《汽車電器與電子控制技術》課件 11.汽車舒適性控制系統(tǒng)

第11章汽車舒適性控制系統(tǒng)汽車電器與電子控制技術知識要點掌握程度相關知識汽車電控懸架系統(tǒng)了解電控懸架系統(tǒng)的功能、分類、組成及工作原理掌握電控懸架系統(tǒng)的結構特點，包括傳感器、電動單元和執(zhí)行機構電控懸架系統(tǒng)的基本知識，電控懸架系統(tǒng)的結構特點汽車電控動力轉向系統(tǒng)了解轉向系統(tǒng)的設計要求和基本類型掌握液壓式電控動力轉向、電動式電控動力轉向及四輪轉向控制系統(tǒng)的結構特點及工作原理電控動力轉向系統(tǒng)的基本知識，液壓式電控動力轉向，電動式電控動力轉向，四輪轉向控制系統(tǒng)【本章教學要點】

汽車舒適性是指為乘員提供舒適、愉快的乘坐環(huán)境、貨物的安全運輸和方便安全的操作條件的性能。

汽車舒適性包括：汽車平順性、汽車噪聲、汽車空氣調節(jié)性能、汽車乘坐環(huán)境及駕駛操作性能等。本章重點介紹幾種與汽車舒適性相關的電子控制系統(tǒng)，主要是電控懸架系統(tǒng)和電控動力轉向系統(tǒng)。11.1汽車電控懸架系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)11.1.1懸架的力學模型和性能評價11.1.2主動懸架控制11.1.3電控懸架系統(tǒng)的基礎知識11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)11.1.1懸架的力學模型和性能評價11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.懸架的力學模型懸架是汽車重要組成部分，把車體和車軸彈性連接起來，并承受作用于車輪和車體間作用力，緩沖來自不同路面給車體傳遞的沖擊載荷，衰減各種動載荷引起的車體振動。懸架的力學模型是進行性能分析和系統(tǒng)設計的基礎。為了簡化研究對象，突出問題的本質，常用簡化模型來描述：二自由度1/4車體模型、四自由度1/2車體側傾/俯仰模型及七自由度整車模型。ms-車體質量mt-非簧載質量ks-從動懸架剛度系數kt-輪胎剛度系數xs-車體的垂直位移xr-路面的垂直位移xt-非簧載質量位移cs-懸架的阻尼系數ks-懸架的剛度系數u-控制力11.1.1懸架的力學模型和性能評價11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

2.懸架的性能評價為了評價懸架本身緩沖減振的效果，一般用1/4車體模型作為研究對象，主要性能指標為懸架的平順性、懸架的動撓度及輪胎的動載荷(或輪胎的接地性能)。最后把所有單個懸架用某種算法協(xié)調起來，以滿足整車的性能指標要求，如抗側傾、抗仰俯特性。

(1)傳遞函數(幅頻特性)評價法(2)方均根值評價法11.1.1懸架的力學模型和性能評價11.1.2主動懸架控制11.1.3電控懸架系統(tǒng)的基礎知識11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)11.1.2主動懸架控制11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.簧載質量的振動控制某轎車裝備的主動懸架如圖11-4所示，采用的是Sky-hook控制算法。通過性能試驗證實，該懸架系統(tǒng)無論是抑制來自地面的沖擊，還是抑制車輛的各種操作引起車體姿態(tài)的變化，都有非常明顯的效果。11.1.2主動懸架控制11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

