汽车教学设备-电控空气悬挂培训资料
发布时间: 2020-09-14 来源: 管理员
第一节 概述
汽车悬架是车身或车架与车轮或车桥之间传力连接装置的总称。其作用主要有如下三个方面：
（1）与轮胎共同作用，缓冲和吸收来自车轮的振动，使汽车平稳行驶。
（2）将车轮与路面之间产生的驱动力和制动力及其力矩传递到车身。
（3）将车身支承在前后车桥上，并保持车身与车轮之间的几何关系。
传统的悬架系统主要由弹簧、减振器、稳定杆等组成。弹簧用于使路面产生的振动和车轮摆动不致直接传到车身，弹簧也有助于提高轮胎着地能力。减振器能迅速衰减弹簧的振动，使乘坐舒适，并能改善汽车的方向稳定性。正是弹簧和减振器的综合特性，确定了汽车的行驶性能和操纵性能。而传统的机械弹簧其刚度是不能变化的，即使是变刚度弹簧，其变化范围也十分有限，传统的减振器其减振力同样不能变化。因此，由这些传统元件组成的悬架不可能同时满足良好的乘坐舒适性和良好的操纵稳定性。例如，为提高汽车乘坐的舒适性，要求悬架做得比较软。以满足汽车在不平路面上行驶时车轮有较大的运动空间。但这将导致汽车在行驶过程中，由于路面的颠簸而使车身位移增大，这种位移的增大会对汽车行驶的稳定性带来十分不利影响。反之，为提高汽车操纵的稳定性，要求悬架要有较大的弹簧刚度和较大的减振器减振阻尼，以限制车身过大的运动。但这又会导致车身产生较大颠簸，从而影响汽车的乘坐舒适性和车辆行驶的平顺性。
因此，传统的悬架在设计过程中不可避免地要不断在乘坐舒适性和操纵稳定性中寻求妥协。尽管近年来传统悬架在结构上的不断更新和完善，采用优化设计方法进行设计，已使汽车，特别是轿车的乘坐舒适性和操纵稳定性有了很大提高，但传统悬架仍然受到诸多的限制。如最终设计的悬架参数（弹簧刚度和减振器减振阻尼等）是不可调节的，使得传统悬架只能保证汽车在一种特定的道路和速度条件下达到性能最优的匹配，并且只能被动地承受地面对车身的作用力，而不能根据道路、车速的不同而改变悬架参数，更不能主动地控制地面对车身的作用力。
随着高速公路的发展，汽车速度有了很大提高，对汽车的性能也提出了更高的要求。而传统的悬架限制了汽车性能的进一步提高。以微电脑为代表的电子技术、传感器技术的飞速发展，电子设备性能的大幅改善和可靠性的不断提高，促成了汽车电子装置的高可靠性、低成本和空间节省，使电子控制技术被广泛地应用于包括悬架在内的汽车的各个部分。通过采用电子技术实现汽车悬架的控制，既能使汽车乘坐的舒适性达到令人满意的程度，又能使汽车的操纵稳定性达到最佳状态。近年来，人们不断开发适应各种行驶工况的最优悬架控制系统，在轿车，尤其是豪华高档轿车中，相继出现了性能更加优越的各种电子控制悬架系统。
丰田的电子控制悬架系统（TEMS）就是其中的一种。这一系统最早用于1984年的姬先达（CRESSIDA）车型上，但只对减振器的减振阻尼进行控制。80年代末发展为电子控制空气悬架系统，应用在豪华轿车凌志LS400。这一系统除控制减振器的减振阻尼外，还可控制空气弹簧的刚度及车身（底盘）的高度。 本章主要介绍凌志LS400的电子控制空气悬架系统。
凌志LS400于1989年12月面世，车型为ucFl0。直至1994年9月，其电子控制空气悬架系统均未有大的改动。从1994年10月起，车型改为ucF20，其电子控制空气悬架系统也有了较大改进。
第二节 系统的功能
对于汽车悬架而言，若悬架刚度减少，则悬架的平顺性好，汽车乘坐的舒适性提高，但过低的悬架刚度会造成汽车在行驶过程中产生横摆和纵摇，破坏汽车正常行驶状态，使汽车行驶稳定性降低。而且，若只减少悬架刚度而不改变减振器的减振阻尼，地面冲击力会通过减振器传至车身，汽车乘坐的舒适性也会被破坏。因此，悬架刚度控制最好能与车身高度控制和减振器的减振阻尼控制联合作用，才能有效地改善汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性。
