当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

汽车电子控制悬架系统的原理及应用


科学之友

Friend of S cience Amateurs

2006 年 7 月



汽车电子控制悬架系统的原理及应用
梅丽歌
( 河南交通职业技术学院实习工厂, 河南

450052)

摘 要: 阐述了汽车 EMS 系统的原

理、 组成和应用, 并对控制原理进行了分析与探讨。 关键词: 阻尼系数; 传感器; 电控悬架 中图分类号: U46 文献标识码: A 文章编号: 1000- 8136(2006)07- 0012- 02 随着人们生活水 平 的 提 高 , 人 们 对 乘 车 舒 适 性 的 要 求 越 来 越高, 汽车行驶平稳性已成为衡量汽车性能的重要指标之一。汽 车行驶时 , 由于路不平等因 素 及 其 汽 车 的 振 动 , 使 乘 员 处 于 振 动 之中。振动影响着人的舒适性、 工作效能和身体健康。保持汽车 的舒适性 , 以保证驾驶 员 具 有 良 好 的 心 理 状 态 和 准 确 灵 敏 的 反 应, 将影响 “人 - 汽车” 系统的操纵稳定 性 , 对 确 保 安 全 行 驶 是 非 常重要的。舒适的振动环境不仅对乘员在行驶中很重要, 而且可 以保证到达目的地后以良好的身体和心理状态投入工作。 20 世 纪 70 年 代 初 , 国 际 标 准 化 组 织 ISO) 在 综 合 大 量 有 关 人 体 全 身 ( 振 动 的 研 究 工 作 和 文 献 的 基 础 上 , 制 定 了 国 际 标 准 ISO2631 《人 承受全身振动的评价指 南》 这 样 在 人 承 受 全 身 振 动 的 评 价 方 面 , 有了国际通用的标准, 而且得到了世界各国的重视。我国也确定 了关于人承受全身振动 的 评 价 标 准 , 以 “ 等 效 采 用 ” 国 际 标 准 ISO2631 作为国家标准的编制原则。目前 , 许多国家参照 ISO2631 来制订汽车振动环境, 也就是汽车平顺性的评价方法。 汽车中悬架的作 用 是 连 接 车 身 与 车 轮 , 以 适 当 的 刚 性 支 撑 车轮, 并吸收路面的冲击, 改善车辆的舒适性和平顺性; 还可以 稳定汽车行驶, 改善操 纵 性 。 悬 架 作 用 中 的 平 顺 性 与 操 纵 稳 定 性, 有着相互矛盾的联系。若想改善汽车的舒适性和平稳性而采 用较软的弹性元件 , 就 会 增 加 转 弯 时 侧 倾 即 加 速 或 制 动 时 前 后 颠簸, 从而使操纵稳定性变 差 。 同 样 , 若 想 改 善 汽 车 的 舒 适 性 和 平稳性而采用较硬的弹 性 元 件 , 那 么 就 将 增 加 汽 车 对 路 面 不 平 度的敏感性, 从而降低平顺 性 。 如 何 调 整 两 者 之 间 的 关 系 , 使 汽 车平顺性和操纵稳定性同时提高, 满足现代轿车安全、 速、 高 舒 适的要求成为汽车发展的重点之一。随着电子技术的发展, 出现 了电控悬架。电子控制悬架在其电子控制装置的控制下, 能根据 外界接受的信息或车辆 本 身 状 态 的 变 化 , 进 行 动 态 的 自 适 性 调 节, 即电控悬架没有固定的悬架刚度和阻尼系数。