2.非簧載質量的振動控制某車的懸架系統(tǒng)，車體的振動由主動天棚阻尼器控制(主動控制，低頻)，而非簧載質量的高頻振動則由次級蓄能器(圖11-6)的彈簧剛度、阻尼閥的流動阻尼力，以及主動控制閥的流動阻尼力自然衰減。11.1.1懸架的力學模型和性能評價11.1.2主動懸架控制11.1.3電控懸架系統(tǒng)的基礎知識11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)11.1.3電控懸架系統(tǒng)的基礎知識11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.電控懸架系統(tǒng)的功能電子控制懸架系統(tǒng)(ElectronicControlSuspensionSystem，ECSS)也稱為電子調節(jié)懸架系統(tǒng)(ElectronicModulatedSuspensionSystem)，可根據汽車行駛路面、行駛速度和載荷變化等，自動調節(jié)懸架系統(tǒng)剛度、減振器阻尼力和車身高度大小，使車輛行駛平順性和操縱穩(wěn)定性在各種條件下達到最佳。主要有以下功能：(1)控制減振器的阻尼(2)控制彈性元件的剛度(3)調整車身高度11.1.3電控懸架系統(tǒng)的基礎知識11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

2.電控懸架系統(tǒng)的分類電子控制懸架屬于主動懸架，按照是否含動力源，分為半主動懸架(無源主動懸架)和全主動懸架(有源主動懸架)兩大類。(1)半主動懸架不考慮改變懸架的剛度，只考慮改變懸架阻尼來調節(jié)懸架減振性能，因此其調節(jié)裝置主要由無動力源的可控的阻尼元件組成。半主動懸架根據阻尼調節(jié)方式分:有級半主動式(阻尼力有級可調)和無級半主動式(阻尼力連續(xù)可調)。11.1.3電控懸架系統(tǒng)的基礎知識11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

2.電控懸架系統(tǒng)的分類

(2)全主動懸架全主動懸架可以根據汽車的運動狀態(tài)和路面狀況，適時地調節(jié)懸架的剛度和阻尼，使其處于最佳減振狀態(tài)。

阻尼調節(jié)可用和半主動懸架相似的方法，而剛度調節(jié)必須利用額外的能源來實現。全主動懸架系統(tǒng)是在被動懸架系統(tǒng)中附加一個可控制作用力裝置，由傳感器、ECU和執(zhí)行機構組成。11.1.1懸架的力學模型和性能評價11.1.2主動懸架控制11.1.3電控懸架系統(tǒng)的基礎知識11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)一般工作原理：

傳感器和控制開關向電控單元輸入車身以及汽車行駛的狀態(tài)信息，電控單元接收傳感器和控制開關輸入的電信號，并向執(zhí)行機構發(fā)出控制指令，執(zhí)行機構產生一定的機械動作，從而改變車身高度、彈性元件剛度或減振器阻尼。11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.傳感器

(1)轉向盤轉角傳感器功用是檢測轉向盤的中間位置、轉動方向、轉動角度和轉動角速度。在電子控制懸架中，ECU根據車速傳感器信號和轉向盤轉角傳感器信號，判斷汽車轉向時側向力的大小和方向，以控制車身的側傾?，F代汽車多采用光電式轉向盤轉角傳感器，圖11-12所示。11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.傳感器

(2)加速度傳感器功用是檢測汽車轉向時，汽車因離心力的作用而產生的橫向加速度或縱向加速度，并將產生的電信號輸送給ECU，使ECU能判斷懸架系統(tǒng)的阻尼力改變的大小及空氣彈簧中空氣壓力的調節(jié)情況，以維持車身的最佳姿勢。11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.傳感器

(3)車身高度傳感器功用是檢測汽車行駛時車身高度的變化情況(汽車懸架的位移量)，并將其轉換成電信號輸入懸架系統(tǒng)的電子控制裝置ECU。

懸架系統(tǒng)進行高度調節(jié)時，如果只需要判斷四個車高區(qū)域，則車身高度傳感器中只需兩個耦合器組元件即可。此時光耦合器組的狀態(tài)與車高對照見表11-3。11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.傳感器

(4)車速傳感器(5)節(jié)氣門位置傳感器(6)駕駛模式選擇開關11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