丰田的电子控制空气悬架系统是一种能同时控制弹簧刚度、减振器减振阻尼和车身高度的系统。这一系统可同时使汽车乘坐的舒适性和行驶稳定性在各种不同的工况下均能大幅度提高。
电子控制空气悬架系统的功能如下：
（1）模式变化。
凌志LS400的电子控制空气悬架系统提供了悬架控制开关，给驾驶员进行选择。悬架开关由LRC（凌志乘坐控制）开关和高度控制开关组成，如图10-3所示。
LRC开关有两个位置：NORM（常规）和SPORT（运动）。NORM模式着重于乘坐舒适性，通常用于一般的行驶。SPORT模式着重于提高急转弯等情况下的车辆稳定性。
高度控制开关也有两个位置：NORM（常规）和HIGH（高位）。NORM位置在一般道路上行驶时选用，HIGH位置则在不平道路上行驶时选用。
（2）弹簧刚度和减振阻尼控制。
弹簧刚度和减振器减振阻尼力均由电子装置控制。弹簧刚度有“软”和“硬”两种模式，减振器减振阻尼则有“软”、“中”和“硬”三种模式。电子装置根据车速和路面的变化自动地调节悬架刚度和减振阻尼，这种控制方式共有四种：高车速控制、不平道路控制、颠动控制和跳振控制。此外，在车速或转向急剧变化时，会造成车身姿态的急剧变化，既破坏汽车乘坐的舒适性，又容易使汽车失去方向稳定性。所以，必须对车身姿态实施控制。这种控制方式共有三种：转向时的车身侧倾控制、制动时的车身“点”头控制和起步或突然加速时的车身后仰控制。
表10-1 电子控制空气悬架系统的功能
控制项目功能
防侧倾控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“硬”状态。该项控制能抑制侧倾，使汽车的姿势变化减至最小，以改善操纵性防“点”头控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“硬”状态。该项控制能抑制汽车制动“点”头，使汽车的姿势变化减至最小防后仰控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“硬”状态。该项控制能抑制汽车加速时后仰，使汽车的姿势变化减至最小高车速控制使弹簧刚度变成“硬”状态和使减振阻尼变成“中”状态。该项控制能改善汽车高速行驶时的稳定性和操纵性不平整道路控制
使弹簧刚度和减振阻尼视需要变成“中”或“软”状态，以抑制汽车车身在悬架上下跳动，改善汽车在不平坦道路上行驶时的乘坐舒适性颠动控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“中”或“软”状态。它能抑制汽车在不平坦道路上行驶时的颠动跳振控制使弹簧刚度和减振阻尼变成“中”或“软”状态。该项控制能抑制汽车在不平坦道路上行驶时的上下跳振路面感应*半主动控制
对应于不同的道路，提供四轮独立的减振阻尼最佳控制。相应地，汽车可在各种不同的道路和行驶状况下保持恒定姿态*仅限于ucF20车型（3）车身（底盘）高度控制。
根据高度控制开关所选取的模式以及汽车所处的状态，控制装置自动调整汽车的车身高度，使汽车经常处于稳定的状态。这种控制方式有三种：自动高度控制、高车速控制和点火开关关断控制。
每项控制的功能列于表10-2。
表10-2 车身高度控制的功能
控制项目功能
自动高度控制不管乘员和行李重量情况如何，使汽车高度保持在某一个恒定的高度位置。操作高度控制开关能使汽车的目标高度变为“正常”或“高”的状态高车速控制当高度控制开关在“hight（高）”位置时，汽车高度会降低到“正常”状态。这就改善高速行驶时的空气动力学和稳定性点火开关关断*控制