这样可以随着 道路条件的变化和行驶 需 要 的 不 同 要 求 而 自 动 地 调 节 , 从 根 本 上解决平顺性和操纵稳定性之间的矛盾, 提高汽车的使用性能。 汽车悬架根据调 节 悬 架 的 高 度 和 阻 尼 系 数 分 为 被 动 悬 架 系 统和主动悬架系统。电子控制悬架是一种主动悬架系统。 下面主要介绍汽车电子控制悬架系统的组成、 原理与使用。 主气室与副气室之间 , 在 减 震 器 的 上 部 安 有 阻 尼 转 换 执 行 机 构 , 减震器的内部有阻尼旋转阀。因此, 弹簧刚度是通过主气室与副 气室进行调节, 阻尼系数是通过减震器进行调节。 1.2 执行器 执行器是根据从各传感器传到电控悬架 ECU 的信号和预先 设定的程序发出控制指令, 调整阻尼系数和弹簧刚度等数据的执 行机构。 1.3 电控悬架 ECU 电控悬架 ECU 是悬架的控制单元, 根据输入型号和预先设 定的程序发出控制指令 , 自 动 调 节 汽 车 行 驶 状 态 , 使 汽 车 处 于 最 佳状态, 提高平顺性和操纵稳定性。 1.4 高度控制压缩机 高度控制压 缩 机 是 指 空 气 供 给 装 置 与 调 节 车 高 的 空 气 压 缩 机、 高度控制阀等装置。空气压缩机由驱动电机、 排气阀、 干燥器 等组成。高度控制阀是一个二位二通电磁阀, 通过向空气弹簧的 主气室内进气和排气, 从而控制汽车的高度。 1.5 传感器 电控悬架系统的传感器主要包括以下几种: 1.5.1 车高传感器 车高传感器 由 一 个 开 口 圆 盘 和 两 个 光 电 传 感 器 组 成 。 光 电 管传感器是由发光 二 极 管 与 遮 光 器 的 光 敏 晶 体 管 组 成 。 开 口 圆 盘与连杆组合成一个组件一起上下旋转, 两个光电传感器在开口 圆盘的两侧, 车高变化 时 由 于 开 口 圆 盘 位 置 的 变 化 , 使 发 光 二 极 管发出的光线被开口圆盘遮挡或通过, 从而检测出不同的车高信 号, 并将它们转换送至 EPU。 1.5.2 转向传感器 转向传感器 由 一 个 有 槽 圆 盘 和 两 个 光 电 传 感 器 组 成 。 有 槽 圆盘随方向盘一起转动, 并在圆盘上开有个 20 个空, 圆盘的两侧 由发光二极管和光敏晶体管组成的光电传感器, 它们两者之间的 光线变化随着圆盘遮挡或通过转换成 “通” “断信号” 或 。 1.5.3 其他传感器和开关 ① 车速传感器安装在车轮上, 监测转速信号。 ② 节气门开度 传感器可以间接检 测 汽 车 加 速 度 信 号 。 ③ 车 门 传 感 器 是 为 了 防 止行驶过程中车门 未 关 闭 而 设 置 的 。 ④ 高 度 控 制 开 关 用 来 选 择 汽车高度、 ECU 检 测 控 制 开 关 的 状 态 和 相 应 能 使 汽 车 高 度 升 高 或下降。 模式选择开关用来选择悬架的 “软” 中” “硬” “ 、 或 状态, ⑤ ECU 检测到开关的状态后, 操作悬架控制执行器 , 从 而 改 变 减 震 器的弹簧高度和阻尼系数。 ⑥ 停车灯开关是在踩制动踏板时, 停 车灯开关接通。