2.電子控制單元ECU11.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.執(zhí)行機構

(1)阻尼力控制執(zhí)行機構1)可調阻尼力減振器液壓減振器.mp4

(1)阻尼力控制執(zhí)行機構2)直流電動機式執(zhí)行器減振器的阻尼狀態(tài)電動機電磁線圈調整前調整后正極負極

軟-+斷開

中等+-斷開軟硬+-接通中等硬-+接通表11-5執(zhí)行器的通電方式ZF-CDC電控主動減振器.mp411.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.執(zhí)行機構

(2)懸架剛度控制執(zhí)行機構

懸架剛度電子控制系統(tǒng)也稱為變剛度空氣彈簧懸架系統(tǒng)，執(zhí)行機構為變剛度空氣彈簧氣壓缸，如圖11-21所示。自動載荷調節(jié)減振器.mp411.1.4電控懸架的組成和工作原理11.1汽車電控懸架系統(tǒng)

1.執(zhí)行機構

(3)車身高度控制執(zhí)行機構車身高度控制系統(tǒng)在汽車乘員或載荷變化時自動調節(jié)懸架(車身)高度的原理：當汽車乘員或載荷增加時，ECU將自動調高懸架使車身高度升高；反之，當乘員或載荷減小時，ECU將自動調低車身高度，控制過程如圖11-23所示。Panamera主動懸掛.mp4拓展11.1汽車電控懸架系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)11.2.1轉向系統(tǒng)的設計要求及類型11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)11.2.1轉向系統(tǒng)的設計要求及類型11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

1.轉向系統(tǒng)的設計要求(1)優(yōu)越的操縱性(2)合適的轉向力(3)平順的回轉性能(4)要有隨動作用(5)減小從道路表面?zhèn)鱽淼臎_擊(6)工作可靠11.2.1轉向系統(tǒng)的設計要求及類型11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

2.轉向系統(tǒng)的類型汽車轉向系統(tǒng)按轉向能源不同分：機械轉向系統(tǒng)，助力轉向系統(tǒng)。助力轉向系統(tǒng)按控制方式分：傳統(tǒng)助力轉向系統(tǒng)和電子控制助力轉向(ElectricControlPowerSteering，EPS)系統(tǒng)。電子控制助力轉向系統(tǒng)根據動力源不同分：液壓式電控助力轉向(Electro-hydraulicPowerSteering，EHPS)系統(tǒng)和電動式電控助力轉向(ElectricPowerSteering，EPS)系統(tǒng)。11.2.1轉向系統(tǒng)的設計要求及類型11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)EHPS是在傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)基礎上，增設電子控制裝置而構成的。

根據控制方的不同，EHPS可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)1.流量控制式EHPS系統(tǒng)流量控制式EHPS根據車速傳感器信號調節(jié)動力轉向裝置供應的壓力油液，改變油液的輸入輸出流量，以控制轉向力。圖11-26a)所示為日產轎車上使用的流量控制式EHPS結構圖。11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)2.反力控制式EHPS系統(tǒng)反力控制式EHPS是一種根據車速大小，控制反力室油壓，從而改變輸入、輸出增益幅度以控制轉向力。

圖11-31所示為反力控制式EHPS的工作原理圖。該系統(tǒng)主要由轉向控制閥、分流閥、電磁閥、轉向動力缸、轉向液壓泵、儲油箱、車速傳感器(圖中未畫出)及ECU等組成。11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)3.閥靈敏度控制式EHPS系統(tǒng)閥靈敏度控制式EHPS系統(tǒng)是根據車速控制電磁閥，直接改變動力轉向控制閥的油壓增益(閥靈敏度)來控制油壓的。

圖11-32所示為某轎車所采用的閥靈敏度控制式EHPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)對轉向控制閥的轉子閥作了局部改進，并增加了電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等。11.2.1轉向系統(tǒng)的設計要求及類型11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)電動式電控助力轉向系統(tǒng)是一種直接依靠電動機提供輔助轉矩的電動助力式轉向系統(tǒng)。