当点火开头关断后因乘员重量和行李重量变化而使汽车高度变为高于目标高度时，能使汽车高度降低到目标高度。这就能改善汽车驻车时的姿势*仅适用于ucF10车型，ucF20车型取消了这一控制第三节 系统的组成和结构凌志LS400的电子控制空气悬架系统主要由空气弹簧和减振器总成、空气压缩机、干燥器、排气电磁阀、高度控制阀、悬架ECU、高度传感器、转向传感器、悬架控制执行器和节气门位置传感器组成。凌志LS400 ucFl0型采用的LRC开关和高度控制通断开关在ucF20型中已取消，ucF20型则增设了加速度传感器，悬架控制执行器、高度传感器和对空气弹簧做了改进，相应地，悬架ECU的控制方法也进行了改进。
一、元件的结构和工作原理
1、悬架控制开关
对于ucFl0车型，悬架控制开关由LRC开关和高度控制开关组成（见图10-3所示）。LRC开关用于选择减振器和空气弹簧的工作模式（NORMAL或SPORT）；高度控制开关用于选择所希望的车身高度（NORMAL或HIGH）。
LRC开关和高度控制开关与悬架ECU的联系如图10-6所示。当LRC开关和高度控制开关设在“NORM”位置时，12V的电压分别加在悬架ECU的TSW端子和HSW端子；当LRC开关设在“SPORT”位置、高度控制开关设在“HIGH”位置时，悬架ECU的TSW端子和HSW端子的电压变为0V。悬架ECU据此判断设置模式。当LRC开关设在“SPORT”位置时，组合仪表内的LRC指示灯亮；当高度控制开关设在“HIGH”位置时，组合仪表内的另一高度控制指示灯也亮。
对于ucF20车型，由于整个悬架控制系统性能的提高而取消了LRC开关。
2、高度控制通断开关
对于ucFl0车型，这一开关位于行李箱的工具储藏室内，如图10-7所示。将开关拨至OFF位置，悬架控制系统中止车辆高度控制。当车辆被举升、停在不平的路面或车辆被拖曳时，这样可避免空气弹簧中压缩空气排出，从而可防止车身高度的下降。
高度控制通断开关与悬架ECU的联系如图10-8。当开关拨至OFF位置时，悬架ECU的NSW端子接地，电压为0V，ECU中止车辆高度控制。
当需要顶起车辆进行修理时，一定要关断这个开关。如果在这个开关位于ON位置时顶起车辆，悬架控制系统会控制压缩空气从空气弹簧中排出，当放下车辆时，车身可能会因过低而受损。
对于ucF20车型，当点火开关关上时，车身高度控制被中止，所以这一开关也不再存在。
对于ucF20车型，当需要顶起车辆进行修理时，一定要关上点火开关。如需要在车辆被升起时运转发动机，则必须短接TDCL上的TD和E1端子以中止悬架控制系统的车身高度控制。
3、制动灯开关
这一开关位于制动踏板支架上。当制动踏板踩下时，开关接通。12V的电压加在悬架ECU的STP端子上，4、门控灯开关4个车门各有一个门控灯开关，这些开关都位于门柱上，如图10-11所示。当所有的门都关上时，所有开关都断开，蓄电池电压加在悬架ECU的DOOR端子上；当有任一个门打开时，悬架ECU的DOOR端子电压变为0V，如图10-12所示（ucFl0车型）。悬架ECU据此判断车门是打开还是关上。
对于ucF20车型，由于采用了多路传输通信系统，各车门的门控灯开关并非直接与悬架ECU相连，而是通过各车门的ECU和车身ECU，最终由车身ECU与悬架ECU发生关系，如图10-13。而结果则与ucF10车型相同，5、车速传感器车速传感器位于变速器输出轴上，用来检测变速器输出轴的转速。车速传感器有两种形式，ucFl0车型采用磁阻式，输出轴每转一圈产生20个信号，此信号可直接驱动组合仪表内的车速表，之后经组合仪表内的脉冲转换电路转换为输出轴每转一圈产生4个信号，再传送到悬架ECU（如图10-16）。ucF20车型则采用电磁感应式，车速传感器先将信号送到发动机和变速器ECU，由后者将车速信号送到
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