电子控制悬架系统的组成

电子控制悬架由空气弹簧减震器组件、 执行器、 电控悬架 E- 高 传 ( 转 车 CU、 度 控 制 压 缩 机 、 感 器 高 度 传 感 器 、 向 传 感 器 、 速 传 感器、 节气门位置传感器) 等组成。

1.1

空气弹簧减震器组件 空气弹簧减震器 组 件 由 主 气 室 、 副 气 室 、 弹 簧 刚 度 执 行 机 构、 阻尼转换执行机构和液压减震器组成。弹簧刚度执行机构在




电子控制悬架系统的工作原理

( 下转第 14 页)

12 -

应用技术

郭爱军: 机械电子式软超支装置研究 载缓慢起动。当调速电机 减 速 为 零 时 , 负 载 达 到 工 作 转 速 , 系 统 实现软起动。 图 3 中所示的 第 3 阶 段 为 负 载 稳 定 运 行 阶 段 , 调 速 电 机 失 电, 主电机工作在额定转 速 , 驱 动 负 载 稳 定 下 运 行 。 由 于 蜗 轮 蜗 杆反行程自锁, 内齿圈与调速电机转速为零。 当需要停车时, 如 图 3 所 示 的 第 4 阶 段 所 示 , 调 速 电 机 按 设 定曲线升速至预定转速, 主 电 机 恒 速 转 动 , 由 于 差 动 轮 系 的 速 度 合成, 负载缓慢减速, 随着调速电机加速运行至预定转速, 负载 转速逐步降为零, 从而实现系统软停车。 当工作需要紧急停 车 或 完 全 停 车 时 , 主 电 机 、 速 电 机 与 负 调 载的转速变化见图 3 所示 的 第 5 阶 段 , 在 控 制 系 统 的 作 用 下 , 主 电机先失电, 其转速由额定转速快速减至零。由于负载有机械惯 性, 所以调速电机需要继续运转克服负载的惯性力矩, 此时, 主 电机转子跟随调速电机被 动 旋 转 , 直 至 两 者 的 转 矩 达 到 平 衡 , 即 负载转速为零即 nH=0 , 调速电机失电, 系统完全停车。
图3 系统工作过程的转速变化曲线



结论

第 1 阶段为系统预起动时的转速变化曲线。图中可以看出, 调速电机率先启动, 按照设定速度曲线达到预定速度。主电机的 转子随着调速电机被动旋转 , 在 调 速 电 机 达 到 预 定 速 度 后 , 主 电 机转子也达到预期转速。此 时 , 由 于 负 载 阻 力 矩 大 , 负 载 端 无 输 出。 接通主电机电源, 主电机在额定转速下主动运转, 进行图 3 所示的第 2 阶段, 调速电机 按 照 设 定 曲 线 减 速 运 行 , 主 电 机 恒 速 转动, 随着调速电机转速的降低, 通过差动轮系的速度合成, 负

应用差动传动 与 变 频 调 速 技 术 , 通 过 主 电 机 与 调 速 电 机 在 差动轮系的速度合成 , 可 使 机 械 电 子 式 软 起 动 装 置 的 传 动 系 统 能 够 在 相 当 大 范 围 内 零 转 速  ̄ 额 定 转 速) 无 级 调 速 , 能 够 可 靠 ( 和稳定地工作在低速状态下。 作者简介: 郭爱军, 1970 年 2 月生, 1992 年毕业于阜新矿业学院 矿山机械专业, 工程师。

Research on Mechanical and Electronic Soft Start Device
Guo Aijun Abstr act: The article introduces the design thinking of mechanical and electronic soft start device, explains the working principle of driving system, and analyses the working process at different stages. Key wor ds: mdchanism; electronic; soft start device
( 上接第 12 页)

由于电子控制悬架需要进行车身高度、 弹簧高度和阻尼系数的 控制, 因此系统由车高传感器、 车速传感器、 节气门位置传感器、 转 向传感器和制动开关、 停车灯开关、 车门开关等接收型号, 这些信号 经过电控单元 ECU 的运算处理, 控制空气弹簧进行适应性的调节, 保持车辆平顺性和操纵稳定性。 空气压缩机产生的压缩空气送入空 气弹簧的空气室中, ECU 根据汽车高度信号, 控制压缩机和排气阀 充气或排气, 使空气弹簧伸长或压缩而达到控制车辆高度。同时 转向、 加速、 制动、 车高等信号, 通过控制阀改变空气 ECU 根据车速、 弹簧主、 副气室的流通面积, 进行弹簧刚度的调节, 并通过控制减震 器中的旋转阀, 连通或断开油孔改变节流孔的数量, 使阀体中减震 液的流通发生变化, 从而改变减震器的阻尼系数。为了使大家更清 楚的了解该系统的原理和使用过程, 下面以丰田 TOYOTA 汽车公 ( ) 司的电子控制悬架系统为例进行说明, 见表 1。由表 1 可见, 丰田汽 车业是通过各种传感器部件间汽车运行的各种信号传递给电控单 元 ECU, 经 ECU 分析处理, 由 4 个执行部件将各种命令运行, 使汽

