傳感器安裝在車(chē)輪上，監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)。節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器可以間接檢測(cè)汽車(chē)加速度信號(hào)。車(chē)門(mén)傳感器是為了防止行駛過(guò)程中車(chē)門(mén)未關(guān)閉而設(shè)置的。高度控制開(kāi)關(guān)用來(lái)選擇汽車(chē)高度、檢測(cè)控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和相應(yīng)能使汽車(chē)高度升高或下降?！败洝薄爸小?、或“硬”狀態(tài)，模式選擇開(kāi)關(guān)用來(lái)選擇懸架的檢測(cè)到開(kāi)關(guān)的狀態(tài)后，操作懸架控制執(zhí)行器，從而改變減震器的彈簧高度和阻尼系數(shù)。停車(chē)燈開(kāi)關(guān)是在踩制動(dòng)踏板時(shí)，停車(chē)燈開(kāi)關(guān)接通。電子控

7、制懸架系統(tǒng)的組成電子控制懸架由空氣彈簧減震器組件、執(zhí)行器、電控懸架高度控制壓縮機(jī)、傳感器（高度傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器、車(chē)速傳、感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器）等組成?？諝鈴椈蓽p震器組件空氣彈簧減震器組件由主氣室、副氣室、彈簧剛度執(zhí)行機(jī)構(gòu)、阻尼轉(zhuǎn)換執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液壓減震器組成。彈簧剛度執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電子控制懸架系統(tǒng)的工作原理（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）應(yīng)用技術(shù)郭愛(ài)軍：機(jī)械電子式軟超支裝置研究載緩慢起動(dòng)。當(dāng)調(diào)速電機(jī)減速為零時(shí)，負(fù)載達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。圖中所示的第階段為負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行階段，調(diào)速電機(jī)失電，主電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)負(fù)載穩(wěn)定下運(yùn)行。由于蝸輪蝸桿反行程自鎖，內(nèi)齒圈與調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速為零。當(dāng)需要停車(chē)時(shí)，如圖所示的第階段所示

8、，調(diào)速電機(jī)按設(shè)定曲線(xiàn)升速至預(yù)定轉(zhuǎn)速，主電機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于差動(dòng)輪系的速度合成，負(fù)載緩慢減速，隨著調(diào)速電機(jī)加速運(yùn)行至預(yù)定轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)速逐步降為零，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟停車(chē)。當(dāng)工作需要緊急停車(chē)或完全停車(chē)時(shí)，主電機(jī)、調(diào)速電機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)速變化見(jiàn)圖所示的第階段，在控制系統(tǒng)的作用下，主電機(jī)先失電，其轉(zhuǎn)速由額定轉(zhuǎn)速快速減至零。由于負(fù)載有機(jī)械慣性，所以調(diào)速電機(jī)需要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)克服負(fù)載的慣性力矩，此時(shí)，主電機(jī)轉(zhuǎn)子跟隨調(diào)速電機(jī)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，直至兩者的轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡，即負(fù)載轉(zhuǎn)速為零即，調(diào)速電機(jī)失電，系統(tǒng)完全停車(chē)。圖系統(tǒng)工作過(guò)程的轉(zhuǎn)速變化曲線(xiàn)結(jié)論第階段為系統(tǒng)預(yù)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速變化曲線(xiàn)。圖中可以看出，調(diào)速電機(jī)率先啟動(dòng)，按照設(shè)定速度曲線(xiàn)達(dá)到預(yù)

9、定速度。主電機(jī)的轉(zhuǎn)子隨著調(diào)速電機(jī)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在調(diào)速電機(jī)達(dá)到預(yù)定速度后，主電機(jī)轉(zhuǎn)子也達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)速。此時(shí)，由于負(fù)載阻力矩大，負(fù)載端無(wú)輸出。接通主電機(jī)電源，主電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下主動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行圖所示的第階段，調(diào)速電機(jī)按照設(shè)定曲線(xiàn)減速運(yùn)行，主電機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，通過(guò)差動(dòng)輪系的速度合成，負(fù)應(yīng)用差動(dòng)傳動(dòng)與變頻調(diào)速技術(shù)，通過(guò)主電機(jī)與調(diào)速電機(jī)在差動(dòng)輪系的速度合成，可使機(jī)械電子式軟起動(dòng)裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)能夠在相當(dāng)大范圍內(nèi)（零轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速）無(wú)級(jí)調(diào)速，能夠可靠和穩(wěn)定地工作在低速狀態(tài)下。作者簡(jiǎn)介：郭愛(ài)軍，年月生，年畢業(yè)于阜新礦業(yè)學(xué)院礦山機(jī)械專(zhuān)業(yè)，工程師。：，：；（上接第頁(yè)）由于電子控制懸架需要進(jìn)行車(chē)身高度、彈

10、簧高度和阻尼系數(shù)的控制，因此系統(tǒng)由車(chē)高傳感器、車(chē)速傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器和制動(dòng)開(kāi)關(guān)、停車(chē)燈開(kāi)關(guān)、車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)等接收型號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)電控單元的運(yùn)算處理，控制空氣彈簧進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，保持車(chē)輛平順性和操縱穩(wěn)定性?？諝鈮嚎s機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣送入空氣彈簧的空氣室中，根據(jù)汽車(chē)高度信號(hào)，控制壓縮機(jī)和排氣閥充氣或排氣，使空氣彈簧伸長(zhǎng)或壓縮而達(dá)到控制車(chē)輛高度。同時(shí)轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)、車(chē)高等信號(hào)，通過(guò)控制閥改變空氣根據(jù)車(chē)速、彈簧主、副氣室的流通面積，進(jìn)行彈簧剛度的調(diào)節(jié)，并通過(guò)控制減震器中的旋轉(zhuǎn)閥，連通或斷開(kāi)油孔改變節(jié)流孔的數(shù)量，使閥體中減震液的流通發(fā)生變化，從而改變減震器的阻尼系數(shù)。為了使大家更清楚的了解該系統(tǒng)的原理和使用過(guò)程，下面以豐田（）汽車(chē)公司的電子控制懸架系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明，見(jiàn)表。由表可見(jiàn)，豐田汽車(chē)業(yè)是通過(guò)各種傳感器部件間汽車(chē)運(yùn)行的各種信號(hào)傳遞給電控單元，經(jīng)分析處理，由個(gè)執(zhí)行部件將各種命令運(yùn)行，使汽表