該系統(tǒng)用電動機代替了電控式液壓助力轉向系統(tǒng)中的液壓缸，用電子開關代替了液壓分配閥，電動機由汽車電源系統(tǒng)供電。

當駕駛員轉動轉向盤時，電動式電控助力轉向系統(tǒng)中的傳感器檢測其運動情況，使電動機產生足夠的動力帶動轉向輪做適當的偏轉，實現轉向。11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

1.電動式電控助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)點(1)將電動機、離合器、減速裝置、轉向桿等各部件裝配成一整體，既無液壓管路又無控制閥，使其結構緊湊、質量減輕。(2)沒有液壓式電動助力系統(tǒng)所必需的常態(tài)運轉的轉向油泵，電動機只是在需要轉向時才通電源，動力消耗和燃油消耗均降到最低。(3)省去了液壓系統(tǒng)，不需要給轉向油泵補充油液，不必擔心漏油。(4)可比較容易地按照汽車性能需要設置、修改轉向助力特性。11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

2.電動式電控助力轉向系統(tǒng)的工作原理電動式電控助力轉向系統(tǒng)主要由轉矩傳感器、電控單元ECU、電磁離合器、電動機及減速機構等組成，如圖11-36所示。11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

3.電動式電控助力轉向系統(tǒng)的結構(1)轉矩傳感器

測量轉向盤與轉向器之間的相對轉矩，以作為電動助力的依據之一。11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

3.電動式電控助力轉向系統(tǒng)的結構(2)電磁離合器電磁離合器的作用是ESP系統(tǒng)發(fā)生故障時，離合器分離，轉向助力變?yōu)槠胀ㄊ謩愚D向。

有些車型沒有電磁離合器，失效保護控制在電控助力轉向系統(tǒng)的ECU中，停止對電機供電，轉為手動轉向。11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

3.電動式電控助力轉向系統(tǒng)的結構(3)電動機11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

3.電動式電控助力轉向系統(tǒng)的結構(4)減速機構11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

4.電動式電控助力轉向系統(tǒng)的控制11.2.1轉向系統(tǒng)的設計要求及類型11.2.2液壓式電控助力轉向(EHPS)系統(tǒng)11.2.3電動式電控助力轉向系統(tǒng)11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)目前，絕大多數汽車都是以兩個前輪作為轉向車輪，這樣的轉向系統(tǒng)稱為兩輪轉向(Two-wheelSteering，2WS)系統(tǒng)。為了使汽車具有更好的彎道通過性和操縱穩(wěn)定性，一些汽車在后橋上也安裝了轉向系統(tǒng)，四個車輪均為轉向車輪，這樣的轉向系統(tǒng)稱為四輪轉向(Four-wheelSteering或All-wheelSteering，4WS)系統(tǒng)。11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

1.4WS車的轉向特性汽車采用4WS系統(tǒng)的目的:

在汽車低速行駛時，依靠逆向轉向(前、后車輪的轉角方向相反)獲得較小的轉向半徑，改善汽車的操縱性；

在汽車以中、高速行駛時，依靠同向轉向(前、后車輪的轉角方向相同)減小汽車的橫擺運動，使汽車可以高速變換行進路線，提高轉向時的操縱穩(wěn)定性。汽車四輪轉向系統(tǒng).mp411.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

1.4WS車的轉向特性

(1)4WS車低速時的轉向特性11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)

1.4WS車的轉向特性

(2)4WS車高速時的轉向特性11.2.4四輪轉向控制系統(tǒng)11.2汽車電控助力轉向系統(tǒng)2.轉向角比例控制式4WS系統(tǒng)轉向角比例控制，是指使后輪的偏轉方向在低速區(qū)與前輪的偏轉方向相反，在高速區(qū)與前輪的偏轉方向相同，并同時根據轉向盤轉向角度和車速情況控制后輪與前輪偏轉角度比例。11.2.4