表1

丰田 TOYOTA) 汽车公司的电子控制悬架系统 ( 传递信号 控制方式信号 鸵角信号 制动信号 执行部件 4 个) (

传感器部件 “自动、 标准、 运动” 转换 方式转换开关 动力转向传感器 制动灯开关 节气门位置传感器 车速传感器 空挡启动开关 线束检测用端子

ECU
加速踏板踏下信号 车速信号 工作方式指示 灯 N” SPT” “ “

D、 挡信号 N
检测方式信号

车的悬架处于最佳状态, 达到调节汽车驾驶的目的。

Principle and Application of Automobile Electronic Control Suspension System
Mei Lige Abstr act: The article elaborates on the principle, composition and application of EMS system, and discusses the control system. Key wor ds: damping exponent; sensor; electronic control suspension frame


14 -


相关文章:
电子控制悬架系统的构成和功能
2,工作原理 如图 1 所示的电子控制悬架系统的工作原理为: 空气压缩机中的压缩...(1)防倾斜控制 使弹簧刚度和减震力变成"坚硬"状态,以抑制倾斜,使 汽车姿势...
汽车电子控制系统的组成及原理
汽车电子控制系统的组成及原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。桑塔纳 2000 汽车电子...线控油门和电控悬架等,采用这些线控系统将完全 取代现有系统中的液压和机械控制...
汽车悬架控制技术及其应用
汽车悬架控制技术及其应用_自然科学_专业资料。《汽车电子控制技术》课程论文 汽车电子控制技术》 学生姓名: 学院: 毛平平 学号: 物流学院 20080836 专业年级: 题目...
汽车电控悬架
汽车电子技术已成为一个国家汽车工业发展的标 志。 本篇论文不仅对应用广泛的电子控制悬架系统的原理进行了系统 阐述,而且对其诊断与检测也作了介绍。 [关键词] ...
电控汽车悬架
工作原理:电控悬架系统能够根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号,由电子 控制单元(ECU)控制悬架执行机构,使悬架系统的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等 ...
汽车悬架系统工作原理
汽车悬架系统工作原理_机械/仪表_工程科技_专业资料...汽车弹簧将以不可控制的速率弹开并释放它所吸收的...形控制臂式悬架在大型汽 车的前轮上应用十分普遍。...
汽车电控悬架系统及其发展趋势
工作原理,同时论 述了各类悬架的优缺点,以及电控悬架系统运用的最新技术及电控...重型载货汽车和挂电子控制技术在现代控制理论指 导下更趋完善 ,车上使用率已...
电控悬架系统控制原理和检修
湖南工商职业学院毕业设计任务书 设计(论文)课题:电控悬架系统控制原理和检 专业名称: 学生姓名: 辅导教师: 汽车应用 范永祥 肖志信 湖南工商职业学院教务处 2014 ...
电控悬架系统的结构原理与检修
电控悬架系统的结构原理与检修摘要:随着汽车速度的提高,对汽车的性能也提出了更...由于电 子控制悬架的应用数量不断扩大,便使电子控制悬架的维护逐渐的被人重视,...
更多相关标签:
空气悬架系统结构原理 | 电子控制悬架系统 | 主动悬架控制工作原理 | 悬架控制系统 | 道闸系统控制原理图 | plc控制系统原理图 | 嵌入式系统原理与应用 | 嵌入式系统原理及应用 |